устройство для межфазного распределения тока

Формула изобретения

Устройство для межфазного распределения тока, содержащее трансформатор, две фазные обмотки которого подключены каждая одним выводом к нулевому входному выводу, а другим - к соответствующему фазному входному выводу, отличающееся тем, что трансформатор выполнен на двух магнитопроводах с последовательно соединенными фазными обмотками и промежуточным выводом в каждой, подключенными промежуточными и свободными крайними выводами соответственно к нулевому и общему фазному входному выводу, при этом промежуточный вывод делит число витков каждой фазной обмотки на неравные части, вдвое меньшие из которых соединены с разноименными фазными входными выводами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для межфазного распределения тока в магнитно-неуравновешенных трехфазных устройствах, например, для нейтрализации вредного воздействия на питающую сеть тока нулевой последовательности в преобразователях трехфазного переменного напряжения в постоянное или/и переменное.

Широко известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное (см. А.А.Булгаков. Новая теория управляемых выпрямителей. М., 1970, стр.50, 51, рис.33, рис.36), выполненные на магнитно-неуравновешенном (в случае соединения первичной обмотки в звезду с изолированной нейтралью) трехфазном трансформаторе с лучевой схемой соединения его вторичных обмоток и вентилей. Также известны преобразователи трехфазного переменного напряжения в постоянное (см. А.А.Абдулаев, А.Г.Аслан-заде. Анализ многопульсного выпрямления - «Электричество», 1977, № 8), выполненные на магнитно-неуравновешенном (в случае соединения первичной обмотки в звезду с изолированной нейтралью) трехфазном трансформаторе с соединением отводов вторичных обмоток через вентили на зигзаг по однополупериодной (рис.2), двухполупериодной (рис.3 - ||) схеме или последовательном подключении их по мостовой схеме (рис.3 - |), обеспечивающие в упомянутом двухполупериодном случае, в частности, преобразование переменного напряжения в постоянное.

Особенностью этих преобразователей является магнитно-неуравновешенный режим работы трехфазного трансформатора при соединении первичной обмотки в звезду без выведенного нуля и отсутствии на нем короткозамкнутой дополнительной обмотки, соединенной в треугольник. Первичная обмотка такого трансформатора, при отсутствии упомянутой дополнительной обмотки, может быть соединена только в треугольник или в звезду с выведенным нулем. Соединение первичной обмотки трансформатора в звезду без выведенного нуля приводит к возникновению в его магнитопроводе пульсирующего с тройной частотой магнитного потока, нарушающего работу преобразователя (см. И.Л.Каганов. Электронные и ионные преобразователи, М. - Л., ч.3. 1956, стр.99). Соединение первичной обмотки трансформатора в треугольник, в связи, например, с повышенными требованиями к ее изоляции, не всегда приемлемо. Соединение первичной обмотки трансформатора в звезду с выведенным нулем приводит к загрязнению питающей сети током нулевой последовательности, содержащим высшие гармоники, частота которых кратна трем.

Острота проблемы возрастает в преобразователях, управляемых с первичной стороны трансформатора, в которых наличие нулевого провода является необходимым условием их работоспособности.

Известен, например, преобразователь трехфазного переменного напряжения в постоянное, содержащий трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого совместно с последовательно соединенными с ними парами встречно-параллельно включенных управляемых вентилей образуют звезду, связанную с фазными входными выводами, а вторичные обмотки соединены в звезду и подключены к выпрямительному мосту, при этом дополнительно введен комплект вторичных обмоток, выпрямительный мост и управляемые вентили, причем первичные обмотки через дополнительные встречно-параллельно включенные вентили соединены с нулевым входным выводом, а дополнительный комплект вторичных обмоток и дополнительный выпрямительный мост вместе с основными вторичными обмотками и основным выпрямительным мостом соединены по схеме двенадцатипульсного выпрямителя (авт. св. № 752681, кл. Н02М 7/06, от 04.02.76 г.).

Недостатком этого преобразователя является то, что протекающий по нулевому проводу ток загрязняет питающую сеть высшими гармониками, частота которых кратна трем.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что обрыв цепи этого тока делает преобразователь неработоспособным.

По дополнительному авт. св. № 860238, кл. Н02М 7.12, от 02.08.79 г. к основному авт. св. № 752681, кл. Н02М 7/06, от 04.02.76 г. известно единственное близкое к предлагаемому техническому решению устройство, содержащее дополнительно введенный трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в звезду, общая точка которой соединена с нулевым входным выводом, а группа дополнительных обмоток соединена в треугольник.

Недостатком этого устройства является сложность, заключающаяся в том, что, для достижения полной нейтрализации вредного воздействия на сеть тока нулевой последовательности при близких к нулю углах отпирания тиристоров, необходимо наличие на трансформаторе дополнительной обмотки, соединенной в треугольник. Кроме того, невозможность использования в рамках известной схемы раздельных магнитопроводов ограничивает эксплуатационные возможности устройства.

Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что устройство выполнено на одном общем магнитопроводе дополнительно введенного трехфазного трансформатора.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в упрощении и расширении эксплуатационных возможностей.

Эта задача решается тем, что в предлагаемом устройстве для межфазного распределения тока, содержащем трансформатор, две фазные обмотки которого подключены каждая одним выводом к нулевому входному выводу, а другим - к соответствующему фазному входному выводу, трансформатор выполнен на двух магнитопроводах с последовательно соединенными фазными обмотками и промежуточным выводом в каждой, подключенными промежуточными и свободными крайними выводами соответственно к нулевому и общему фазному входному выводу, при этом промежуточный вывод делит число витков каждой фазной обмотки на неравные части, вдвое меньшие из которых соединены с разноименными фазными входными выводами.

Технический результат, достигаемый в предлагаемом, заключается в возможности использования двух однофазных трансформаторов с магнитопроводами различной конфигурации, в том числе витыми ленточными кольцевидной формы, вместо одного трехфазного и отсутствии необходимости дополнительной обмотки, соединенной в треугольник, при том же качестве нейтрализации вредного воздействия на сеть высших гармоник тока в нулевом проводе.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для межфазного распределения тока нулевой последовательности преобразователя трехфазного переменного напряжения, трансформатор которого магнитно-уравновешен соединением его первичной обмотки в звезду с выведенным нулем, где стрелками показаны направления протекания долей тока нулевой последовательности I₀ в его положительный полупериод тройной частоты.

Устройство содержит два однофазных трансформатора 1 и 2 с обмотками соответственно 3, 4 и 5, 6. Число витков обмотки 3 (5) в два раза меньше числа витков обмотки 4 (6). Конец (начало) обмотки 3 (5) трансформатора 1 (2) подключен к входному выводу фазы А (С). Начало (конец) обмотки 4 (6) подключено к входному выводу фазы В. Общие точки разноименных выводов пар обмоток 3, 4 и 5, 6 соединены с нулевым входным выводом 0, с которым соединен провод для протекания тока нулевой последовательности вышеуказанного трансформаторного преобразователя трехфазного переменного напряжения.

Допустим, что к входным выводам А, В, С и 0 подключена первичная обмотка трансформатора трехфазного преобразователя напряжения, соединенная в звезду с выведенным нулем, при этом преобразователь работает таким образом, что по нулевому проводу протекает переменный ток тройной частоты, причем в положительный полупериод этого тока он протекает в направлении от входного вывода 0 к входным выводам А, В, С, а в отрицательный полупериод - в обратном направлении.

В положительный полупериод этого тока он разветвляется на две равные части, первая (вторая) из которых в общей точке обмоток 3 и 4 (5 и 6) разветвляется на две неравные части, причем вдвое большая из них протекает от начала (конца) к концу (началу) обмотки 3 (5) с вдвое меньшим числом витков и далее - к входному выводу фазы А (С), а вдвое меньшая из них протекает от конца (начала) к началу (концу) обмотки 4 (6) с вдвое большим числом витков и далее - к входному выводу фазы В. Разветвление тока на части, обратно пропорциональные неравным числам витков участков обмотки каждого трансформатора, имеющих общий промежуточный вывод, связано с существованием автотрансформаторной связи между этими участками, обеспечивающей необходимый баланс ампер-витков. С другой стороны, трансформаторы 1 и 2 не несут самостоятельной нагрузки и относительно тока нулевой последовательности функционируют как делители тока, самодостаточно обеспечивающие идеальное распределение токов. Таким образом, доля тока в рассматриваемый полупериод тройной частоты в каждой обмотке с меньшим (большим) числом витков составляет одну треть (одну шестую) от общего тока. В результате общий ток, протекающий через входной вывод 0, делится на три равные части, протекающие каждая через один из фазных входных выводов в направлении питающей сети.

Так как характерной особенностью работы рассматриваемого преобразователя является поочередная единовременность нагрузки током нулевой последовательности только одной из фаз питающей сети, то этот ток в каждом интервале дискретности распределяется между фазами сети в соотношении 2/3, 1/3, 1/3 вместо соотношения 1, 0, 0, которое справедливо при отсутствии межфазного распределителя тока.

В отрицательном полупериоде протекания тока нулевой последовательности происходит аналогичный описанному обратный процесс суммирования долей тока в общем нулевом проводе.

В итоге, в течение каждого периода напряжения питающей сети в линейных проводах формируются токи, в составе которых отсутствуют высшие гармоники, кратные трем.