Устройство для нагрузки источника электрической энергии — SU 1614071 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 5 Ц 5 Н 0233/ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ судовых троение,игЛ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРУЗКИ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательным устройствам, связывающим две сети переменного тока или сети переменного и постоянного тока, Целью изобретения является уменьшение массы и стоимости устройства. Пред, ложена конструкция трансформаторов в).Ы 2 оц 1614071 А(первый и второй) с совмещенной магнитной системой, содержащая магнитную систему, аналогичную магнитной системе обычной заторможенной асинхронной машины со статором 1, в пазах 2 которого уложены трехфазные первичные и многофазные вторичные обмотки двух трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз и число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех. Ротор 3 выполнен заторможенным, гладким без пазов. Электрическая энергия потребляется от источника переменного тока и через выводы первого трансформатора поступает на управляемый многофазный выпрямитель, который через З инвертор, ведомый сетью, второй трансформатор передает электрическую энергию в другую сеть переменного тока. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.ффИзобретение касается устройств преобразовательной техники, связываощих двесети переменного тока или сети переменного и постоянного тока, и может быть испол ьзовзнО при испытаниях первичныхтепловых двигателей, приводящих во вращение генератор переменного и постолнНОГО тока, а также при заводских илисдаточных испытаниях автономных генерирующих устройств (например, судовых).Цель изобретения - уменьшение массыи стоимости устройства,На фиг. 1 изображена предлагаемаяконструкцил трансформаторов с совмещенной магнитной системой; на фиг, 2 - схемасовмещенной обмотки одного трансформатора, вь 1 полняющей роль трехфазной первичной обмотки и многофазной вторичнойобмотки; на фиг, 3 - схема внешних соединений предлагаемого устройства.На фиг. 1 изображена конструкцилтрансформаторов с совмешенной магнитной системой, содержащая магнитную систему (аналогичнуо магнитной системеобычной заторможенной асинхронной машины) со статором 1, в пазах 2 которого уложены трехфззнь.е первичные имногофазные вторичные обмотки двухтрансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаютсл друг от друга в четное число раз,число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех, а ротор 3 выполнен затормокенным, гладким, безпазов,На фиг, 2 изображена совмещенная обмотка 4 одного трансформатора, общее число секций которой без остатка делится натри и на число фаз вторичной обмотки, секции совмещенной обмотки 4 соединены вмногоугольник, имеющий через первое равное число секций трехфззные выводы 5-7первичной обмотки, а через другое равноечисло секций - многофазные выводы 8 - 16вторичной обмотки, Число фаз вторичнойобмотки является нечетным и находится впределах от 5 до 49. Очевидно, что первичную и вторичную обмотки грансфооматораможно выполниь и раздельно, без электрической связи между ними,На фиГ, 3 изобрзкена схема внешнихсоединений предлагаемого устройства, содержащая трансформатор 17 с совмещенной магнитной системой (трансформатор 17содержит трехфазные выводы 5-7 первичНОй ОбмОтки и многофазные выводы 8 - 16вторичной Обмотки первого трзнсфОрматОра и аналогичные трехфззные выводы 18 - 20первичной Обмотки и мноофаэные выводы21-29 вторичной обмотки второго трзнс 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 форматора), источник 30 электрической энергии переменного тока, из которого энергия может передаваться в сеть 31 переменного тока, управляемый многофазный мостовой выпрямитель 32 и многофазный мостовой ведомый сетью инвертор 33,Трансформатор с совмещенной магнитной системой (фиг, 1 и фиг. 2) работает следующим образом.Конструктивно совмещенная магйитная система трансформаторов выполнена в форме затормокенной асинхронной машины со статором 1, пазами 2 (в которых уложены первичные и вторичные обмотки первого и второго трансформаторов) и гладким без пазов неподвижным ротором 3, играющим роль магнитопровода.Первичная и вторичная обмотки одного трансформатора уложены в одних и тех же пазах, чтобы полезно использовать часть потоков рассеяния (для увеличения магнитной связи между обмотками), а также с целью исключения возникновения электромагнитного момента на роторе,Ротор выполнен гладким, без пазов для упрощения технологии его изготовления.Обмотки трансформаторов выполнены аналогично первичной обмотке асинхронной машины, причем числа пар полюсов обмоток обоих трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз, а число фаз вторичных обмоток является нечетным числом, большим трех. Первичная и вторичная обмотки одного трансформатора могут быть выполнены раздельно и совмещенными (по схеме автотрансформатора),Отличие в четное число раз чисел пар полюсов обмоток трансформаторов позволяет использовать одну и ту же магнитную систему, что уменьшает общий вес трансформаторов. Трансформаторы в этом случае магнитно не связаны, так как на длине полюсного деления трансформатора с.меньшим числом пар полюсов укладывается четное число полуволн магнитного поля другого трансформатора, соответственно для трансформатора с большим числом пар полюсов магнитное поле другого трансформатора под северным и южным полюсами имеет одинаковый знак, В результате магнитное поле одного трансформатора не вызывает появление ЗДС в обмотках другого трансформатора,Для дальнейшего уменьшения массы и стоимости устройства первичная и вторичная обмотки каждого трансформатора обьединены в одну совмещенную обмотку 4 одного трансформатора (фиг. 2), Совмещенная обмотка 4 содеркит общее число секций, которое без остатка делится на три и начисло фаз вторичной обмотки, равное в 2, Делается это для того, чтобы иметь возможность выполнить симметричными выводы первичной трехфазной и вторичной гпту фаз- ной обмоток (тг3). На фиг, 2 показано, 5 что совмещенная обмотка 4 через первое равное число секций содержит трехфазные выводы 5 - 7 первичной обмотки,.а через другое равное число секций - многофазные выводы 8-16 вторичной обмотки трансфор.- 10 матора. Применение совмещенных обмоток позволяет получить экономию массы медного обмоточного провода примерно на 50.Для совмещенной обмотки 4 транс форматора невозможно изменять коэффициент трансформации между первичной и вторичной обмотками одного трансформатора. Однако при испытании наиболее распространенного источника энергии 20 (переменного тока) согласование напряжений возможно изменением угла отпирания ведомого сетью инвертора.Устройство для нагрузки источника электрической энергии (фиг. 3) работает сле дующим образом.Электрическая энергия поребляется от источника 30 электрической энергии переменного тока и через выводы 8 - 16 первого трансформатора поступает на управляемый 30 многофазный мостовой выпрямитель 32, который через ведомый сетью инвертор 33, второй трансформатор с многофазными выводами 21 - 29 и трехфазными выводами 18 - 20 передает электрическую энергию в сеть 35 31 переменного тока.Регулирование коэффициента созф 1 мощности потребляемого от источника 30 энергии переменного тока осуществляют изменением угла отпирания тиристоров уп равляемого выпрямителя 32, так как коэффициент мощности выпрямителя. при пренебрежении углом коммутации вентилей равенсов р = сова . 45 Регулирование величины передаваемого тока осуществляют изменением угла отпирания тиристоров ведомого сетью инвертора 33. Схемы управления тиристо рами управляемого выпрямителя и ведомого сетью инвертора являются типовыми.В случае, когда источником электрической энергии является генератор постоянного тока, то первый трансформатор и 55 управляемый выпрямитель 32 не используют. В этом случае генератор питает посто-, янным током ведомый сетью инвертор 33, который через второй трансформатор передает электрическую энергию в сеть 31 переменного тока.Предлагаемое устройство отличается отизвестного тем, что первый и второй трансформаторы выполнены с совмещенной магнитной системой (фиг. 1).Число в 2 фаз вторичных обмоток трансформаторов принято нечетным числом дляувеличения числа гпту пульсаций напряжения цепи постоянного тока за период. Принечетном гпту величина вд = 2 щ 2, а при четном щ значение в =- щг.Частота гармоник выпрямленного токаравнад(к) = гпсАКд,где 1 - частота питающей сети;К - 1,2,3, - порядок гармоники выпрямленного тока.Частота гармоник потребляемого из сети тока равнаб(к) =-(Кта .1)1 ь,где К - 1,2,3, - порядок гармоник потребляеь ого иэ сети переменного тока.Например, при числе фаз вторичной обмотки трансформатора и мостового выпрямителя (или инвертора), равном в 2 " 5,частота пульсаций цепи выпрямленного тока при Г 1 = 50 Гц равнаок) = Кд500 Гц,а частота гармоник потребляемого из сетитока равна11(к) =(К500+ 50) Гц,Если принять щг =49, то соответственно1 д(к)= Кд 4900 Гц; 11(к) =(К ф 4900++50) Гц.Следовательно, диапазон измененияп 2 от 5 до 49 обеспечивает практически целесообразный спектр подавления высшихгармоник со стороны постоянного и переменного токов.Таким образом, с увеличением числафаз вторичных обмоток (и соответственночисел фаз мостового выпрямителя и мостового ведомого сетью инвертора) увеличивается порядок гармоник на сторонахпостоянного и переменного токов выпрямителя и ведомого сетью инвертора, чтоуменьшает габариты, массу и стоимость соответствующих фильтров. Преимуществом предлагаемого устройства (по сравнению с известным, который одновременно является и базовым обьектом) является уменьшение его массы и стоийости (за счет обьединения магнитных систем трансформаторов, уменьшения массы и стоимости фильтров и повышения порядка генерируемых гармоник напряжения и тока), 1614071Формула изобретения 1. Устройство для нагрузки источника электрической энергии, содержащее первый трансформатор с первичной трехфаз ной обмоткой, подключенной к входным выводам переменного тока.и вторичной обмоткой, подключенной к диагоналям переменного тока мостового выпрямителя, который своими выводами постоянного то ка подключен к выводам постоянного тока мостового инвертора, второй трансформатор с первичной трехфазной обмоткой, подключенной к выходным выводам переменного тока,и вторичной обмоткой, под ключенной к диагоналям переменного тока мостового инвертора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения массы и стоимости устройства, магнитная система обоих трансформаторов является совмещенной 20 и выполнена в форме заторможенной асинхронной машины с гладким беэ пазов неподвижным ротором, в пазах статора которой уложены трехфазные первичные и многофазные вторичные обмотки обоих трансформаторов, причем числа пар полюсов обмоток обоих. трансформаторов отличаются друг от друга в четное число раз и число фаз вторичных обмоток является нечетным числом больше трех, первичная и вторичная обмотки каждого трансформатора выполнены совмещенными, для чегЬ общее число секций совмещенной обмотки без остатка делится на три и на число фаз вторичной обмотки, секции совмещенной обмотки соединены в многоугольник, имеющий через первое равное число секций трехфазные выводы первичной обмотки и через другое равное число секций многофазные выводы вторичной обмотки трайсформатора. 2. Устройство по п.1, о тл и ч а ю ще ес я тем, что число фаз вторичной обмотки находится в пределах от 5 до 49..Гагарина, 101 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго акаэ 3896 ВНИИПИ Го Составитель М, ПоляковТехред М.Моргентал Корректо Тираж 420 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-ЗВ, Раушская наб., Ч 5