RU2719549C1 - Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field - Google Patents

Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field Download PDF

Info

Publication number
RU2719549C1
RU2719549C1 RU2019133088A RU2019133088A RU2719549C1 RU 2719549 C1 RU2719549 C1 RU 2719549C1 RU 2019133088 A RU2019133088 A RU 2019133088A RU 2019133088 A RU2019133088 A RU 2019133088A RU 2719549 C1 RU2719549 C1 RU 2719549C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
voltage
magnetic field
transformer
rotating magnetic
Prior art date
Application number
RU2019133088A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Евгеньевич Дубовик
Вячеслав Алексеевич Соловьев
Владимир Степанович Климаш
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ")
Priority to RU2019133088A priority Critical patent/RU2719549C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2719549C1 publication Critical patent/RU2719549C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/04Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/10Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers
    • H02M5/14Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by static converters using transformers for conversion between circuits of different phase number

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and can be used as a voltage converter for powering industrial plants, electrical devices and various processing systems. Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field comprises six-phase secondary winding and two phase windings wound on toroidal core, shifted in space by 90°. At that, the first primary winding is connected to the output of the first bridge single-phase voltage inverter, the second primary winding is connected to the output of the second single-phase bridge voltage inverter. First and second voltage inverters are made with pulse-width modulation, their output voltages are shifted in phase relative to each other by 90°, and their inputs are combined and connected to a source of constant voltage.EFFECT: obtaining a multiphase voltage system from single-phase supply voltage with improved power indices and expanded functional capabilities.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности преобразовательной технике и может быть использовано в системах электропривода и электроснабжения.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, converter technology and can be used in electric drive and power supply systems.

Известен двухфазно-шестифазный трансформатор с вращающимся магнитным полем (патент RU 2333562, МПК H01F 30/14, опубл. 10.09.2008 в Бюл. №25), который можно принять за близкий аналог по признаку формирования кругового магнитного поля при помощи двухфазной системы напряжений. Он содержит четыре первичные обмотки, расположенные на тороидальном сердечнике, балластные резистор и индуктивность и многофазные вторичные обмотки. Для получения вращающегося магнитного поля первая, вторая и третья, четвертая обмотки расположены друг относительно друга на тороидальном магнитном сердечнике со сдвигом на 90°. Количество витков первой и четвертой обмоток больше в два раза, чем второй и третьей.Known two-phase-six-phase transformer with a rotating magnetic field (patent RU 2333562, IPC H01F 30/14, published on 09/10/2008 in Bull. No. 25), which can be taken as a close analogue on the basis of the formation of a circular magnetic field using a two-phase voltage system. It contains four primary windings located on the toroidal core, a ballast resistor and inductance, and multiphase secondary windings. To obtain a rotating magnetic field, the first, second and third, fourth windings are located relative to each other on a toroidal magnetic core with a shift of 90 °. The number of turns of the first and fourth windings is twice more than the second and third.

Недостатком данного трансформатора является, невысокие энергетические показатели, из-за несимметричного исполнения первичных обмоток.The disadvantage of this transformer is its low energy performance, due to the asymmetrical design of the primary windings.

За прототип взят двухфазно-шестифазный трансформатор с вращающимся магнитным полем (патент RU 191500, МПК: H01F 38/18, H01F 30/14, опубл. 08.08.2019 в Бюл. №22). Он содержит шестифазную вторичную обмотку и две намотанные на тороидальном сердечнике фазные первичные обмотки, сдвинутые в пространстве на 90°. При этом каждая фазная первичная обмотка содержит две полуобмотки, включенные встречно. Первичные полуобмотки подключены к источнику постоянного напряжения посредством полностью управляемых ключей, коммутация которых между двумя первичными обмотками осуществляется с фазовым сдвигом в 90° и через 180° между полуобмотками каждой первичной обмотки.The prototype is a two-phase-six-phase transformer with a rotating magnetic field (patent RU 191500, IPC: H01F 38/18, H01F 30/14, publ. 08.08.2019 in Bull. No. 22). It contains a six-phase secondary winding and two phase primary windings wound on a toroidal core, shifted in space by 90 °. Moreover, each phase primary winding contains two semi-windings included in the opposite direction. The primary half-windings are connected to a constant voltage source by means of fully controllable switches, the switching of which between the two primary windings is carried out with a phase shift of 90 ° and through 180 ° between the half-windings of each primary winding.

К недостаткам прототипа, прежде всего, следует отнести большие искажения токов в первичных обмотках трансформатора и низкие в связи с этим энергетические показатели. Кроме этого, устройство - прототип имеет ограниченные функциональные возможности, связанные с невозможностью регулирования напряжения при подключении его к нерегулируемому источнику питания.The disadvantages of the prototype, first of all, include large distortion of the currents in the primary windings of the transformer and low energy indicators in this regard. In addition, the prototype device has limited functionality associated with the inability to regulate the voltage when it is connected to an unregulated power source.

Задачей технического решения является повышение энергетических показателей и расширение функциональных возможностей.The objective of the technical solution is to increase energy performance and expand functionality.

Технический результат от решения поставленной задачи заключается в улучшении формы токов в первичных обмотках трансформатора, достижении вследствие этого, высокого качества кругового вращающегося магнитного поля и снижении у трансформатора магнитных и электрических потерь. Кроме этого, достигается расширение функциональных возможностей за счет возможности одновременного регулирования частоты и действующего значения напряжения в процессе преобразования двухфазной системы напряжения в шестифазную.The technical result from the solution of the problem is to improve the shape of the currents in the primary windings of the transformer, thereby achieving a high quality circular rotating magnetic field and reducing the magnetic and electrical losses of the transformer. In addition, an expansion of functionality is achieved due to the possibility of simultaneously controlling the frequency and the effective voltage value during the conversion of a two-phase voltage system into a six-phase one.

Указанный технический результат достигается тем, что первая и вторая фазные первичные обмотки подключены соответственно к выходам первого и второго однофазных мостовых инверторов напряжения, входы которых объединены и подключены к источнику постоянного напряжения, при этом оба однофазных мостовых инвертора напряжения выполнены со 180-градусным алгоритмом управления и широтно-импульсной модуляцией, а их выходные напряжения сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.The specified technical result is achieved by the fact that the first and second phase primary windings are connected respectively to the outputs of the first and second single-phase bridge voltage inverters, the inputs of which are combined and connected to a constant voltage source, while both single-phase bridge voltage inverters are made with a 180-degree control algorithm and pulse-width modulation, and their output voltages are phase-shifted relative to each other by 90 °.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемым к нему графическим материалом, где на фиг. 1 приведена схема двухфазно-шестифазного трансформатора, а на фиг. 2 осциллограммы токов и напряжений на двухфазном входе трансформатора.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the following description and the accompanying graphic material, where in FIG. 1 shows a diagram of a two-phase-six-phase transformer, and in FIG. 2 oscillograms of currents and voltages at the two-phase input of the transformer.

На фиг. 1 введены следующие обозначения: 1, 2 - первый и второй однофазные мостовые инверторы напряжения, 3, 4 - зажимы источника постоянного напряжения, 5, 6, 7, 8 - ключи первого инвертора, 9, 10, 11, 12 - ключи второго инвертора, 13, 14 - первая и вторая первичные обмотки, 15 - тороидальный сердечник магнитопровода, 16 - 21 - фазные вторичные обмотки трансформатора. На фиг. 2 показана временная диаграмма управляющих импульсов IGBT-модулей (полностью управляемые транзисторные модули), где Uy1, Uy2 - сигналы управления, подаваемые на ключи первого и второго инвертора соответственно. При этом открытое состояние ключей 5, 6 первого инвертора обеспечивает наличие положительного импульса напряжения в обмотке 13, а открытое состояние ключей 5, 7 - отсутствие напряжения в этой обмотке. Открытое состояние ключей 7, 8 обеспечивает наличие отрицательного импульса напряжения в обмотке 13, открытое состояние ключей 8, 6 - отсутствие напряжения в этой же обмотке. Работа ключей 9, 10, 11, 12 аналогична работе ключей второго инвертора 5, 6, 7, 8 соответственно, но с временным фазовым сдвигом в 90°.In FIG. 1, the following designations are introduced: 1, 2 - the first and second single-phase bridge voltage inverters, 3, 4 - clamps of a constant voltage source, 5, 6, 7, 8 - keys of the first inverter, 9, 10, 11, 12 - keys of the second inverter, 13, 14 - the first and second primary windings, 15 - the toroidal core of the magnetic circuit, 16 - 21 - phase secondary windings of the transformer. In FIG. 2 shows a timing diagram of the control pulses of IGBT modules (fully controllable transistor modules), where U y1 , U y2 are control signals supplied to the keys of the first and second inverters, respectively. In this case, the open state of the keys 5, 6 of the first inverter provides a positive voltage pulse in the winding 13, and the open state of the keys 5, 7 - the absence of voltage in this winding. The open state of the keys 7, 8 ensures the presence of a negative voltage pulse in the winding 13, the open state of the keys 8, 6 - the absence of voltage in the same winding. The keys 9, 10, 11, 12 work similarly to the keys of the second inverter 5, 6, 7, 8, respectively, but with a temporary phase shift of 90 °.

Элементы устройства соединены следующим образом.The elements of the device are connected as follows.

Зажимы 3 и 4 трансформатора подключаются к источнику постоянного напряжения. Далее зажим 3 подключается к левым входам первого и второго инверторов, зажим 4 подключается к правым входам первого и второго инверторов. Катушка первой первичной обмотки 13 подключается к выходу первого однофазного мостового инвертора напряжения, катушка второй первичной обмотки 14 подключается к выходу второго однофазного мостового инвертора напряжения.Clips 3 and 4 of the transformer are connected to a constant voltage source. Next, terminal 3 is connected to the left inputs of the first and second inverters, terminal 4 is connected to the right inputs of the first and second inverters. The coil of the first primary winding 13 is connected to the output of the first single-phase bridge voltage inverter, the coil of the second primary winding 14 is connected to the output of the second single-phase bridge voltage inverter.

Двухфазно-шестифазный трансформатор с вращающимся магнитным полем работает следующим образом. На первую первичную обмотку посредством управления ключами первого инвертора, подаются импульсы постоянного напряжения, которые формируют ток близкий к синусоидальному, сдвинутый на некоторый угол относительно подаваемого напряжения. На вторую первичную обмотку со сдвигом в 90°, относительно момента подачи импульсов на первую первичную обмотку, подаются импульсы постоянного напряжения, которые формируют ток близкий к синусоидальному, сдвинутый на 90° относительно тока на первой первичной обмотке. Таким образом, в сердечнике магнитопровода формируется вращающееся магнитное поле, наводящее в системе вторичной обмотки многофазный ток.Two-phase-six-phase transformer with a rotating magnetic field operates as follows. Through the control of the keys of the first inverter, direct current pulses are applied to the first primary winding, which form a current close to sinusoidal, shifted by a certain angle relative to the applied voltage. To the second primary winding with a shift of 90 °, relative to the moment of supplying pulses to the first primary winding, DC voltage pulses are applied, which form a current close to sinusoidal, shifted 90 ° relative to the current on the first primary winding. Thus, a rotating magnetic field is formed in the core of the magnetic circuit, which induces a multiphase current in the secondary winding system.

Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что повышаются энергетические показатели и расширяются функциональные возможности.The novelty of the claimed technical solution lies in the fact that increased energy performance and expanded functionality.

Изобретение может быть использовано в качестве вторичных источников питания в системах электроснабжения и электропривода.The invention can be used as secondary power sources in power supply systems and electric drives.

Claims (1)

Двухфазно-шестифазный трансформатор с вращающимся магнитным полем, содержащий шестифазную вторичную обмотку и две фазные первичные обмотки, которые намотаны на тороидальный сердечник с пространственным сдвигом 90°, отличающийся тем, что первая и вторая фазные первичные обмотки подключены соответственно к выходам первого и второго однофазных мостовых инверторов напряжения, входы которых объединены и подключены к источнику постоянного напряжения, при этом оба однофазных мостовых инвертора напряжения выполнены со 180-градусным алгоритмом управления и широтно-импульсной модуляцией, а их выходные напряжения сдвинуты по фазе относительно друг друга на 90°.A two-phase six-phase transformer with a rotating magnetic field, containing a six-phase secondary winding and two phase primary windings that are wound on a toroidal core with a spatial shift of 90 °, characterized in that the first and second phase primary windings are connected respectively to the outputs of the first and second single-phase bridge inverters voltage, the inputs of which are combined and connected to a constant voltage source, while both single-phase bridge voltage inverters are made with a 180-degree algorithm ohm control and pulse width modulation, and their output voltages are phase shifted relative to each other by 90 °.
RU2019133088A 2019-10-16 2019-10-16 Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field RU2719549C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133088A RU2719549C1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019133088A RU2719549C1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2719549C1 true RU2719549C1 (en) 2020-04-21

Family

ID=70415351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019133088A RU2719549C1 (en) 2019-10-16 2019-10-16 Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2719549C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU220444U1 (en) * 2023-07-17 2023-09-14 Александр Владимирович Кондратьев Toroidal transformer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333562C1 (en) * 2007-06-04 2008-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Single-phase transformer with rotating magnetic field
CN106920664A (en) * 2015-12-25 2017-07-04 上海稳得新能源科技有限公司 The change number of phases high-tension transformer of rotating excitation field mechanism
RU191500U1 (en) * 2019-05-15 2019-08-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") ROTATING MAGNETIC FIELD TRANSFORMER

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333562C1 (en) * 2007-06-04 2008-09-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО "КубГТУ") Single-phase transformer with rotating magnetic field
CN106920664A (en) * 2015-12-25 2017-07-04 上海稳得新能源科技有限公司 The change number of phases high-tension transformer of rotating excitation field mechanism
RU191500U1 (en) * 2019-05-15 2019-08-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") ROTATING MAGNETIC FIELD TRANSFORMER

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU220444U1 (en) * 2023-07-17 2023-09-14 Александр Владимирович Кондратьев Toroidal transformer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2638411T3 (en) Integrated magnetic transformer set
JP6271099B1 (en) DC voltage conversion circuit
EP3391526B1 (en) Control circuit and method for controlling a resonant converter and power inverter comprising the resonant converter and the control circuit
US9825532B2 (en) Current control for DC-DC converters
US11349404B2 (en) Power conversion circuit and power conversion apparatus with same
CN111509980B (en) Power converter
JP5731923B2 (en) Inverter circuit, power conversion circuit, and electric propulsion vehicle
JP2013005547A (en) Switching power supply device
JP2013038876A (en) Dc-dc converter and battery charger
JP2007159364A (en) Converter
CN107925344B (en) Asymmetric bipolar voltage supply device
JP2005287291A (en) Voltage regulator
RU2719549C1 (en) Two-phase-six-phase transformer with rotating magnetic field
KR20190025196A (en) Isolated DC-DC converter and driving method thereof
RU191500U1 (en) ROTATING MAGNETIC FIELD TRANSFORMER
Perera et al. A preprocessed PWM scheme for three-limb core coupled inductor inverters
RU2705586C1 (en) Three-phase static frequency converter with direct coupling
KR102616665B1 (en) Phase Shift Full Bridge Converter And Method Of Driving The Same
EP4322382A1 (en) Resonant converter, and controlling method for the same
Solanki et al. Design of bidirectional push pull converter for microgrid applications
US8901824B2 (en) Dual-switch current converter
SU771824A1 (en) Dc-to-multiphase voltage converter
RU2697191C2 (en) Three-phase inverter
WO2013038963A1 (en) Inverter device
JP2023046117A (en) Power conversion device