Петфазен преобразувател на броя на фазите
Изобретението се отнася до преобразувателната техника и може да се използва за създаване на токоизправители за регулируеми постоянни и променливи електрически задвижвания за металорежещи машини за увеличаване на скоростта им, както и в преобразувателни подстанции за захранване на електрифицирани железопътни линии, в електрометалургичната и химическата промишленост за намаляване на големината на пулсациите на изправеното напрежение и намаляване на съдържанието на по-високи хармонични компоненти в кривата на променлив ток в трифазна мрежа.
Известни преобразуватели на трифазно променливо напрежение в петфазно на базата на трансформатори на Скот (Ворфоломеев Г.Н., Мутини С.В., Шуров Н.И. Петфазен мостов токоизправител на базата на схемата на Скот /Бюлетин на KSTU, Транспорт, брой 39 Красноярск: Издателство на KSTU, 2005, стр.21-25/).
Недостатъкът на известните преобразуватели е сложната схема на трансформатора, поради необходимостта от получаване на подходящо изместване на вторичните фазови напрежения.
От нивото на техниката е известен и многофазен преобразувател на трифазно променливо напрежение в постоянно напрежение, съдържащ трифазен трансформатор с първична и две групи вторични намотки, свързани помежду си по схемата "зигзаг". Трансформаторът е оборудван с допълнителна група вторични намотки (В. Казаков "Захранващи устройства. Многофазни силови трансформатори-преобразуватели и токоизправители" / Силова електроника № 4, 2006 г., стр. 7-15 /).
Недостатъкът на това устройство е по-големият брой вторични намотки, което значително усложнява конструкцията на преобразувателя, технологията на неговото производство и води до загуба на материали.
Най-близкото техническо решение до предложения преобразувател е преобразувател, състоящ се от три еднофазнитрансформатори, всяка от които съдържа една първична намотка и пет вторични намотки (Vorfolomeev G.N. et al. Преглед на схемните решения за преобразуватели на числото на фазите на трансформатори. Подобряване на техническите средства за електрически транспорт. / Сборник научни статии. Брой 2. Новосибирск, 2001 г., стр. 78-96 /). По този начин изпълнението изисква трифазна мрежа, три еднофазни трансформатора, чиито първични намотки са свързани към трифазна мрежа с неутрален проводник 0 съгласно една от схемите: „звезда“ или „триъгълник“ и пет вторични намотки за всеки еднофазен трансформатор (петнадесет за трите фази). Недостатъкът на това устройство е фактът, че груповият трифазен трансформатор е по-нисък от трифазния трипръчков трансформатор по отношение на теглото и размерите си, а преобразувателят има голям брой вторични намотки, което значително усложнява дизайна на преобразувателя, технологията на неговото производство, води до загуба на материали и увеличаване на цената.
Техническият резултат от заявеното изобретение е създаването на такава архитектура на преобразувателя, която позволява да се намали консумацията на активни материали при замяна на трифазен групов трансформатор с трипръчков с по-малък брой вторични намотки, което в крайна сметка подобрява теглото и размера на преобразувателя, опростява дизайна на преобразувателя, технологията на неговото производство и намалява цената.
Зададеният технически резултат се решава поради факта, че петфазен преобразувател на броя на фазите, който е трифазен трансформатор, състоящ се от три намотки на първичната намотка и седем намотки на вторичната намотка с петфазни изходи за напрежение, съгласно изобретението, шест намотки на вторичната намотка са направени под формата на главни намотки на вторичната намотка съгласноtwo on each rod of the transformer, and one additional coil of the secondary winding located on the rod of the transformer, on which two main coils of the secondary winding are located, made with taps that separate the number of turns of each of the coils in relation to (1-Tg60 0 Tg18 0 ): (1+Tg60 0 Tg18 0 ) from the beginning of the coil, and the other two main coils of the secondary winding are made with taps that separate the number of Coils of these coils in relation to (1 + Tg60 0 Sin60 / Sin72 0 ): (1-Tg60 0 Sin6 0 / Sin72 0 ) from the beginning of the coil, and together with the taps from the other two main coils of the secondary winding and the output of the additional coil of the secondary winding, they represent the outputs of the five-phase voltage system of the converter, in addition, all the main coils of the secondary winding are interconnected by nodes in one circuit in the form of a "hexagon" in such a way that that the voltages between the nodes form a six-phase system of voltages, while the additional coil of the secondary winding is connected at its beginning to the node of the “hexagon” circuit, which is not connected to the main coils of the secondary winding of that phase, on the core of which the additional coil of the secondary winding is located.
Изобретението е илюстрирано с графични материали, където фигура 1 показва диаграма на петфазен преобразувател на броя на фазите, фигура 2 е векторна диаграма на потенциалите на намотките и крановете от завоите на вторичните намотки.
Петфазният конвертор на броя на фазите се състои от трифазен трансформатор с три намотки от първичната намотка: намотка 1 от първичната намотка, намотка 2 на първичната намотка и намотка 3 на първичната намотка, които са свързани според схемата на "звездадопълнителна намотка 10 на вторичната намотка и кранове 11, 12, 13, 14 от завоите на главните намотки 4, 5, 7, 9 на вторичните намотки. В същото време началото на основната намотка 4 на вторичната намотка е свързана с началото на основната намотка 8 на вторичната намотка, образувайки възел А, краят на основната намотка 8 на вторичната намотка е свързана с края на основната намотка 6 на вторичната намотка, образувайки възел B, началото на основната намотка 6 на вторичната намотка е свързана с началото на основната намотка 5 на вторичната намотка, образувайки не de C, краят на главната намотка 5 на вторичната намотка е свързан с края на главната намотка 9 на вторичната намотка, образувайки възел D, началото на главната намотка 9 на вторичната намотка е свързан с началото на главната намотка 7 на вторичната намотка, образувайки възел E, краят на главната намотка 7 на вторичната намотка е свързан с края на главната намотка 4 на вторичната намотка, образувайки възел F и затваряне на веригата на "шестоъгълника" A, B, C, D, E, F. Всяка главна намотка на вторичната намотка на трансформатора е страна на "шестоъгълника" A, B, C, D, E, F, който преобразува симетрична трифазна система на напрежение в симетрична шестфазна система на напрежение. Допълнителната намотка 10 на вторичната намотка е свързана с началото си 16 към върха С на "шестоъгълника" A, B, C, D, E, F, с който не са свързани основните намотки 4 и 5 на вторичните намотки на същия прът, върху който е разположена допълнителната намотка 10 на вторичната намотка.
Нека сега да определим позицията на кранове 11, 12, 13, 14 от завоите на главните намотки 4, 5, 7, 9 на вторичните намотки. За да направим това, използваме векторна диаграма, като броят на завъртанията на намотката е пропорционален на дължината на съответния вектор на напрежението върху намотката. Анализът ще бъде извършен на примера на основната намотка 5 на вторичната намотка. Нека вземем дължината на векторното напрежение на фазата на шестфазния полигон (фигура 2) за единица. След това броят на завоитеот началото на основната намотка 5 на вторичната намотка до крана 12 от завоите могат да бъдат представени чрез сегмент (5-12). Крак (12-17) - крак на правоъгълен триъгълник (0-12-17) срещу ъгъл 18 0 : крак (12-17)=U5Sin18 0 , където U5 е фазовото напрежение на петфазната система на напрежение, действащо на кранове 11, 12, 13, 14 от завоите и на изходния извод 15 на допълнителната намотка 10 на вторичната намотка: U 5=U 6 Cos30 0 /Cos18 0 , U6 - напрежение на клемите на всяка главна намотка на вторичната намотка. Геометричният анализ на векторната диаграма дава следния брой навивки на допълнителната намотка: W10W2=(U6-U5)/U6=1-Cos30 0 /Cosl8 0 =0.089, W10=0.089W2. Тук W2 е броят на завъртанията на всяка основна намотка на вторичната намотка. Големината на токовете, протичащи през главните намотки 4, 5, 6, 7, 8, 9 на вторичните намотки, е равна на линейния ток Il със симетрично петфазно натоварване, а количеството на тока, протичащо през допълнителната намотка 10 на вторичната намотка, е равно на фазовия ток Iph на симетрично петфазно натоварване.
Крановете 11 и 12 от завоите на главните намотки 4 и 5 на вторичните намотки разделят броя на завоите на тези намотки в съотношение, определено от съотношението на сегментите (5-12): (12-C); (5-12)=U6Sin30 0 -U5Sin18 0 . Нека трансформираме втория член: U5Sin18 0 =U6Cos30 0 Sin18 0 /Cos18 0 =U6Cos30 0 Tg18 0 Sin30 0 /Sin30 0 =U6Sin30 0 Ctg30 0 Tg18 0 . Тогава сегментът (5-12)=U6Sin30 0 (1-Ctg30 0 Tg18 0 )=U6Sin30 0 (1-Tg60 0 Tg18 0 ). Сегментът (12-C) \u003d U6Sin30 0 + U5Sin18 0 \u003d U6Sin30 0 (1 + Tg60 0 Tg18 0) и крановете ще разделят броя на завъртанията на главните намотки 4 и 5 на вторичните намотки по отношение на (1-Tg60 0 Tg18 0 ): (1 + Tg60 0 Tg1 8 0 ). Крановете 13 и 14 от завоите на главните намотки 7 и 9 на вторичните намотки разделят броя на завоите на тези намотки в съотношение, определено от съотношението на сегментите (C-14): (14-D); (S-14)=U6Sin30 0 -U5Sin6 0-U6Sin30 0 (1-Ctg30 0 Sin6 0 /Cos18 0 ). Ctg30 0 -Tg60 0 , Cos18 0 = Sin72 0 . В резултат на това получаваме: (С-14):(14-D)=(1-Tg60 0 Sin6 0 /Sin72 0 ):(1+Tg60 0 Sin6 0 /Sin72 0 ).
Работата на петфазен преобразувател на броя на фазите се извършва по следния начин. Когато трифазен трансформатор е свързан към трифазна мрежа, в трансформаторните пръти се появяват три магнитни потока, фазово изместени един спрямо друг с една трета от периода или в градуси с 120 0 . Изпълнението на вторичната намотка под формата на шест основни намотки 4, 5, ,7,8, 9 вторични намотки ви позволява да получите две вторични напрежения на всяка фаза с противоположна полярност (с изместване от 180 0 ). Така при три мрежови напрежения, изместени във фаза с 120 0, се получават шест напрежения, които са изместени едно спрямо друго с 60 0. При свързване на шестте основни намотки 4, 5, 6, 7, 8, 9 на вторичните намотки, както е описано по-горе, се получава "шестоъгълник" A, B, C, D, E, F със симетрична шестфазна система на напрежение. Анализът показа, че на навивките на главните намотки 4, 5, 6, 7, 8, 9 на вторичните намотки, образуващи "шестоъгълник" A, B, C, D, E, F, има четири точки a, c, d, e на кранове 11, 12, 13, 14 от навивките, чиито потенциали се различават по фаза с една пета от периода (което при измерване на градуса е 360 0 /5=72 0 ), а петата точка b е разположена на изходния извод 15 на допълнителната намотка 10 на вторичната намотка и по този начин създава петфазна симетрична система на напрежение.
По този начин заявената архитектура позволява да се намали консумацията на активни материали при замяна на трифазен групов трансформатор с трипръчков с половината от броя на вторичните намотки (от седем вместо петнадесет), което в крайна сметка подобрява показателите за тегло и размерпреобразувател, опростете дизайна на преобразувателя, неговата производствена технология и намалете разходите.
Анализът на заявеното техническо решение за съответствие с изискванията на условията за патентоспособност показа, че характеристиките, посочени в независимата претенция, са съществени и взаимосвързани с формирането на стабилен набор от необходими характеристики, неизвестни към приоритетната дата от предшестващото състояние на техниката, достатъчни за получаване на необходимия синергичен (супертотален) технически резултат.
Свойствата, регламентирани в претендираното съединение чрез отделни признаци, са добре известни от нивото на техниката и не изискват допълнително обяснение.
По този начин горната информация свидетелства за изпълнението на следния набор от условия при използване на претендираното техническо решение:
- обект, който въплъщава заявеното техническо решение, в неговото изпълнение е предназначен за използване при създаването на регулируеми постоянни електрически задвижвания;
- за заявения обект във формата, както е описан в независимата претенция, се потвърждава възможността за неговото изпълнение с помощта на описаните по-горе в заявлението материали, известни от предшестващото състояние на техниката към приоритетната дата на средствата и методите;
- обект, въплъщаващ заявеното техническо решение, при неговото изпълнение е в състояние да постигне техническия резултат, възприет от заявителя.
Следователно заявеният обект отговаря на изискванията на условията за патентоспособност "новост", "изобретателско ниво" и "промишлена приложимост" съгласно действащото законодателство.
Петфазен преобразувател на броя на фазите, който е трифазен трансформатор, състоящ се от три намотки на първичната намотка и седем намоткивторична намотка с петфазни изходи за напрежение, характеризираща се с това, че шест намотки на вторичната намотка са направени под формата на главни намотки на вторичната намотка, две на всеки трансформаторен прът, и една допълнителна намотка на вторичната намотка, разположена върху трансформаторния прът, върху която са разположени две основни намотки на вторичната намотка, направени с кранове, разделящи броя на навивки на всяка от намотките по отношение на (1-Tg60°Tg18°): (1+Tg 60°Tg 18°) от началото на бобината, а другите две главни намотки на вторичната намотка са направени с кранове, които разделят броя на навивки на всяка от бобините по отношение на (1+Tg60°Sin6°/Sin72°):(1-Tg60°Sin6°/Sin72°) от началото на бобината и заедно с крановете от другите две главни намотки на вторичната намотка и изхода на допълнителна намотка на вторичната намотка, те представляват изходите на петфазната напреженова система на преобразувателя, освен това всички главни намотки на вторичната намотка са свързани помежду си чрез възли в една верига под формата на "шестоъгълник" по такъв начин, че напреженията между възлите образуват шестфазна система на напрежение, докато допълнителната намотка на вторичната намотка е свързана в началото си към възела на "шестоъгълната" верига, която не е свързана с главните намотки на вторичната намотка на тази фаза, върху сърцевината на която има допълнителна намотка на вторичната намотка.
