Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для перетворення трифазної змінної напруги в однофазне змінну напругу тієї ж частоти з рівномірною і довільної за величиною навантаженням фаз мережі живлення, з метою застосування, наприклад, для електрифікації залізниць на змінному струмі, електроживлення освітлювальних мереж, однофазних навантажень різного характеру і призначення. Перетворювач трифазного змінного напруги містить джерело трифазного змінного напруги, наприклад трифазний трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана в «зірку» з нульовим виводом і підключена до фазним і нульовим вхідного висновків, а вторинна - в «зірку» з нульовим виводом, вихідні висновки, крім того , містить два зрівняльних реактора із середнім висновком обмотки кожного, крайні висновки однієї обмотки яких підключені до висновку вторинної фазної обмотки джерела і до його нульового висновку, крайні висновки друго й обмотки - до висновків інших вторинних фазних обмоток джерела, а середні висновки обох обмоток - до вихідних висновків. Технічний результат полягає в тому, що харчування всіх однофазних навантажень здійснюється від однієї і тієї ж пари клем перетворювача. При цьому величина результуючого однофазного напруги дорівнює фазній напрузі джерела трифазного змінного напруги, наприклад фазній напрузі з'єднаної в «зірку» вторинної обмотки трифазного трансформатора довільної конструкції. Виключається потреба в утриманні на підстанції додатково другого трифазного трансформатора, тому що встановлений трифазний трансформатор, без зміни його принципової схеми, може забезпечити харчування не тільки основного однофазного, але і допоміжного трифазного обладнання. Крім того, схема перетворювача виключає необхідність підбору по потужності однофазних навантажень при їх підключенні до фазним обмоткам трифазного трансформатора. 1 мул.
Малюнки до патенту РФ 2416866
Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано для перетворення трифазної змінної напруги в однофазне змінну напругу тієї ж частоти з рівномірною і довільної за величиною навантаженням фаз мережі живлення, з метою застосування, наприклад, для електрифікації залізниць на змінному струмі, електроживлення освітлювальних мереж, однофазних навантажень різного характеру і призначення.
Відомий перетворювач трифазного змінного напруги в двофазне (схема Скотта), що містить два однофазних трансформатора, первинна обмотка першого з яких підключена одним висновком до середнього висновку первинної обмотки другого, а вільні висновки обох обмоток підключені до фазним вхідним висновків, вторинні обмотки (див. К. А.Круг. Основи електротехніки. Т.2. 1932 р стор.338, фіг.335).
Ця схема, в разі послідовного підключення вторинних обмоток до загальної навантаженні, забезпечує перетворення трифазної змінної напруги в однофазне змінну напругу. Однак, тому що незалежно від співвідношення чисел витків обмоток, алгебраїчна сума струмів в рівних по числу витків частинах первинної обмотки другого трансформатора дорівнює току первинної обмотки першого трансформатора, то ці трансформатори навантажують фази мережі живлення неоднаково. Застосування в такому вигляді схеми Скотта, наприклад, на підстанціях електрифікованих залізниць при потужності навантаження, яка відповідає потужністю однофазних трансформаторів, може привести до «перекосу» фаз мережі живлення. Крім того, зважаючи на необхідність харчування низьким трифазним напругою та інших споживачів, ця схема не виключає потребу в утриманні на підстанції додатково трифазного трансформатора.
Сукупність причин, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату, полягає в неоднаковому розподілі первинних струмів між фазами трифазної мережі.
Недоліком перетворювача є спотворення напруги живлення при неоднаковою навантаженні лівого і правого «шляхів», що харчуються кожен від одного з зсунутих один щодо одного на 90 ° напружень відповідно між одним з великих і укороченим променями «зигзага». Схема перетворювача не забезпечує перетворення трифазної змінної напруги в однофазне змінну напругу з однаковим навантаженням фаз мережі живлення. Крім того, зважаючи на необхідність харчування на підстанції низьким трифазним напругою та інших споживачів, ця схема не виключає потребу в утриманні додатково другого трифазного трансформатора.
Сукупність причин, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату, полягає в тому, що перетворювач призначений для перетворення трифазної змінної напруги в двофазне, а не в однофазне змінну напругу.
Широко відомий перетворювач трифазного змінного напруги в трифазне змінну напругу, що містить понижуючий трифазний трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана в «зірку» з нульовим виводом і підключена до фазним і нульовим вхідного висновків, а вторинна - в «зірку» з нульовим виводом і підключена до вихідних висновків (див. Л.Н.Баптіданов і В.І.Тарасов. Електрообладнання станцій та підстанцій. T.1, 1960, стр.370, ріс.23-1).
Недоліком цього перетворювача, виготовленого на базі однієї з найбільш поширених схем з'єднання обмоток силових трансформаторів станцій і підстанцій, є неможливість отримання однофазного змінного напруги з однаковим навантаженням фаз трифазної мережі.
Сукупність причин, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату, полягає в тому, що перетворювач призначений для перетворення трифазної змінної напруги в трифазне, а не в однофазне змінну напругу.
Завдання, на вирішення якої спрямовано пропоноване технічне рішення, полягає в перетворенні трифазної змінної напруги в однофазне змінну напругу тієї ж частоти при однаковому навантаженні фаз мережі живлення і використанні поширеного джерела трифазного змінного напруги, наприклад, 2-х обмоточного трифазного трансформатора, кожна обмотка якого з'єднана в «зірку» з нульовим виводом або трифазного генератора.
Це завдання вирішується тим, що перетворювач трифазного змінного напруги, що містить джерело трифазного змінного напруги, наприклад трифазний трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана в «зірку» з нульовим виводом і підключена до фазним і нульовим вхідного висновків, а вторинна - в «зірку» з нульовим висновком, вихідні висновки, містить два зрівняльних реактора із середнім висновком обмотки кожного, крайні висновки однієї обмотки яких підключені до висновку вторинної фазної обмотки джерела і до його нульового висновку, до Райн висновки іншої обмотки - до висновків інших вторинних фазних обмоток джерела, а середні висновки обох обмоток - до вихідних висновків.
Технічний результат, який досягається в пропонованому, полягає в тому, що неоднакова навантаження лівого і правого «шляхів» (див. Патент № 2374715) не призводить до спотворення напруги живлення, тому що харчування кожної навантаження здійснюється від однієї і тієї ж пари клем перетворювача. При цьому величина результуючого однофазного напруги дорівнює фазній напрузі джерела трифазного змінного напруги, наприклад фазній напрузі з'єднаної в «зірку» вторинної обмотки трифазного трансформатора довільної конструкції. Додатковий технічний результат полягає в тому, що виключається необхідність підбору по потужності однофазних споживачів для рівномірного розподілу навантаження, що підключається між кожною фазою і загальним нульовим виводом джерела трифазного змінного напруги.
З сформульованого вище умови розв'язуваної задачі випливає, що сума вторинних фазних струмів такого джерела трифазного змінного напруги не може бути дорівнює нулю, тому що зворотне суперечить постановці завдання. Отже, нульовий провід повинен бути завантажений певною часткою результуючого струму. Разом з тим наявність нульового проводу зовсім не означає, що по ньому повинен циркулювати струм нульової послідовності, тому що його генерація не властива однофазним ланцюгах. Таким чином, нульовий провід повинен служити можливості рівного розподілу результуючого струму між цим проводом і фазними обмотками, тобто можливості поділу результуючого струму на чотири рівні частини, три з яких припадають кожна на одну фазную обмотку.
На кресленні наведена принципова схема перетворювача трифазної змінної напруги в однофазне змінну напругу.
Перетворювач містить джерело трифазного змінного напруги, виконаний на трифазному трансформаторі 1, первинні (вторинні) фазні обмотки 2, 3, 4 (5, 6, 7) якого з'єднані в «зірку» з нульовим виводом і підключені кінцями (началами) до фазним вхідним ( вихідним) висновків а, В, с (а, b, с), а загальною точкою почав (кінців) - до нульового вхідного (вихідного) висновку 0 (0). Крім того, перетворювач містить перетворюючу групу 8 з двох зрівняльних реакторів 9 і 10, причому імпеданс зрівняльного реактора 10 в раз більше, ніж імпеданс зрівняльного реактора 9. Крайні висновки обмотки зрівняльного реактора 9 (10) підключені до фазного і нульового вихідного висновку а й 0 (фазним вихідним висновків b і с). Середня точка зрівняльного реактора 9 (10) підключена до вихідного висновку 11 (12). Між вихідними висновками 11,12 включена навантаження 13. Величина імпедансу зрівняльного реактора, як відомо, залежить не тільки від числа витків обмотки, а й від перетину його муздрамтеатру. Тому мінімально необхідну величину імпедансу можна отримати не тільки при однаковому числі витків обмоток зрівняльних реакторів, а й однаковому перетині магнитопроводов, якщо ця величина не менше найбільшого з необхідних значень.
До обмотці зрівняльного реактора 9 (10) прикладається фазное (лінійне) напруга між вихідними висновками а й 0 (b і с) трифазного трансформатора 1. Величина напруги U 11-0 (U12-0) між вихідним виводом 11 (12) зрівняльного реактора 9 (10) і загальною точкою 0 решт вторинних фазних обмоток 5, 6, 7 трансформатора 1, в зв'язку з автотрансформаторним ефектом, дорівнює половині фазної напруги обмотки 5 (половині суми фазних напруг обмоток 6 і 7). Тому величина результуючого напруги Uрез. між вихідними висновками 11 і 12 дорівнює фазній напрузі Uф «зірки» вторинних обмоток, причому вектор цієї напруги збігається по фазі з вектором фазної напруги обмотки 5.
Результуючий змінний струм в відповідний напівперіод тече по навантаженню 13, розгалужується на дві рівні частини, одна (інша) з яких тече від кінця до початку (від початку до кінця) однієї (іншої) частини обмотки зрівняльного реактора 10 і далі від початку до кінця обмотки 6 (7) трансформатора 1, підсумовуючись в загальній точці решт цих обмоток. Далі результуючий змінний струм знову розгалужується на дві рівні частини, одна (інша) з яких тече від кінця до початку обмотки 5 (по вторинному нульового проводу) трансформатора 1, потім від кінця до початку (від початку до кінця) однієї (іншої) частини обмотки зрівняльного реактора 9, знову підсумовуючись на вихідному виводі 11. наступний напівперіод результуючий змінний струм тече по тим же ланцюгах в зворотному напрямку. Внаслідок трансформаторного ефекту струми в первинних фазних обмотках 2, 3, 4 і первинному нульовому проводі трансформатора 1 є рівними один одному.
З огляду на особливість формування результуючого однофазного напруги Uрез. і несиметричність 3-стрижневого муздрамтеатру трифазного трансформатора, переважно обмотку відповідного з зрівняльних реакторів підключити до висновків фазних обмоток трансформатора, розміщених на його крайніх стрижнях.
Схема перетворювача виключає необхідність в утриманні на підстанції двох трифазних трансформаторів, в тому числі спеціального, тому що встановлений на підстанції основний трифазний трансформатор, без зміни його принципової схеми, може забезпечити харчування не тільки основного однофазного, але і допоміжного трифазного обладнання. Однак пропоноване перетворення, в порівнянні з трьома однофазними навантаженнями, призводить при тій же споживаної потужності до зменшення на третину потужності, що виділяється на одній загальній однофазному навантаженні, а при тій же потужності виділяється на виході - до збільшення на третину потужності трифазного трансформатора. Разом з тим, якщо потужність трифазного трансформатора значно перевищує потужність споживача однофазного змінного напруги, то для зазначеного перетворення необхідно і достатньо тільки два зрівняльних реактора: один потужністю 0,5, а другий - 0,866 від потужності, що виділяється на однофазному навантаженні. При цьому споживана трифазним трансформатором потужність становить 1,5 від потужності, що виділяється на однофазному навантаженні. Основним фактором, що визначає ефективність перетворювача, є відсутність необхідності підбору по потужності однофазних навантажень при їх підключенні до фазним обмоткам трифазного трансформатора.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Перетворювач трифазного змінного напруги, що містить джерело трифазного змінного напруги, наприклад трифазний трансформатор, первинна обмотка якого з'єднана в «зірку» з нульовим виводом і підключена до фазним і нульовим вхідного висновків, а вторинна - в «зірку» з нульовим виводом, вихідні висновки, що відрізняється тим, що містить два зрівняльних реактора із середнім висновком обмотки кожного, крайні висновки однієї обмотки яких підключені до висновку вторинної фазної обмотки джерела і до його нульового висновку, крайні висновки іншої обмотки - до висновків інших вторинних фазних обмоток джерела, а середні висновки обох обмоток - до вихідних висновків.