RU2604491C1

RU2604491C1 - Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения (варианты)

Info

Publication number: RU2604491C1
Application number: RU2015128464/07A
Authority: RU
Inventors: Ариф Гасан оглы Аслан-заде
Original assignee: Ариф Гасан оглы Аслан-заде
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-12-10

Abstract

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное или ортогональное. Первый вариант преобразователя содержит два выходных вывода, трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду, подключенную к входным выводам, основной вторичной фазной обмоткой на каждом стержне магнитопровода и дополнительной на одном из них, число витков которой равно числу витков основной вторичной фазной обмотки того же стержня и вдвое меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня, одна пара одноименных выводов каждой пары вторичных фазных обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков соединена друг с другом, два однофазных трансформатора, вторичные обмотки которых, при единообразном подключении пар выводов начал и концов обмоток трехфазных трансформаторов с неравными числами витков к первичным обмоткам однофазных трансформаторов, образуют последовательную цепь, подключенную к выходным выводам. Второй вариант преобразователя отличается наличием на каждом однофазном трансформаторе, по крайней мере, одной дополнительной обмотки, соединенной встречно последовательно с основной обмоткой другого однофазного трансформатора и отдельной обмотки, подключенных взаимообратимо к выходным выводам трехфазного трансформатора и каскадного преобразователя. Оба варианта допускают использование группового трансформатора, а также размещение магнитопроводов однофазных трансформаторов в общей полости вторичных обмоток, образующих последовательную цепь. Технический результат, достигаемый в предлагаемом преобразователе, заключается в том, что в фазах сети циркулируют со сдвигом 120 эл. град, равные по величине синусоидальные токи, а на выходе преобразователя формируется однофазное или ортогональное синусоидальное напряжение той же частоты. Применение преобразователя в виде источника питания соответствует требованиям к качеству преобразования переменного напряжения и на железнодорожном транспорте и для многопульсных выпрямителей ортогональных напряжений. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное или ортогональное переменное напряжение той же частоты с одинаковой и синусоидальной нагрузкой фаз питающей сети, с целью применения, например, для электрификации железных дорог на переменном токе, электропитания осветительных сетей, однофазных нагрузок различного характера и назначения, многопульсных выпрямителей ортогональных напряжений.

Все приведенные аналоги являются аналогами для всех вариантов преобразователя.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в двухфазное (схема Скотта), содержащий два однофазных трансформатора, первичная обмотка первого из которых подключена одним выводом к среднему выводу первичной обмотки второго, а свободные выводы обеих обмоток подключены к фазным входным выводам, вторичные обмотки (К.А. Круг. Основы электротехники. Т. 2. 1932 г., стр. 338, фиг. 335).

Этот преобразователь предназначен для получения ортогональных напряжений на двух нагрузках. Для равенства величин этих напряжений приведенное число витков первичной обмотки первого трансформатора составляет 0,866 от числа витков первичной обмотки второго трансформатора. Это приводит к тому, что импеданс второго трансформатора превышает импеданс первого, что может служить объяснением появления гармоники с частотой 100 Гц в форме выпрямленного напряжения от такого источника.

Более того, первичный ток первого трансформатора делится на две равные части, каждая из которых циркулирует в контуре, содержащем одну из равных между собой по числу витков первичных полуобмоток второго трансформатора. Одновременно первичный ток второго трансформатора нагружает эти полуобмотки также в равных долях. Однако направление этих токов в каждой из полуобмоток попеременно взаимно встречно или взаимно согласно, т.е. в каждый момент времени ток в одной из этих полуобмоток меньше, чем в другой. Поэтому происходит искажение синусоидальности токов, как в первичной обмотке второго трансформатора, так и в фазах сети, подключенных к этому трансформатору. Влияние преобразователя на сеть возрастает с ростом его мощности. В то же время, наметившаяся в последние несколько десятилетий тенденция к выдвижению схемы Скотта в качестве источника питания многопульсных выпрямителей, схемотехнически построенных на основе ортогональности напряжений питающей сети, несовместима с наличием указанных искажений. Эти выпрямители априори предназначены для их уменьшения и в противном случае существенно теряется смысл их применения.

В случае последовательного подключения вторичных обмоток к общей нагрузке, обеспечивается преобразование трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение, которое затем может быть и выпрямлено. В этом случае неравенство импедансов трансформаторов не имеет принципиального значения, т.к. в преобразовании напряжений участвует их усредненное значение. Однако это не устраняет вышеуказанный недостаток, связанный с искажениями, приводящими к снижению энергетических показателей.

Применение в таком виде схемы Скотта, например, на подстанциях электрифицированных железных дорог при мощности нагрузки, соизмеримой с мощностью однофазных трансформаторов, может привести к искажению токов фаз питающей сети. Кроме того, ввиду необходимости питания низким трехфазным напряжением и иных потребителей, эта схема не исключает потребность в содержании на подстанции дополнительно трехфазного трансформатора.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в неудовлетворительном характере работы второго из двух трансформаторов схемы Скотта.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в двухфазное (схема Зонса), содержащий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в неравнолучевую звезду с меньшим числом витков первичной фазной обмотки на среднем стержне магнитопровода, две вторичные фазные обмотки на крайних стержнях, каждая из которых подключена к отдельной нагрузке и третичная обмотка, соединенная в замкнутый треугольник (К.А. Круг. Основы электротехники. Т. 2. 1932 г., стр. 342, фиг. 338).

Этот преобразователь также предназначен для получения ортогональных напряжений на двух нагрузках, а при последовательном подключении вторичных фазных обмоток к общей нагрузке может быть использован для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение. К его недостаткам можно отнести существенные потери мощности в третичной обмотке, компенсирующей небаланс ампер-витков, а также нестандартный магнитопровод, сечение среднего стержня которого должно быть в

раз больше крайнего.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается, прежде всего, в повышенных эксплуатационных расходах, связанных с низкими энергетическими показателями.

Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий источник трехфазного переменного напряжения, например, трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам (патент №2416866, кл. Н02М 5/14 от 04.05.2010).

Недостатком этого преобразователя является наличие нулевого провода, в котором циркулирует половина тока нагрузки, а также отсутствие фазового сдвига между токами разноименных фазных обмоток.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в невозможности получения фазового сдвига 120 эл. град, между токами разноименных фазных обмоток, а также необходимость в использовании нагруженного током нулевого провода.

Известен преобразователь переменного напряжения в постоянное (варианты), содержащий два однофазных трансформатора, первичная обмотка каждого из которых подключена одним выводом к фазному входному выводу, а другим - к общей точке встречно-параллельно соединенной пары управляемых вентилей, через которую соединена с входным выводом разноименной фазы, дополнительную пару встречно-параллельно соединенных управляемых вентилей, общие точки которых замыкают последовательную цепь, состоящую из всех упомянутых вентилей и одной из первичных обмоток, вторичную обмотку, средний и крайние выводы которой подключены к выпрямителю на двух диодах, а в ее общей полости размещен один стержень с первичной обмоткой каждого трансформатора (патент №2358379, кл. Н02М 7/155 от 08.05.2008).

Недостатком этого преобразователя является наличие вентилей, делающих невозможным получение однофазного синусоидального напряжения на выходных выводах. Кроме того, несимметричность магнитного потока относительно вторичной обмотки, связанная с поочередной циркуляцией магнитных потоков в магнитопроводах, повышает индуктивность рассеяния.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в ином предназначении преобразователя.

Наиболее близким является каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения (схема Кюблера), содержащий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в звезду, с тремя группами взаимно транспонированных вторичных фазных обмоток, каждая из которых содержит две обмотки с меньшим числом витков на одном из трех стержней магнитопровода и по одной обмотке с большим числом витков на каждом из других его стержней, в каждой группе вторичные обмотки с неравными числами витков соединены попарно встречно-последовательно и подключены к входным выводам одного из трех вентильных мостов, соединенных в последовательную цепь с нагрузкой (см. Структурный синтез многофазных вентильных преобразователей: монография / С.А. Евдокимов, Н.И. Щуров. Новосибирск. 2010 г., стр. 251, рис. 6.2).

Недостатком этого преобразователя является невозможность получения однофазного или ортогонального переменного напряжения при условии одинаковой нагрузки фаз сети.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что этот преобразователь предназначен для получения трех сдвинутых по фазе друг относительно друга на 30 эл. град. ортогональных систем напряжений, формирующих результирующее 12-пульсное выпрямленное напряжение.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в преобразовании трехфазного переменного напряжения в первом варианте в однофазное, а во втором - в ортогональное или однофазное синусоидальное переменное напряжение при одинаковой и синусоидальной нагрузке фаз сети токами, сдвинутыми друг относительно друга по фазе на 120 эл. град., без применения нагруженного током нулевого провода, или третичной обмотки трехфазного трансформатора, т.е. с высокими энергетическими показателями.

Эта задача в первом варианте решается тем, что каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий выходные выводы, трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду, подключенную к входным выводам, основной вторичной фазной обмоткой на каждом стержне магнитопровода и дополнительной на одном из них, число витков которой равно числу витков основной вторичной фазной обмотки того же стержня и меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня, одна пара одноименных выводов каждой пары вторичных фазных обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков соединена друг с другом, дополнительно содержит два однофазных трансформатора, вторичные обмотки которых, при единообразном подключении пар выводов начал и концов обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков к первичным обмоткам однофазных трансформаторов, образуют согласно последовательную цепь, подключенную к выходным выводам, число витков каждой из двух вторичных фазных обмоток одного и того же стержня трехфазного трансформатора вдвое меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня.

Однофазные трансформаторы могут быть выполнены на двух стержневых магнитопроводах.

Однофазные трансформаторы могут быть выполнены на двух витых ленточных магнитопроводах кольцеобразной формы, размещенных в общей полости вторичных обмоток.

Во втором варианте эта задача решается тем, что каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий трехфазный трансформатор с первичной обмоткой соединенной в звезду, подключенную к входным выводам, основной вторичной фазной обмоткой на каждом стержне магнитопровода и дополнительной на одном из них, число витков которой равно числу витков основной вторичной фазной обмотки того же стержня и меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня, одна пара одноименных выводов каждой пары вторичных фазных обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков соединена друг с другом, дополнительно содержит два однофазных трансформатора с двумя группами обмоток, состоящих одна группа из четного числа основной и дополнительной обмоток, а другая - из четного числа отдельных обмоток, при единообразном подключении пар выводов начал и концов обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков к однотипной группе обмоток однофазных трансформаторов основная обмотка каждого однофазного трансформатора соединена встречно последовательно с дополнительной обмоткой другого однофазного трансформатора, а упомянутые выходные выводы образованы выводами другой группы обмоток однофазных трансформаторов, при этом число витков каждой из двух вторичных фазных обмоток одного и того же стержня трехфазного трансформатора вдвое меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня, а число витков дополнительной обмотки каждого однофазного трансформатора составляет

части от числа витков его основной обмотки.

Одна пара выводов гальванически изолированных друг от друга вторичных обмоток однофазных трансформаторов может быть соединена друг с другом.

Однофазные трансформаторы с основной и дополнительной первичными обмотками могут быть выполнены на двух витых ленточных магнитопроводах кольцеобразной формы, размещенных в общей полости каждой пары последовательно соединенных упомянутых отдельных обмоток.

В обоих вариантах трехфазный трансформатор может быть выполнен групповым.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом преобразователе, заключается в том, что все фазы питающей сети имеют синусоидальную токовую нагрузку одинаковой величины, а на выходе преобразователя формируется в первом варианте однофазное, а во втором - ортогональное или однофазное синусоидальное переменное напряжение. Отсутствует необходимость в непроизводительном использовании третичной обмотки или нагруженного током нулевого провода. Токи в обмотках разноименных фаз сдвинуты друг относительно друга на 120 эл. град. Применение такого преобразователя для питания многопульсных выпрямителей ортогональных напряжений может соответствовать предназначению последних по качеству гармонического состава потребляемых токов. Кроме того, уменьшается необходимость содержания на подстанции дополнительного трехфазного трансформатора, т.к. его функцию можно совместить в трехфазном трансформаторе преобразователя путем размещения на нем дополнительной вторичной обмотки. Конструктивное исполнение однофазных трансформаторов допускает возможность использования ленточных магнитопроводов кольцеобразной формы с симметричным относительно вторичной обмотки магнитным потоком, что предопределяет низкую для этого случая величину индуктивности рассеяния.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема каскадного преобразователя трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение и рядом с ней схема второй ступени преобразователя трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение с вторичной обмоткой, в полости которой размещены оба магнитопровода однофазных трансформаторов; на фиг. 2 - векторная диаграмма напряжений первой ступени (внизу) и совмещенная с ее фрагментом векторная диаграмма напряжений второй ступени (вверху) преобразователя на фиг. 1; на фиг. 3 - принципиальная схема каскадного преобразователя трехфазного переменного напряжения в ортогональное переменное напряжение и рядом с ней схема второй ступени преобразователя трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение; на фиг. 4 - векторная диаграмма напряжений преобразователя на фиг. 3 в ортогональном режиме работы; на фиг. 5 - векторная диаграмма напряжений преобразователя на фиг. 3 в однофазном режиме работы; на фиг. 6 - принципиальная схема каскадного преобразователя трехфазного переменного напряжения в ортогональное переменное напряжение. Здесь в качестве первичных показаны дополнительные и основные обмотки однофазных трансформаторов. Справа на фиг. 6 - схема второй ступени преобразователя трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение на однофазных трансформаторах стержневого типа (вверху) и то же на однофазных трансформаторах, магнитопроводы которых размещены в общей полости вторичной обмотки (внизу). Размещение обмоток трехфазного трансформатора преобразователя на трех однофазных трансформаторах (групповой трансформатор), ввиду полного совпадения (за исключением общепринятого соединения общей точки первичной обмотки группового трансформатора с нулевым входным выводом) с их исполнением на 3-стержневом магнитопроводе на чертежах не показано.

Каскадный преобразователь на фиг. 1 выполнен в виде первой 1 и второй 2 ступеней преобразования. Первая ступень содержит трехфазный трансформатор 3, первичная обмотка которого соединена в звезду и подключена концами к фазным входным выводам А, В, С и вторичные фазные обмотки 4, 5, 6, 7. Вторая ступень содержит два однофазных трансформатора 8, 9, с первичными (вторичными) обмотками соответственно 10, 11 (12, 13). Начало обмотки 4 (6) соединено с началом обмотки 5 (7). Конец обмотки 4 (5) подключен к выводу 14 (15), а конец обмотки 6 (7) подключен к выводу 16 (17). Начало обмотки 10 (11) трансформатора 8 (9) подключено к выводу 14 (17). Конец обмотки 10 (11) подключен к выводу 15 (16). Выводы 14-17 являются одновременно выводами вторичных обмоток трансформатора 3 и первичных обмоток трансформаторов 8, 9. Конец обмотки 12 трансформатора 8 подключен к началу обмотки 13 трансформатора 9, а начало (конец) обмотки 12 (13) подключено к выходному выводу 18 (19). Число витков обмотки 5 равно числу витков обмотки 6 и вдвое меньше числа витков обмотки 4 или 7. На фиг. 1 показано наиболее целесообразное размещение обмоток 5 и 6, т.е. на среднем стержне трехфазного трансформатора 3.

Примем, что однофазные трансформаторы 8, 9 идентичны и отношение чисел витков обмоток каждого из них, а также каждой основной вторичной к первичной фазной обмотке трехфазного трансформатора 3 равно единице. Тогда (фиг. 2) результирующее напряжение второй ступени Ur₂ между выходными выводами 18, 19 равно удвоенной величине фазного напряжения питающей сети (удвоенной величине напряжения обмотки 4 или 7), при этом по фазе оно во всех случаях совпадает с напряжениями обмоток 5, 6, т.е. обмоток с половинным числом витков. И это независимо от того, на каком стержне трехфазного трансформатора размещены обмотки с половинным числом витков:

- приведенный случай;

- возможные случаи.

Величина каждого суммируемого напряжения второй ступени Ur₁ (результирующего напряжения первой ступени) между выводами 14, 15 или 16, 17 равна

от величины напряжения обмотки 4 или 7, при этом по фазе оно сдвинуто на угол ~40°54′ относительно напряжения обмотки 5 или 6. Меньший фазовый угол между результирующими (суммируемыми) напряжениями первой (второй) ступени равен ~81°48′, а больший - дополняет его до развернутого угла. Напряжения обмоток 5 и 6, суммируемые с напряжениями обмоток соответственно 4 и 7, всегда имеют относительно друг друга одинаковую полярность, а встречно последовательное соединение обмоток 4, 5 и 6, 7 обеспечивает максимум напряжения Ur₁.

Однофазный ток нагрузки циркулирует в обмотках 12, 13 трансформаторов 8, 9. Первичный ток каждого однофазного трансформатора равен его вторичному току из условия баланса ампер-витков. Равен ему и ток, циркулирующий во вторичных обмотках 4, 5 и 6, 7 трансформатора 3. Из условия баланса ампер-витков между первичными и вторичными фазными обмотками трансформатора 3, а также с учетом вдвое меньшего числа витков каждой из обмоток 5, 6 относительно обмотки 4 или 7, токи первичных обмоток трансформатора 3 равны по величине. Фазовый сдвиг 120 эл. град. между ними определяется питающей сетью, а единовременность работы обмоток 5 и 6 - их размещением. Поэтому сумма первичных фазных токов трансформатора 3 равна нулю.

Таким образом, первая ступень 1 каскадного преобразователя предназначена для формирования двух результирующих напряжений Ur₁ (суммируемых напряжений второй ступени), в одном из которых отсутствует напряжение фазы А, а в другом - фазы С. Но в первичной обмотке трансформатора 3 циркулируют токи всех трех фаз А, В, С. Другое предназначение ступени 1 - в уменьшении вдвое напряжений вторичных обмоток одного из стержней трехфазного трансформатора (на фиг. 1 - стержня фазы В). С одной стороны, это определяет угол ~81°48′ между результирующими напряжениями первой ступени Ur₁,а с другой - изменяет коэффициент трансформации до величины, необходимой для получения равных по величине первичных токов фаз А, В, С.

Вторая ступень 2 каскадного преобразователя предназначена для суммирования результирующих напряжений первой ступени Ur₁ и получения тем самым на выходных выводах 18, 19 результирующего напряжения второй ступени Ur₂, совпадающего по фазе с напряжениями обмоток 5, 6 (для этого обмотки 12, 13 соединяются согласно последовательно). Условием выбора коэффициентов трансформации трансформаторов 3 и 8, 9 является идентичность друг с другом чисел витков обмоток 4-й и 7-й, 5-й и 6-й, а также 10-й и 11-й, 12-й и 13-й.

Вторая ступень каскадного преобразователя на фиг. 1 допускает возможность применения витых ленточных магнитопроводов кольцеобразной формы с низкой, ввиду симметричности магнитного потока, величиной индуктивности рассеяния. В этом случае (справа на фиг. 1) вторичные обмотки однофазных трансформаторов 8, 9 соединяются согласно последовательно (для получения максимальной величины результирующего напряжения второй ступени) и в их общей полости размещаются витые ленточные магнитопроводы. Симметрия магнитного потока относительно общей вторичной обмотки достигается за счет единовременной, а не поочередной циркуляции магнитных потоков в магнитопроводах трансформаторов 8, 9.

Каскадный преобразователь на фиг. 3 выполнен в виде первой 1 и второй 2 ступеней преобразования. Первая ступень содержит трехфазный трансформатор 3, первичная обмотка которого соединена в звезду и подключена концами к фазным входным выводам А, В, С и вторичные фазные обмотки 4, 5, 6, 7. Вторая ступень содержит два однофазных трансформатора 8, 9, с первичными и вторичными обмотками соответственно 10, 11 и 12, 13, 20, 21. Начало обмотки 4 (6) соединено с началом обмотки 5 (7). Конец обмотки 4 (5) подключен к выводу 14 (15), а конец обмотки 6 (7) подключен к выводу 16 (17). Начало обмотки 10 (11) трансформатора 8 (9) подключено к выводу 14 (17). Конец обмотки 10 (11) подключен к выводу 15 (16). Выводы 14-17 являются одновременно выводами вторичных обмоток трансформатора 3 и первичных обмоток трансформаторов 8, 9. Конец обмотки 12 (13) трансформатора 8 (9) подключен к концу обмотки 21 (20) трансформатора 9 (8), а начало обмотки 12 (13) подключено к выходному выводу 18 (23). Начало обмотки 20 (21) трансформатора 8 (9) подключено к выходному выводу 19 (22). Число витков обмотки 5 равно числу витков обмотки 6 и вдвое меньше числа витков обмотки 4 или 7. Обмотки 5 и 6 также целесообразно размещать на среднем стержне трансформатора 3.

Показанная на фиг. 3 (справа) схема вторичных обмоток однофазных трансформаторов 8, 9 второй ступени 2 с соединенными друг с другом выходными выводами 22 и 23 иллюстрирует возможность преобразования ортогонального переменного напряжения в однофазное переменное напряжение.

Отличие второго варианта каскадного преобразователя на фиг. 3 от первого на фиг. 1 заключается в наличии дополнительных обмоток 20, 21 однофазных трансформаторов 8, 9, соединенных с их основными обмотками 12, 13 встречно последовательно. Число витков обмотки 20 или 21 составляет

от числа витков основной обмотки 12 или 13. Поэтому в случае малой величины напряжения ортогональной системы, обход неудобства округления до целого чисел витков обмоток 20, 21 возможен за счет понижающего коэффициента трансформации первой ступени каскадного преобразователя с последующим повышающим коэффициентом трансформации его второй ступени или между этими ступенями.

Суммирование напряжений обмоток 12 и 21, а также 13 и 20 увеличивает меньший угол между результирующими напряжениями первой ступени Ur₁ от 81°48′ до 90°. Тем самым уменьшается до 90° и больший угол между этими напряжениями. Происходит доведение двухфазной системы вторичных напряжений первой ступени до строго ортогонального вида (фиг. 4).

Результирующее напряжение Ur₁ второй ступени во втором варианте уменьшается относительно результирующего напряжения Ur₁ первой ступени в первом варианте до

.

Результирующее напряжение Ur₂ (фиг. 5) во втором варианте уменьшается относительно результирующего напряжения Ur₂ в первом варианте от величины, равной удвоенной величине фазного напряжения питающей сети, до 1,856 от фазного напряжения питающей сети (при тех же принятых условиях по коэффициентам трансформации, что и для первого варианта).

Во всех случаях требуемая величина результирующего напряжения на выходных выводах преобразователя обеспечивается за счет вторичных обмоток трансформаторов второй или/и первой ступени каскада.

Замыкание одной пары из выводов 18, 19, 22, 23 (кроме выводов 19 и 23 или 18 и 22) позволяет получить на другой паре выводов результирующее однофазное синусоидальное напряжение второй ступени Ur₂, сдвинутое по фазе на 45 эл. град. относительно суммируемого напряжения Ur₁ и превышающее его в

раз. Для получения второго такого же по величине напряжения Ur₂, сдвинутого относительно первого на 90 эл. град., необходима еще одна группа аналогично соединенным вторичным обмоткам 12, 13, 20, 21 однофазных трансформаторов 8, 9, но с взаимообратным подключением в группе начал и концов одной пары относительно другой. Например, обмотка 12 (21) подключается к выводу 18 (22) концом, а не началом. При этом подключение обмотки 13 (20) к выводу 23 (19) остается прежним. Таким образом, можно получить два ортогональных напряжения с

раз большей амплитудой, чем с одной группой вторичных обмоток.

Второй вариант преобразователя на фиг. 6 иллюстрирует возможность использования обратимости однофазных трансформаторов для упрощения с тем же качественным результатом схемы их вторичных обмоток. Это позволяет применить витые ленточные магнитопроводы кольцеобразной формы с низкой, ввиду симметричности магнитного потока, величиной индуктивности рассеяния. Кроме того, перенос обмоток однофазных трансформаторов с неравными числами витков с вторичной стороны на их первичную сторону облегчает выбор соотношения чисел витков при понижающем коэффициенте трансформации. Для получения в этом случае двух ортогональных напряжений с

раз большей амплитудой соединение одной пары вторичных (отдельных) обмоток должно быть согласно последовательным, а другой - встречно-последовательным. Приведенные на фиг. 4 и фиг. 5 векторные диаграммы справедливы и для преобразователя на фиг. 6.

Подключение многопульсного выпрямителя ортогональной системы напряжений к выходным выводам второго варианта каскадного преобразователя, также как и работа на однофазном переменном напряжении, обеспечивает равномерную нагрузку трехфазной сети. Это придает дополнительную содержательность трансформации трехфазных схем многопульсных выпрямителей в двухфазные ортогональные схемы.

Claims

1. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий выходные выводы, трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду, подключенную к входным выводам, основной вторичной фазной обмоткой на каждом стержне магнитопровода и дополнительной на одном из них, число витков которой равно числу витков основной вторичной фазной обмотки того же стержня и меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня, одна пара одноименных выводов каждой пары вторичных фазных обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков соединена друг с другом, отличающийся тем, что дополнительно содержит два однофазных трансформатора, вторичные обмотки которых, при единообразном подключении пар выводов начал и концов обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков к первичным обмоткам однофазных трансформаторов, образуют согласно последовательную цепь, подключенную к выходным выводам, число витков каждой из двух вторичных фазных обмоток одного и того же стержня трехфазного трансформатора вдвое меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня.

2. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения по п. 1, отличающийся тем, что однофазные трансформаторы выполнены на двух стержневых магнитопроводах.

3. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения по п. 1, отличающийся тем, что однофазные трансформаторы выполнены на двух витых ленточных магнитопроводах кольцеобразной формы, размещенных в общей полости вторичных обмоток.

4. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения по п. 1, отличающийся тем, что трехфазный трансформатор выполнен групповым.

5. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий выходные выводы, трехфазный трансформатор с первичной обмоткой, соединенной в звезду, подключенную к входным выводам, основной вторичной фазной обмоткой на каждом стержне магнитопровода и дополнительной на одном из них, число витков которой равно числу витков основной вторичной фазной обмотки того же стержня и меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня, одна пара одноименных выводов каждой пары вторичных фазных обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков соединена друг с другом, отличающийся тем, что дополнительно содержит два однофазных трансформатора с двумя группами обмоток, состоящих одна группа из четного числа основной и дополнительной обмоток, а другая - из четного числа отдельных обмоток, при единообразном подключении пар выводов начал и концов обмоток трехфазного трансформатора с неравными числами витков к однотипной группе обмоток однофазных трансформаторов основная обмотка каждого однофазного трансформатора соединена встречно последовательно с дополнительной обмоткой другого однофазного трансформатора, а упомянутые выходные выводы образованы выводами другой группы обмоток однофазных трансформаторов, при этом число витков каждой из двух вторичных фазных обмоток одного и того же стержня трехфазного трансформатора вдвое меньше числа витков основной вторичной обмотки каждого смежного по фазе стержня, а число витков дополнительной обмотки каждого однофазного трансформатора составляет

части от числа витков его основной обмотки.

6. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения по п. 5, отличающийся тем, что одна пара выводов гальванически изолированных друг от друга вторичных обмоток однофазных трансформаторов соединена друг с другом.

7. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения по п. 5, отличающийся тем, что трехфазный трансформатор выполнен групповым.

8. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения по п. 5, отличающийся тем, что однофазные трансформаторы выполнены на двух стержневых магнитопроводах.

9. Каскадный преобразователь трехфазного переменного напряжения по п. 5, отличающийся тем, что однофазные трансформаторы с основной и дополнительной первичными обмотками выполнены на двух витых ленточных магнитопроводах кольцеобразной формы, размещенных в общей полости каждой пары последовательно соединенных упомянутых отдельных обмоток.