RU2416866C1 - Converter of three-phase alternating voltage - Google Patents
Converter of three-phase alternating voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2416866C1 RU2416866C1 RU2010117669/07A RU2010117669A RU2416866C1 RU 2416866 C1 RU2416866 C1 RU 2416866C1 RU 2010117669/07 A RU2010117669/07 A RU 2010117669/07A RU 2010117669 A RU2010117669 A RU 2010117669A RU 2416866 C1 RU2416866 C1 RU 2416866C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- winding
- voltage
- terminals
- alternating voltage
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 64
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для преобразования трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты с равномерной и произвольной по величине нагрузкой фаз питающей сети, с целью применения, например, для электрификации железных дорог на переменном токе, электропитания осветительных сетей, однофазных нагрузок различного характера и назначения.The invention relates to electrical engineering and can be used to convert a three-phase alternating voltage into a single-phase alternating voltage of the same frequency with a uniform and arbitrary magnitude load of the phases of the supply network, for the purpose of application, for example, for electrification of railways with alternating current, power supply of lighting networks, single-phase loads of various nature and purpose.
Известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в двухфазное (схема Скотта), содержащий два однофазных трансформатора, первичная обмотка первого из которых подключена одним выводом к среднему выводу первичной обмотки второго, а свободные выводы обеих обмоток подключены к фазным входным выводам, вторичные обмотки (см. К.А.Круг. Основы электротехники. Т.2. 1932 г., стр.338, фиг.335).A known converter of three-phase AC to two-phase voltage (Scott circuit), containing two single-phase transformers, the primary winding of the first of which is connected by one terminal to the middle terminal of the primary winding of the second, and the free terminals of both windings are connected to the phase input terminals, secondary windings (see K. A. Krug, Fundamentals of Electrical Engineering (Vol.2, 1932, p. 338, Fig. 335).
Эта схема, в случае последовательного подключения вторичных обмоток к общей нагрузке, обеспечивает преобразование трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение. Однако, т.к., независимо от соотношения чисел витков обмоток, алгебраическая сумма токов в равных по числу витков частях первичной обмотки второго трансформатора равна току первичной обмотки первого трансформатора, то эти трансформаторы нагружают фазы питающей сети неодинаково. Применение в таком виде схемы Скотта, например, на подстанциях электрифицированных железных дорог при мощности нагрузки, соизмеримой с мощностью однофазных трансформаторов, может привести к «перекосу» фаз питающей сети. Кроме того, ввиду необходимости питания низким трехфазным напряжением и иных потребителей, эта схема не исключает потребность в содержании на подстанции дополнительно трехфазного трансформатора.This circuit, in the case of a series connection of the secondary windings to a common load, provides the conversion of a three-phase alternating voltage into a single-phase alternating voltage. However, since, regardless of the ratio of the number of turns of the windings, the algebraic sum of the currents in equal parts in the number of turns of the primary winding of the second transformer is equal to the current of the primary winding of the first transformer, these transformers load the phases of the supply network differently. The use of Scott's circuit in this form, for example, at substations of electrified railways with a load power commensurate with the power of single-phase transformers, can lead to a “skew” of the phases of the supply network. In addition, due to the need to supply low three-phase voltage and other consumers, this scheme does not exclude the need for the content of an additional three-phase transformer at the substation.
Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в неодинаковом распределении первичных токов между фазами трехфазной питающей сети.The set of reasons that impede the achievement of the required technical result is the unequal distribution of primary currents between the phases of the three-phase supply network.
Известен симметрирующий тяговый трансформатор (см. патент №2374715, кл. H01F 30/14, H02J 3/26, 2008), содержащий трехстержневой магнитопровод, симметричную трехфазную первичную обмотку и трехфазную вторичную обмотку. Вторичная обмотка соединена по схеме трехлучевого зигзага, каждый луч которого состоит из двух соединенных последовательно одинаковых обмоток, расположенных на разных стержнях магнитопровода. Каждая из обмоток у одного из лучей имеет напряжение в 2,5-3,0 раз меньше, чем у каждой из обмоток в двух других лучах. Трансформатор является преобразователем трехфазного напряжения в симметричное двухфазное напряжение с углом сдвига фаз между векторами напряжения, близким к 90°.Known balancing traction transformer (see patent No. 2374715, class. H01F 30/14, H02J 3/26, 2008) containing a three-core magnetic circuit, a symmetrical three-phase primary winding and a three-phase secondary winding. The secondary winding is connected according to the scheme of a three-beam zigzag, each beam of which consists of two identical windings connected in series located on different rods of the magnetic circuit. Each of the windings in one of the rays has a voltage of 2.5-3.0 times less than each of the windings in the other two rays. The transformer is a converter of three-phase voltage into a symmetrical two-phase voltage with a phase angle between voltage vectors close to 90 °.
Недостатком преобразователя является искажение питающего напряжения при неодинаковой нагрузке левого и правого «путей», питающихся каждый от одного из сдвинутых друг относительно друга на 90° напряжений соответственно между одним из больших и укороченным лучами «зигзага». Схема преобразователя не обеспечивает преобразование трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение с одинаковой нагрузкой фаз питающей сети. Кроме того, ввиду необходимости питания на подстанции низким трехфазным напряжением и иных потребителей, эта схема не исключает потребность в содержании дополнительно второго трехфазного трансформатора.The disadvantage of the converter is the distortion of the supply voltage with an unequal load of the left and right "paths", each feeding from one of the voltages shifted relative to each other by 90 °, respectively, between one of the large and shortened beams of the "zigzag". The converter circuit does not provide the conversion of a three-phase alternating voltage into a single-phase alternating voltage with the same load of the phases of the supply network. In addition, due to the need for power supply at the substation with a low three-phase voltage and other consumers, this scheme does not exclude the need for an additional second three-phase transformer.
Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что преобразователь предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения в двухфазное, а не в однофазное переменное напряжение.The set of reasons that impede the achievement of the required technical result is that the converter is designed to convert a three-phase alternating voltage into a two-phase, and not into a single-phase alternating voltage.
Широко известен преобразователь трехфазного переменного напряжения в трехфазное переменное напряжение, содержащий понижающий трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом и подключена к выходным выводам (см. Л.Н.Баптиданов и В.И.Тарасов. Электрооборудование станций и подстанций. T.1, 1960, стр.370, рис.23-1).The converter of a three-phase alternating voltage to a three-phase alternating voltage is widely known, comprising a step-down three-phase transformer, the primary winding of which is connected to a “star” with a zero output and connected to a phase and zero input terminals, and the secondary to a “star" with a zero output and connected to output conclusions (see L.N. Baptidanov and V.I. Tarasov. Electrical equipment of stations and substations. T.1, 1960, p. 370, Fig. 23-1).
Недостатком этого преобразователя, изготовленного на базе одной из наиболее распространенных схем соединения обмоток силовых трансформаторов станций и подстанций, является невозможность получения однофазного переменного напряжения с одинаковой нагрузкой фаз трехфазной питающей сети.The disadvantage of this converter, made on the basis of one of the most common schemes for connecting the windings of power transformers of stations and substations, is the impossibility of obtaining a single-phase alternating voltage with the same phase load of a three-phase supply network.
Совокупность причин, препятствующих получению требуемого технического результата, заключается в том, что преобразователь предназначен для преобразования трехфазного переменного напряжения в трехфазное, а не в однофазное переменное напряжение.The set of reasons that prevent the desired technical result from being obtained is that the converter is designed to convert a three-phase alternating voltage into a three-phase, and not into a single-phase alternating voltage.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в преобразовании трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение той же частоты при одинаковой нагрузке фаз питающей сети и использовании распространенного источника трехфазного переменного напряжения, например, 2-х обмоточного трехфазного трансформатора, каждая обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом или трехфазного генератора.The problem to which the proposed technical solution is directed is to convert a three-phase alternating voltage into a single-phase alternating voltage of the same frequency with the same load of the phases of the supply network and using a common source of three-phase alternating voltage, for example, 2 winding three-phase transformer, each winding of which is connected into a "star" with a zero output or a three-phase generator.
Эта задача решается тем, что преобразователь трехфазного переменного напряжения, содержащий источник трехфазного переменного напряжения, например трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого соединена в «звезду» с нулевым выводом и подключена к фазным и нулевому входному выводам, а вторичная - в «звезду» с нулевым выводом, выходные выводы, содержит два уравнительных реактора со средним выводом обмотки каждого, крайние выводы одной обмотки которых подключены к выводу вторичной фазной обмотки источника и к его нулевому выводу, крайние выводы другой обмотки - к выводам других вторичных фазных обмоток источника, а средние выводы обеих обмоток - к выходным выводам.This problem is solved in that a three-phase AC voltage converter containing a three-phase AC voltage source, for example a three-phase transformer, the primary winding of which is connected to a "star" with a zero output and connected to a phase and zero input terminals, and the secondary - to a "star" with zero output, output conclusions, contains two equalization reactors with an average output of each winding, the extreme conclusions of one winding of which are connected to the output of the secondary phase winding of the source and to its zero output, to the middle terminals of the other windings are to the terminals of the other secondary phase windings of the source, and the middle terminals of both windings to the output terminals.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом, заключается в том, что неодинаковая нагрузка левого и правого «путей» (см. патент №2374715) не приводит к искажению питающего напряжения, т.к. питание каждой нагрузки осуществляется от одной и той же пары клемм преобразователя. При этом величина результирующего однофазного напряжения равна фазному напряжению источника трехфазного переменного напряжения, например фазному напряжению соединенной в «звезду» вторичной обмотки трехфазного трансформатора произвольной конструкции. Дополнительный технический результат заключается в том, что исключается необходимость подбора по мощности однофазных потребителей для равномерного распределения нагрузки, подключаемой между каждой фазой и общим нулевым выводом источника трехфазного переменного напряжения.The technical result achieved in the proposed is that the unequal load of the left and right "paths" (see patent No. 2374715) does not lead to distortion of the supply voltage, because each load is supplied from the same pair of converter terminals. The value of the resulting single-phase voltage is equal to the phase voltage of the source of the three-phase alternating voltage, for example, the phase voltage of the secondary winding of the three-phase transformer of arbitrary design connected to the “star”. An additional technical result is that it eliminates the need for power selection of single-phase consumers for uniform load distribution, connected between each phase and the common zero output of a three-phase AC voltage source.
Из сформулированного выше условия решаемой задачи следует, что сумма вторичных фазных токов такого источника трехфазного переменного напряжения не может быть равна нулю, т.к. обратное противоречит постановке задачи. Следовательно, нулевой провод должен быть загружен определенной долей результирующего тока. Вместе с тем наличие нулевого провода вовсе не означает, что по нему должен циркулировать ток нулевой последовательности, т.к. его генерация не свойственна однофазным цепям. Таким образом, нулевой провод должен служить возможности равного распределения результирующего тока между этим проводом и фазными обмотками, т.е. возможности деления результирующего тока на четыре равные части, три из которых приходятся каждая на одну фазную обмотку.From the conditions of the problem being formulated above it follows that the sum of the secondary phase currents of such a three-phase AC voltage source cannot be zero, because the opposite contradicts the statement of the problem. Therefore, the neutral wire must be loaded with a certain fraction of the resulting current. At the same time, the presence of a zero wire does not mean at all that a zero sequence current should circulate through it, because its generation is not peculiar to single-phase circuits. Thus, the neutral wire should serve as the possibility of equal distribution of the resulting current between this wire and the phase windings, i.e. the possibility of dividing the resulting current into four equal parts, three of which each fall on one phase winding.
На чертеже приведена принципиальная схема преобразователя трехфазного переменного напряжения в однофазное переменное напряжение.The drawing shows a schematic diagram of a converter of a three-phase alternating voltage into a single-phase alternating voltage.
Преобразователь содержит источник трехфазного переменного напряжения, выполненный на трехфазном трансформаторе 1, первичные (вторичные) фазные обмотки 2, 3, 4 (5, 6, 7) которого соединены в «звезду» с нулевым выводом и подключены концами (началами) к фазным входным (выходным) выводам А, В, С (а, b, с), а общей точкой начал (концов) - к нулевому входному (выходному) выводу 0 (0). Кроме того, преобразователь содержит преобразующую группу 8 из двух уравнительных реакторов 9 и 10, причем импеданс уравнительного реактора 10 в
К обмотке уравнительного реактора 9 (10) прикладывается фазное (линейное) напряжение между выходными выводами а и 0 (b и с) трехфазного трансформатора 1. Величина напряжения U11-0 (U12-0) между выходным выводом 11 (12) уравнительного реактора 9 (10) и общей точкой 0 концов вторичных фазных обмоток 5, 6, 7 трансформатора 1, в связи с автотрансформаторным эффектом, равна половине фазного напряжения обмотки 5 (половине суммы фазных напряжений обмоток 6 и 7). Поэтому величина результирующего напряжения Uрез. между выходными выводами 11 и 12 равна фазному напряжению Uф «звезды» вторичных обмоток, причем вектор этого напряжения совпадает по фазе с вектором фазного напряжения обмотки 5.A phase (linear) voltage is applied to the winding of the equalization reactor 9 (10) between the output terminals a and 0 (b and c) of the three-phase transformer 1. The voltage U 11-0 (U 12-0 ) between the output terminal 11 (12) of the equalization reactor 9 (10) and a common point 0 of the ends of the secondary phase windings 5, 6, 7 of transformer 1, due to the autotransformer effect, is equal to half the phase voltage of the winding 5 (half the sum of the phase voltages of the windings 6 and 7). Therefore, the value of the resulting voltage U res. between the output terminals 11 and 12 is equal to the phase voltage U f of the "star" of the secondary windings, and the vector of this voltage coincides in phase with the vector of the phase voltage of the winding 5.
Uрез.=0,5·Uф+0,5·Uф=Uф .U res. = 0.5 · U f + 0.5 · U f = U f .
Результирующий переменный ток в соответствующий полупериод течет по нагрузке 13, разветвляется на две равные части, одна (другая) из которых течет от конца к началу (от начала к концу) одной (другой) части обмотки уравнительного реактора 10 и далее от начала к концу обмотки 6 (7) трансформатора 1, суммируясь в общей точке концов этих обмоток. Далее результирующий переменный ток вновь разветвляется на две равные части, одна (другая) из которых течет от конца к началу обмотки 5 (по вторичному нулевому проводу) трансформатора 1, затем от конца к началу (от начала к концу) одной (другой) части обмотки уравнительного реактора 9, вновь суммируясь на выходном выводе 11. В следующий полупериод результирующий переменный ток течет по тем же цепям в обратном направлении. Вследствие трансформаторного эффекта токи в первичных фазных обмотках 2, 3, 4 и первичном нулевом проводе трансформатора 1 также равны друг другу.The resulting alternating current flows into the corresponding half-cycle through load 13, branches into two equal parts, one (the other) of which flows from end to beginning (from beginning to end) of one (other) part of the winding of the equalization reactor 10 and further from the beginning to the end of the winding 6 (7) of transformer 1, summing up at the common point of the ends of these windings. Next, the resulting alternating current branches again into two equal parts, one (the other) of which flows from the end to the beginning of the winding 5 (via the secondary zero wire) of the transformer 1, then from the end to the beginning (from the beginning to the end) of one (other) part of the winding equalization reactor 9, again summing up at the output terminal 11. In the next half-cycle, the resulting alternating current flows through the same circuits in the opposite direction. Due to the transformer effect, the currents in the primary phase windings 2, 3, 4 and the primary neutral wire of the transformer 1 are also equal to each other.
Учитывая особенность формирования результирующего однофазного напряжения Uрез. и несимметричность 3-стержневого магнитопровода трехфазного трансформатора, предпочтительно обмотку соответствующего из уравнительных реакторов подключить к выводам фазных обмоток трансформатора, размещенных на его крайних стержнях.Given the peculiarity of the formation of the resulting single-phase voltage U res. and the asymmetry of the 3-core magnetic circuit of a three-phase transformer, preferably the winding of the corresponding equalization reactor is connected to the terminals of the phase windings of the transformer located on its extreme rods.
Схема преобразователя исключает необходимость в содержании на подстанции двух трехфазных трансформаторов, в том числе специального, т.к. установленный на подстанции основной трехфазный трансформатор, без изменения его принципиальной схемы, может обеспечить питание не только основного однофазного, но и вспомогательного трехфазного оборудования. Однако предлагаемое преобразование, в сравнении с тремя однофазными нагрузками, приводит при той же потребляемой мощности к уменьшению на треть мощности, выделяемой на одной общей однофазной нагрузке, а при той же мощности выделяемой на выходе - к увеличению на треть мощности трехфазного трансформатора. Вместе с тем, если мощность трехфазного трансформатора значительно превышает мощность потребителя однофазного переменного напряжения, то для указанного преобразования необходимо и достаточно только два уравнительных реактора: один мощностью 0,5, а другой - 0,866 от мощности, выделяемой на однофазной нагрузке. При этом потребляемая трехфазным трансформатором мощность составляет 1,5 от мощности, выделяемой на однофазной нагрузке. Основным фактором, определяющим эффективность преобразователя, является отсутствие необходимости подбора по мощности однофазных нагрузок при их подключении к фазным обмоткам трехфазного трансформатора.The converter circuit eliminates the need to maintain two three-phase transformers at the substation, including a special one, because the main three-phase transformer installed at the substation, without changing its circuit diagram, can provide power not only for the main single-phase, but also for the auxiliary three-phase equipment. However, the proposed conversion, in comparison with three single-phase loads, leads at the same power consumption to reduce by a third of the power allocated to one common single-phase load, and at the same power allocated at the output, to increase by one third the power of a three-phase transformer. At the same time, if the power of a three-phase transformer significantly exceeds the power of a consumer of a single-phase alternating voltage, then for this conversion only two equalization reactors are necessary: one with a power of 0.5, and the other with 0.866 of the power allocated to a single-phase load. In this case, the power consumed by a three-phase transformer is 1.5 of the power allocated to a single-phase load. The main factor determining the efficiency of the converter is the lack of need for selection of single-phase loads by power when they are connected to the phase windings of a three-phase transformer.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010117669/07A RU2416866C1 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | Converter of three-phase alternating voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010117669/07A RU2416866C1 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | Converter of three-phase alternating voltage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2416866C1 true RU2416866C1 (en) | 2011-04-20 |
Family
ID=44051460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010117669/07A RU2416866C1 (en) | 2010-05-04 | 2010-05-04 | Converter of three-phase alternating voltage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2416866C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2652104C2 (en) * | 2017-05-17 | 2018-04-25 | Ариф Гасан оглы Аслан-заде | Device for inter-phase current distribution (options) |
| CN111509989A (en) * | 2020-05-11 | 2020-08-07 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Three-phase becomes single-phase power supply and transformation device based on adjustable reactor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1350762A (en) * | 1962-12-17 | 1964-01-31 | Static device for distributing a single-phase load on the three phases of a three-phase system |
-
2010
- 2010-05-04 RU RU2010117669/07A patent/RU2416866C1/en active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1350762A (en) * | 1962-12-17 | 1964-01-31 | Static device for distributing a single-phase load on the three phases of a three-phase system |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2652104C2 (en) * | 2017-05-17 | 2018-04-25 | Ариф Гасан оглы Аслан-заде | Device for inter-phase current distribution (options) |
| RU2652104C9 (en) * | 2017-05-17 | 2018-05-31 | Ариф Гасан оглы Аслан-заде | Device for inter-phase current distribution (options) |
| CN111509989A (en) * | 2020-05-11 | 2020-08-07 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | Three-phase becomes single-phase power supply and transformation device based on adjustable reactor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20150263636A1 (en) | Distribution transformer | |
| EP3651343A1 (en) | Power conversion apparatus having scott transformer | |
| Ergun et al. | Comparison of HVAC and HVDC technologies | |
| RU2416866C1 (en) | Converter of three-phase alternating voltage | |
| RU2365019C1 (en) | Current phase-to-phase distributor | |
| US20160126857A1 (en) | Autotransformer with wide range of, integer turns, phase shift, and voltage | |
| RU2379818C1 (en) | Device for interphase current distribution | |
| RU2552377C2 (en) | Voltage balancer in three-phase network | |
| EA025827B1 (en) | Three-phase balance-to-unbalance autotransformer (embodiments) | |
| RU157607U1 (en) | AC TRACTION ELECTRICITY SUPPLY SYSTEM | |
| RU2675247C1 (en) | Stepped ac voltage stabilizer | |
| RU2630777C1 (en) | Smart power module | |
| RU2674753C2 (en) | Single-phase load on three-phase network phases uniform distribution device | |
| RU2679595C1 (en) | Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device | |
| RU2604491C1 (en) | Three-phase alternating voltage cascade converter (versions) | |
| RU2657474C1 (en) | Reactor-transformer var compensator (options) | |
| RU2844796C1 (en) | Balancing three-phase-single-phase transformer | |
| RU176682U1 (en) | CONVERTER WITH 24X AC RATING VOLTAGE FREQUENCY | |
| RU2683246C1 (en) | Single-phase load by the three-phase network phases uniform distribution device | |
| RU2847763C1 (en) | Three-phase symmetrical transformer of phase and line voltages | |
| RU2660936C1 (en) | Three-phase balancing system | |
| RU91486U1 (en) | MULTI-PHASE CONVERTER | |
| RU2645752C1 (en) | Shunting reactor with compensation-control winding | |
| Giri et al. | Transformer based passive neutral current compensation techniques in distributed power generation system | |
| RU2576630C2 (en) | Controlled magnetic biased transformer |