RU2731209C1 - Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network - Google Patents

Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network Download PDF

Info

Publication number
RU2731209C1
RU2731209C1 RU2020113650A RU2020113650A RU2731209C1 RU 2731209 C1 RU2731209 C1 RU 2731209C1 RU 2020113650 A RU2020113650 A RU 2020113650A RU 2020113650 A RU2020113650 A RU 2020113650A RU 2731209 C1 RU2731209 C1 RU 2731209C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
transformer
winding
phases
load
Prior art date
Application number
RU2020113650A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Николаевич Евсеев
Original Assignee
Андрей Николаевич Евсеев
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 Андрей Николаевич Евсеев filed Critical Андрей Николаевич Евсеев
Priority to RU2020113650A priority Critical patent/RU2731209C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2731209C1 publication Critical patent/RU2731209C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/10Single-phase transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/26Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/50Arrangements for eliminating or reducing asymmetry in polyphase networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electric engineering, in particular, to circuits of AC distribution networks, and can be used in devices of energy conversion of three-phase network into energy for supply of single-phase load. Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network comprises transformer, which winding is made with tap, wherein the terminal leads of the transformer winding are the first and second inputs of the device, and the tapping of the transformer winding is the output of the device, the other output of which is combined with the third input of the device.
EFFECT: technical result is simplification of device, high manufacturability, reduced material consumption and weight and dimensions, as well as high efficiency.
4 cl, 2 dwg

Description

Область техники Technology area

Изобретение относится к схемам распределительных сетей переменного тока, и может быть использовано в устройствах преобразования энергии трёхфазной сети в энергию для питания однофазной нагрузки. The invention relates to circuits of AC distribution networks, and can be used in devices for converting the energy of a three-phase network into energy to power a single-phase load.

Уровень техники State of the art

Известен преобразователь трёхфазного тока в однофазный, содержащий автотрансформатор с выводом, через обмотку которого нагрузка подключается к двум фазам питающей сети, и конденсатор, через который вывод обмотки автотрансформатора соединён с одной из этих фаз, дополнительные конденсаторы, через которые вывод автотрансформатора соединён с другой из указанных фаз и с третьей фазой питающей сети, подключённой к точке подсоединения нагрузки к обмотке автотрансформатора (см. а.с. СССР № 402075). Known is a three-phase to single-phase converter containing an autotransformer with an output through the winding of which the load is connected to two phases of the supply network, and a capacitor through which the output of the autotransformer winding is connected to one of these phases, additional capacitors through which the output of the autotransformer is connected to another of the indicated phases and with the third phase of the supply network connected to the point of connection of the load to the winding of the autotransformer (see USSR AS No. 402075).

Известен преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей - и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя (см. RU2333563C1). Known converter of electrical energy of three-phase voltages and currents in single-phase, containing a single-phase transformer or autotransformer, a three-phase transformer, two blocks of ballast reactive elements: capacities and inductances - and a control unit for ballast reactive elements and control of the symmetrical mode of operation of the specified converter (see RU2333563C1).

Известен трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий трансформаторный преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные, реактивные балластные элементы и блок контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами, одна из фаз двухфазной обмотки трансформаторного преобразователя электрической энергии трехфазных напряжений и токов в двухфазные соединена последовательно с первым балластным элементом и последовательно встречно с второй фазой двухфазной обмотки и вторым балластным элементом, параллельно которым присоединены последовательно соединенные между собой однофазный приемник и третий балластный элемент (см. RU2292625C1). Known transformer converter of electrical energy of three-phase voltages and currents in single-phase, containing a transformer converter of electrical energy of three-phase voltages and currents in two-phase, reactive ballast elements and a control unit for symmetric operation of the converter and control of reactive ballast elements, one of the phases of the two-phase winding of the transformer converter of three-phase electrical energy voltages and currents in two-phase is connected in series with the first ballast element and in series opposite to the second phase of the two-phase winding and the second ballast element, in parallel to which a single-phase receiver and the third ballast element are connected in series with each other (see RU2292625C1).

Необходимость использования в известных решениях дополнительных компонентов: конденсаторов и балластных реактивных элементов усложняет конструкцию устройства, снижает его надёжность, а также усложняет процесс производства, снижая технологичность его изготовления. The need to use additional components in known solutions: capacitors and ballast reactive elements complicates the design of the device, reduces its reliability, and also complicates the production process, reducing the manufacturability of its manufacture.

Более того, необходимость подстройки под конкретную нагрузку, путём изменения ёмкости включаемых конденсаторов ограничивает возможность использования известного преобразователя, так как усложняет его эксплуатацию и создаёт риск неопределённого распределения фазных токов нагруженной сети. Moreover, the need to adjust for a specific load, by changing the capacitance of the capacitors to be switched on, limits the possibility of using the known converter, since it complicates its operation and creates the risk of an undefined distribution of phase currents of the loaded network.

Известно устройство для преобразования трёхфазного тока в однофазный, выполненное в виде индукционной машины с трёхфазной первичной системой и однофазной вторичной обмоткой, первичная система образована из двух общих для вторичной системы статоров с обмотками, создающими вращающиеся в противоположные стороны магнитные поля, образующие пульсирующее магнитное поле, пронизывающее контур вторичной обмотки (см. а.с. СССР № 72443). A device for converting a three-phase current into a single-phase one is known, made in the form of an induction machine with a three-phase primary system and a single-phase secondary winding, the primary system is formed of two stators common to the secondary system with windings that create magnetic fields rotating in opposite directions, forming a pulsating magnetic field penetrating secondary winding circuit (see USSR AS No. 72443).

Известно устройство питания для однофазных индукционно-резистивных нагрузок, обеспечивающее симметрию первичной трехфазной сети, содержащее магнитопровод, состоящий из трех сердечников А, В, С одинакового поперечного сечения, первичную трехфазную обмотку, состоящую из, по меньшей мере, трех одинаковых секционированных обмоток, расположенных на соответствующих сердечниках магнитопровода, соединенных между собой в звезду, секционные выводы которых через секционный переключатель подключены к трехфазной сети и вторичную обмотку, выполненную таким образом, что на каждом сердечнике магнитопровода размещено по две частичные обмотки с неравным числом витков, причем частичные обмотки каждого сердечника магнитопровода с одинаковыми индексами имеют равное число витков, а частичные обмотки вторичной обмотки соединены последовательно (см. RU 2290739 С1). Known power supply device for single-phase inductive-resistive loads, providing the symmetry of the primary three-phase network, containing a magnetic circuit consisting of three cores A, B, C of the same cross-section, a primary three-phase winding, consisting of at least three identical sectioned windings located on the corresponding cores of the magnetic circuit, interconnected in a star, the sectional leads of which are connected through the sectional switch to a three-phase network and the secondary winding, made in such a way that on each core of the magnetic circuit there are two partial windings with an unequal number of turns, and the partial windings of each core of the magnetic circuit with with the same indices have an equal number of turns, and the partial windings of the secondary winding are connected in series (see RU 2290739 C1).

Известен трансформатор трёхфазно-однофазный, содержащий соединённые в «зигзаг» обмотки, начала первых половин которых являются входами фаз А1, В1, С1 питающей сети, а начала вторых половин обмоток соединены между собой и являются выходом однофазной нагрузки, другой выход однофазной нагрузки соединён со входом фазы А1 питающей сети, при этом обмотки выполнены на трёхстержневом магнитопроводе (см. RU 2656612 С1). A three-phase-single-phase transformer is known, containing windings connected in a "zigzag", the beginning of the first halves of which are the inputs of phases A1, B1, C1 of the supply network, and the beginning of the second halves of the windings are connected to each other and are the output of a single-phase load, the other output of a single-phase load is connected to the input phases A1 of the supply network, while the windings are made on a three-rod magnetic circuit (see RU 2656612 C1).

Недостатком известных решений является сложность, избыточная материалоемкость и громоздкость. Необходимость намотки множества обмоток трансформатора, до шести и более усложняет процесс их производства. The disadvantage of the known solutions is complexity, excessive material consumption and cumbersomeness. The need to wind many transformer windings, up to six or more, complicates the process of their production.

Известно устройство для передачи электроэнергии, содержащее: кабель, трансформатор, соединенный с кабелем, трансформатор для преобразования трехфазного переменного тока в однофазный, при этом трансформатор имеет сердечник в конфигурации тора с хордой, проходящей через внутреннюю часть тора, первичную обмотку, намотанную вокруг тора, и вторичную обмотку, намотанную вокруг хорды и соединенную с кабелем (см. EP2954544B1). A device for transmitting electricity is known, comprising: a cable, a transformer connected to a cable, a transformer for converting a three-phase alternating current into a single-phase one, while the transformer has a core in a torus configuration with a chord passing through the inner part of the torus, a primary winding wound around the torus, and a secondary winding wound around the chord and connected to the cable (see EP2954544B1).

Недостатком известного решения является необходимость использования магнитопровода сложной формы, а также сложность и трудоёмкость процесса намотки на магнитопровод сложной формы. The disadvantage of the known solution is the need to use a magnetic circuit of a complex shape, as well as the complexity and laboriousness of the process of winding on a magnetic circuit of a complex shape.

Известно устройство для преобразования трёхфазного тока в однофазный и обратно, представляющее собой трёхфазную машину с заторможенным двухфазным ротором, обмотки статора которой включены в трёхфазную сеть, а одна фаза ротора в однофазную сеть, вторая фаза ротора, имеющая частичную магнитную связь с первой фазой, включена на активное сопротивление, соединённое последовательно с индуктивным сопротивлением (см. а.с. СССР № 89488). A device is known for converting a three-phase current into a single-phase and vice versa, which is a three-phase machine with a locked two-phase rotor, the stator windings of which are included in a three-phase network, and one phase of the rotor into a single-phase network, the second phase of the rotor, which has a partial magnetic connection with the first phase, is included on active resistance connected in series with inductive resistance (see USSR AS No. 89488).

Известное устройство может быть применено лишь в маломощных установках и характеризуется избыточными сложностью и массогабаритными показателями, а также рассеянием энергии на активном сопротивлении, что приводит к повышенному нагреву и снижению КПД. The known device can be used only in low-power installations and is characterized by excessive complexity and weight and dimensions, as well as energy dissipation on the active resistance, which leads to increased heating and a decrease in efficiency.

Известен трехфазно-однофазный трансформатор, содержащий входные и выходные зажимы, к которым подключен трансформатор, имеющий первичные обмотки во всех трех фазах и две вторичные обмотки в фазах А и С, первичные обмотки соединены в «зигзаг», причем соединены обмотки фаз А и В, В и С, С и А, первые крайние выводы первичных обмоток подключены к входным зажимам, два из вторых крайних выводов фаз А и С соединены между собой, а вторичные обмотки включены встречно и соединены с выходными зажимами, а третий из вторых крайних выводов фазы В соединен непосредственно с нулевым рабочим выводом питающей сети (см. RU2668086). Known is a three-phase-single-phase transformer containing input and output clamps, to which a transformer is connected, having primary windings in all three phases and two secondary windings in phases A and C, the primary windings are connected in a "zigzag", and the windings of phases A and B are connected, B and C, C and A, the first extreme terminals of the primary windings are connected to the input terminals, two of the second extreme terminals of phases A and C are connected to each other, and the secondary windings are connected oppositely and connected to the output terminals, and the third of the second extreme terminals of phase B connected directly to the zero working output of the supply network (see RU2668086).

Известное решение характеризуется сложностью, избыточным количеством обмоток, большой материалоёмкостью и массой. Необходимость подключения нейтрального провода трёхфазной сети ограничивает область применения, так как возможность использования нейтрального провода не всегда является доступной. The known solution is characterized by complexity, excessive number of windings, high material consumption and weight. The need to connect the neutral wire of a three-phase network limits the scope, since the possibility of using a neutral wire is not always available.

Наиболее близким по технической сущности — прототипом — является устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, которое содержит однофазный трансформатор с одной первичной и одной вторичной обмотками, выводы первичной обмотки являются двумя входами устройства, один из выводов вторичной обмотки является третьим входом устройства, другой вывод вторичной обмотки является одним из выходов устройства, другой выход которого является четвёртым входом устройства, при этом четыре входа устройства выполнены с возможностью подключения к четырехпроводной питающей трёхфазной сети, содержащей три фазных и один нейтральный провод (См. RU № 2679595 C1, фиг. 1). The closest in technical essence - the prototype - is a device for uniform distribution of a single-phase load over the phases of a three-phase network, which contains a single-phase transformer with one primary and one secondary winding, the terminals of the primary winding are two inputs of the device, one of the terminals of the secondary winding is the third input of the device, the other terminal of the secondary winding is one of the outputs of the device, the other output of which is the fourth input of the device, while the four inputs of the device are made with the possibility of connecting to a four-wire three-phase supply network containing three phase and one neutral wire (See RU No. 2679595 C1, Fig. 1).

Известное устройство способствует уравниванию между собой токов во всех трёх фазах и нейтральном проводе при питании однофазных нагрузок. The known device facilitates the equalization of currents in all three phases and the neutral wire when feeding single-phase loads.

Однако, наличие двух обмоток, требующих средств обеспечения их взаимной изоляции, усложняет конструкцию устройства, а необходимость намотки более чем одной обмотки требует выполнения соответствующих дополнительных операций, усложняющих процесс производства, что означает снижение технологичности изготовления. However, the presence of two windings, requiring means of ensuring their mutual isolation, complicates the design of the device, and the need to wind more than one winding requires corresponding additional operations that complicate the production process, which means a decrease in manufacturability.

Использование трансформатора с раздельными, гальванически не связанными между собой обмотками, способствует увеличению габаритной мощности трансформатора. Мощность трансформатора известного устройства равна √3/2 ≈ 0,866 от мощности нагрузки. Высокое значение габаритной мощности трансформатора приводит к высокому значению потерь в трансформаторе и снижает КПД устройства в целом, а также способствует увеличению его материалоемкости. The use of a transformer with separate, galvanically not interconnected windings contributes to an increase in the overall power of the transformer. The transformer power of the known device is √3 / 2 ≈ 0.866 of the load power. A high value of the overall power of the transformer leads to a high value of losses in the transformer and reduces the efficiency of the device as a whole, and also contributes to an increase in its material consumption.

Ещё одним недостатком известного решения является необходимость использования четырехпроводной питающей сети, включающей нейтральный провод, что не всегда возможно и ограничивает область использования известного решения. Another disadvantage of the known solution is the need to use a four-wire power supply network, including a neutral wire, which is not always possible and limits the scope of the known solution.

Кроме того, использование нейтрального провода приводит к появлению дополнительных потерь в проводах и снижает общий коэффициент мощности системы. In addition, the use of a neutral leads to additional wire losses and reduces the overall power factor of the system.

Раскрытие сущности Disclosure of essence

Техническим результатом является упрощение устройства, повышение технологичности изготовления, снижение материалоёмкости и массогабаритных параметров, а также повышение КПД. The technical result is to simplify the device, improve manufacturability, reduce material consumption and weight and size parameters, as well as increase efficiency.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, содержащем трансформатор, обмотка трансформатора выполнена с отводом, при этом крайние выводы обмотки трансформатора являются первым и вторым входами устройства, а отвод обмотки трансформатора является выходом устройства, другой выход которого объединён с третьим входом устройства. The specified technical result is achieved by the fact that in a device for uniform distribution of a single-phase load over the phases of a three-phase network containing a transformer, the transformer winding is made with a tap, while the extreme terminals of the transformer winding are the first and second inputs of the device, and the tap of the transformer winding is the output of the device, the other the output of which is combined with the third input of the device.

Кроме того: - трансформатор является однофазным, In addition: - the transformer is single-phase,

- отвод обмотки трансформатора выполнен из её средней точки, - the tap of the transformer winding is made from its midpoint,

- первый, второй и третий входы устройства выполнены с возможностью подключения к фазным проводам трёхпроводной питающей трёхфазной сети, а два выхода устройства с проводами однофазной нагрузки. - the first, second and third inputs of the device are made with the ability to connect to the phase wires of a three-wire three-phase supply network, and two outputs of the device are with single-phase load wires.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трёхфазной сети поясняется с помощью чертежей, где на Фиг. 1 показана схема устройства, на Фиг. 2 – вариант схемы подключения устройства с пониженным выходным напряжением. A device for uniform distribution of a single-phase load over the phases of a three-phase network is illustrated using drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of the device, FIG. 2 - a variant of the connection diagram for a device with a reduced output voltage.

На чертеже сделаны следующие обозначения. In the drawing, the following designations are made.

1, 2, 3 – входы устройства для подключения фаз трёхфазной питающей сети А, В и С, соответственно, 4 и 5 – выходы устройства для подключения однофазной нагрузки D1 и D2, соответственно, 6 — трансформатор, 7 — первая полуобмотка трансформатора, 8 — вторая полуобмотка трансформатора, 9 – отвод обмотки трансформатора, 10 – понижающий автотрансформатор, 11 – отвод обмотки понижающего автотрансформатора. 1, 2, 3 - inputs of the device for connecting the phases of a three-phase supply network A, B and C, respectively, 4 and 5 - outputs of the device for connecting a single-phase load D1 and D2, respectively, 6 - a transformer, 7 - the first half-winding of a transformer, 8 - second half-winding of the transformer, 9 - tap of the transformer winding, 10 - step-down autotransformer, 11 - tap-off of the winding of the step-down autotransformer.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети содержит однофазный трансформатор, включённый по схеме автотрансформатора, который имеет одну обмотку, все витки которой выполнены в одном направлении. Обмотка снабжена отводом из её средней точки, который делит обмотку на две полуобмотки с равным количеством витков, намотанных проводом одного сечения. The device for uniform distribution of a single-phase load over the phases of a three-phase network contains a single-phase transformer connected according to the autotransformer circuit, which has one winding, all turns of which are made in the same direction. The winding is equipped with a tap from its midpoint, which divides the winding into two half-windings with an equal number of turns, wound with a wire of the same cross-section.

Крайние выводы обмотки трансформатора являются двумя входами устройства, а отвод обмотки трансформатора является одним из выходов устройства, другой выход которого объединён с третьим входом устройства. The extreme terminals of the transformer winding are two inputs of the device, and the tap of the transformer winding is one of the outputs of the device, the other output of which is combined with the third input of the device.

Три входа устройства выполнены с возможностью подключения к трёхпроводной питающей трёхфазной сети, содержащей три фазных провода, а два выхода устройства представляют собой однофазный выход, с возможностью подключения нагрузки. Three inputs of the device are made with the ability to connect to a three-wire three-phase supply network containing three phase wires, and two outputs of the device are a single-phase output, with the ability to connect the load.

К выходу устройства может быть подключён автотрансформатор для формирования однофазного выходного напряжения требуемой величины. An autotransformer can be connected to the output of the device to form a single-phase output voltage of the required value.

Трансформатор 6 является однофазным и может быть выполнен на магнитопроводе тороидальной или стержневой конструкции. Трансформатор имеет единственную обмотку, состоящую из первой 7 и второй 8 полуобмоток, которые имеют одинаковое число витков, а вся обмотка рассчитана на линейное напряжение трёхфазной сети. Transformer 6 is single-phase and can be performed on a toroidal or rod-shaped magnetic circuit. The transformer has a single winding consisting of the first 7 and the second 8 half-windings, which have the same number of turns, and the whole winding is designed for the line voltage of a three-phase network.

Требуемая габаритная мощность трансформатора относительно мощности потребления нагрузки составляет 1/(2√3)≈0,289, что в три раза меньше, чем требуемая габаритная мощность ближайшего аналога. The required overall power of the transformer relative to the power consumption of the load is 1 / (2√3) ≈0.289, which is three times less than the required overall power of the closest analogue.

Осуществление изобретения Implementation of the invention

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки работает следующим образом. The device for uniform distribution of a single-phase load works as follows.

Многофазная питающая сеть характеризуется значениями линейного и фазного напряжения. Фазное напряжение трёхфазной сети, составляет величину 1/√3 от линейного напряжения и для стандартных значений линейных напряжений 220 В, 380 В или 10 кВ фазные напряжения составляют 127 В, 220 В или 5,8 кВ, соответственно. Помимо трёхфазных сетей стандартных напряжений устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети может быть использовано в трёхфазной сети с иными значениями линейного и соответствующего фазного напряжений. A multi-phase supply network is characterized by the values of line and phase voltages. The phase voltage of a three-phase network is 1 / √3 of the line voltage and for standard line voltages of 220 V, 380 V or 10 kV, the phase voltages are 127 V, 220 V or 5.8 kV, respectively. In addition to three-phase networks of standard voltages, the device for uniform distribution of a single-phase load over the phases of a three-phase network can be used in a three-phase network with other values of the line and corresponding phase voltages.

Устройство равномерного распределения однофазной нагрузки, с трансформатором, включённым по схеме автотрансформатора, обеспечивает преобразование энергии трёхфазной сети в энергию для питания однофазной нагрузки, отбирая мощность от всех трех фаз питающей сети. A device for uniform distribution of a single-phase load, with a transformer connected according to the autotransformer scheme, provides the conversion of the energy of a three-phase network into energy for supplying a single-phase load, taking power from all three phases of the supply network.

При равенстве количества витков двух полуобмоток величины токов в фазах А, В равны между собой, а ток в фазе С вдвое больше. При этом потребление мощности по фазам А, В, С происходит в пропорции 25%—25%—50%. Устройство обеспечивает наиболее благоприятный режим работы питающей сети, поскольку подводящие провода нагружаются равномерно. When the number of turns of the two half-windings is equal, the currents in phases A, B are equal to each other, and the current in phase C is twice as large. In this case, power consumption in phases A, B, C occurs in the proportion of 25% -25% -50%. The device provides the most favorable operating mode of the supply network, since the supply wires are loaded evenly.

В варианте исполнения, когда первая и вторая полуобмотки выполнены с не равным количеством витков распределение токов по фазам А и В становится иным, что может оказаться полезным в каких-то конкретных вариантах применения устройства, например, в условиях несимметрично нагруженной сети. In the embodiment, when the first and second half-windings are made with an unequal number of turns, the distribution of currents in phases A and B becomes different, which may be useful in some specific applications of the device, for example, in an asymmetrically loaded network.

При подаче на входы 1, 2 и 3 устройства трехфазного напряжения питающей сети, в которой фазные провода обозначены как А, В и С, соответственно, на выходах 4 и 5 устройства формируется выходное однофазное напряжение. При подключении нагрузки к выходам D1, D2 через нагрузку протекает ток. When a three-phase supply voltage is applied to inputs 1, 2 and 3 of the device, in which the phase wires are designated as A, B and C, respectively, an output single-phase voltage is generated at the outputs 4 and 5 of the device. When the load is connected to the outputs D1, D2, current flows through the load.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки обеспечивает пониженное в 2/√3≈1,155 раза напряжение на своих выходах по сравнению с линейным напряжением сети. Так, при условии работы устройства от стандартной электрической трёхфазной сети с номинальным напряжением 380 В напряжение на выходах устройства составляет 330 В. A device for uniform distribution of a single-phase load provides a 2 / √3≈1,155 times lower voltage at its outputs in comparison with the line voltage of the network. So, provided that the device operates from a standard three-phase electrical network with a rated voltage of 380 V, the voltage at the outputs of the device is 330 V.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки имеет меньшее количество обмоток: одну вместо двух обмоток ближайшего аналога, а значит не требует средств межобмоточной изоляции, конструктивно проще и проще в изготовлении. Упрощение процесса изготовления устройства означает более высокую технологичность его изготовления. The device for uniform distribution of a single-phase load has a smaller number of windings: one instead of two windings of the closest analogue, which means it does not require means of interwinding insulation, it is structurally simpler and easier to manufacture. Simplification of the manufacturing process of the device means higher manufacturability of its manufacture.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки характеризуется меньшим по сравнению с прототипом током, протекающим через обмотки, это следует, в частности, из сопоставления схем устройств. Меньшие токи обеспечивают снижение требуемой суммарной габаритной мощности трансформатора. Меньшая габаритная мощность трансформатора устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки означает снижение массогабаритных параметров устройства в целом, снижение его материалоёмкости. A device for uniform distribution of a single-phase load is characterized by a lower current flowing through the windings compared to the prototype, this follows, in particular, from a comparison of device circuits. Smaller currents provide a reduction in the required total overall power of the transformer. The lower overall power of the transformer of the device for uniform distribution of the single-phase load means a decrease in the weight and dimensions of the device as a whole, a decrease in its material consumption.

Меньшая габаритная мощность трансформатора означает также меньшие потери при преобразовании одного и того же количества энергии, что в свою очередь, означает более высокий КПД устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки в целом. Lower overall power of the transformer also means lower losses when converting the same amount of energy, which in turn means higher efficiency of the device for even distribution of the single-phase load as a whole.

Расчеты с использованием векторных диаграмм напряжений показывают, что величина выходного напряжения составляет: Calculations using vector voltage diagrams show that the output voltage is:

Uн = (√3/2) *Uл≈0,866Uл Un = (√3 / 2) * Ul≈0.866Ul

где Uн - напряжение нагрузки, where Uн - load voltage,

Uл - линейное напряжение питающей сети (то есть напряжение между любыми двумя фазами). Ul is the line voltage of the supply network (that is, the voltage between any two phases).

Несмотря на простоту устройства, уровень техники не содержит тождественных решений. Despite the simplicity of the device, the prior art does not contain identical solutions.

Вместе с тем совокупность признаков устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки, а именно использование лишь одной трансформаторной обмотки, а также схема соединения выходов устройства с фазными линиями трёхфазной сети через обмотку, реализующую автотрансформаторное включение трансформатора, представляет собой не очевидное решение, обеспечивающее максимально возможную, с использованием трансформатора, простоту конструкции устройства, максимальную простоту его изготовления и минимальные массогабаритные показатели при высоком КПД. At the same time, the set of features of the device for the uniform distribution of a single-phase load, namely the use of only one transformer winding, as well as the connection diagram of the device outputs with the phase lines of a three-phase network through a winding that implements the autotransformer connection of the transformer, is not an obvious solution that provides the maximum possible, with the use of a transformer, the simplicity of the design of the device, the maximum simplicity of its manufacture and the minimum weight and dimensions with high efficiency.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки требует для работы наличия лишь трёх фазных проводов питающей трёхфазной сети и не требует наличия нейтрального провода, что обеспечивает возможность подключения к любой трёхфазной сети и расширяет область использования устройства. A device for uniform distribution of a single-phase load requires only three phase wires of a three-phase supply network for operation and does not require a neutral wire, which provides the ability to connect to any three-phase network and expands the scope of the device.

Возможность функционирования устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки без необходимости использования нейтрального провода обеспечивает также снижение потерь в проводах и повышает общий коэффициент мощности системы. The ability to operate the device to evenly distribute a single-phase load without the need for a neutral wire also reduces wire losses and increases the overall power factor of the system.

Для изменения напряжения, питающего нагрузку, к выходу устройства может быть подключен регулируемый автотрансформатор, при этом пропорциональность потребления мощностей от фаз питающей сети остаётся неизменной. To change the voltage supplying the load, an adjustable autotransformer can be connected to the device output, while the proportionality of power consumption from the phases of the supply network remains unchanged.

Пример. Example.

Вариант устройства для равномерного распределения однофазной нагрузки (Фиг. 2) с возможностью понижения выходного напряжения включает второй трансформатор, выполненный в виде понижающего автотрансформатора, обеспечивающего понижение выходного напряжения. При соотношении чисел витков первой и второй полуобмоток понижающего автотрансформатора как 2:1 напряжение на нагрузке определяется выражением: A variant of the device for uniform distribution of a single-phase load (Fig. 2) with the possibility of lowering the output voltage includes a second transformer made in the form of a step-down autotransformer providing a decrease in the output voltage. With the ratio of the number of turns of the first and second half-windings of the step-down autotransformer as 2: 1, the voltage across the load is determined by the expression:

Uн=Uл/√3≈0,577Uл, Un = Ul / √3≈0.577Ul,

То есть при линейном напряжении 380 В выходное напряжение равно 220 В. That is, at a line voltage of 380 V, the output voltage is 220 V.

Трансформатор устройства может быть выполнен на основе обычного однофазного трансформатора, с использованием стандартного магнитопровода, при этом для намотки провода может быть задействован лишь один сердечник. The transformer of the device can be made on the basis of a conventional single-phase transformer, using a standard magnetic circuit, while only one core can be used to wind the wire.

В устройстве для равномерного распределения однофазной нагрузки не требуется применение дополнительных компонентов и узлов, таких как конденсаторы, балластные реактивные элементы, переключатели и пр., что делает устройство простым и надёжным. The device for uniform distribution of a single-phase load does not require the use of additional components and assemblies, such as capacitors, ballast reactive elements, switches, etc., which makes the device simple and reliable.

Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки может быть изготовлено с использованием трансформаторного железа стандартной формы и обмоточной проволоки. A device for uniform distribution of a single-phase load can be made using standard-shaped transformer iron and winding wire.

Таким образом, устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трёхфазной сети конструктивно проще и более технологично в изготовлении, обладает более низкими материалоёмкостью, массой и габаритами, а также обеспечивает больший КПД.Thus, a device for uniform distribution of a single-phase load over the phases of a three-phase network is structurally simpler and more technologically advanced in manufacturing, has lower material consumption, weight and dimensions, and also provides greater efficiency.

Claims (4)

1. Устройство для равномерного распределения однофазной нагрузки по фазам трёхфазной сети, содержащее трансформатор, отличающееся тем, что обмотка трансформатора выполнена с отводом, при этом крайние выводы обмотки трансформатора являются первым и вторым входами устройства, а отвод обмотки трансформатора является выходом устройства, другой выход которого объединён с третьим входом устройства. 1. A device for uniform distribution of a single-phase load over the phases of a three-phase network, containing a transformer, characterized in that the transformer winding is made with a tap, while the extreme terminals of the transformer winding are the first and second inputs of the device, and the tap of the transformer winding is the output of the device, the other output of which combined with the third input of the device. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трансформатор является однофазным.2. The device according to claim 1, characterized in that the transformer is single-phase. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отвод обмотки трансформатора выполнен из её средней точки.3. The device according to claim 1, characterized in that the tap of the transformer winding is made from its midpoint. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что первый, второй и третий входы устройства выполнены с возможностью подключения к фазным проводам трёхпроводной питающей трёхфазной сети, а два выхода устройства - с проводами однофазной нагрузки.4. The device according to claim 1, characterized in that the first, second and third inputs of the device are made with the possibility of connecting to the phase wires of a three-wire three-phase supply network, and two outputs of the device - with wires of a single-phase load.
RU2020113650A 2020-04-16 2020-04-16 Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network RU2731209C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113650A RU2731209C1 (en) 2020-04-16 2020-04-16 Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020113650A RU2731209C1 (en) 2020-04-16 2020-04-16 Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731209C1 true RU2731209C1 (en) 2020-08-31

Family

ID=72421501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020113650A RU2731209C1 (en) 2020-04-16 2020-04-16 Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731209C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788078C1 (en) * 2022-01-11 2023-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Phase converter with adjustable power

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060082354A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Magtech As Load symmetrization with controllable inductor
EP2954544B1 (en) * 2013-02-08 2018-01-31 John E. Stauffer Transmission of electric power
RU2674753C2 (en) * 2016-11-17 2018-12-13 Валерий Дмитриевич Василенко Single-phase load on three-phase network phases uniform distribution device
RU2679595C1 (en) * 2018-07-27 2019-02-12 Андрей Николаевич Евсеев Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060082354A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Magtech As Load symmetrization with controllable inductor
EP2954544B1 (en) * 2013-02-08 2018-01-31 John E. Stauffer Transmission of electric power
RU2674753C2 (en) * 2016-11-17 2018-12-13 Валерий Дмитриевич Василенко Single-phase load on three-phase network phases uniform distribution device
RU2679595C1 (en) * 2018-07-27 2019-02-12 Андрей Николаевич Евсеев Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788078C1 (en) * 2022-01-11 2023-01-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского" Phase converter with adjustable power

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2576990C (en) Auto-transformer for use with multiple pulse rectifiers
US6101113A (en) Transformers for multipulse AC/DC converters
US20050190585A1 (en) Magnetically influenced current or voltage regulator and a magnetically influenced converter
RU2591040C1 (en) Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network
US6982884B1 (en) Autotransformers to parallel AC to DC converters
CN111052588A (en) Power conversion device with Scott transformer
RU2731209C1 (en) Device for uniform distribution of single-phase load by phases of three-phase network
Ratanapanachote Applications of an electronic transformer in a power distribution system
RU2679595C1 (en) Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device
CN103457480A (en) Power supply assembly with an inverter for creating single phase alternating current
CN103151154B (en) Arc limit triangle phase shifting transformer
KR20240117651A (en) Inversion device and its applications
US11283363B2 (en) Modular power conversion system with galvanic insulation
RU2683246C1 (en) Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device
US5731971A (en) Apparatus for providing multiple, phase-shifted power outputs
CN113890366A (en) Isolated multiphase DC/DC converter
JP2023506524A (en) Power electronics on-load tap changer with reduced number of taps
RU2656612C1 (en) Three-phase and single-phase transformer
RU2640571C1 (en) Three-phase-single-phase transformer of evseev
RU2674753C2 (en) Single-phase load on three-phase network phases uniform distribution device
RU2604491C1 (en) Three-phase alternating voltage cascade converter (versions)
RU2416866C1 (en) Converter of three-phase alternating voltage
US20230106121A1 (en) Polyphase ac to dc converter
RU91486U1 (en) MULTI-PHASE CONVERTER
RU2487456C1 (en) Four-phase converter