Устройство для преобразования однофазного напряжения в симметричное трехфазное

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована при включении трехфазной электрической нагрузки в однофазную сеть.
Устройства для преобразования однофазного напряжения в симметричное трехфазное находят применение, например, вместо электромеханических фазорасщепителей на электроподвижном составе для подключения вспомогательных трехфазных двигателей, для трехфазных двигателей бытового электроинструмента (станки, насосы и другие механизмы).
Известен преобразователь электрической энергии трех- и однофазных напряжений и токов (варианты) (патент на изобретение РФ №233563 МПК H01F 30/14) [1]. Устройство содержит трансформаторы, несколько блоков балластных индуктивных и емкостных элементов. Недостатком такого устройства является большое количество элементов, что усложняет преобразователь и снижает его надежность.
Известен преобразователь однофазного напряжения в многофазное (патент на изобретение СССР №256051, МПК Н02m) [2]. Рассматриваемый преобразователь состоит из однофазного трансформатора, выпрямителя со сглаживающим фильтром и автономного инвертора, один вывод автономного инвертора подключен к средней точке одной из обмоток однофазного трансформатора, другой вывод инвертора и два вывода однофазной сети подключаются к трехфазной нагрузке. Недостатком такого устройства является наличие вывода средней точки однофазного трансформатора, что усложняет его конструкцию, а также формирование несинусоидального напряжения между выводами однофазной сети и выводом инвертора напряжения, которое прикладывается к трехфазной нагрузке.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является преобразователь однофазного напряжения в симметричное трехфазное (патент на полезную модель РФ №181495, МПК Н02М 5/14) [3]. Устройство для преобразования однофазного напряжения в симметричное трехфазное, состоящее из однофазного выпрямителя со сглаживающим фильтром, вход выпрямителя подключен к однофазной сети, к выходу выпрямителя присоединен автономный инвертор, к выходу которого подключена первичная обмотка однофазного трансформатора, один вывод вторичной обмотки трансформатора соединяется с одним выводом однофазной сети, ко второму выводу вторичной обмотки трансформатора и двум выводам однофазной сети подключается трехфазная нагрузка. Недостатком такого устройства является то, что к двум фазам трехфазной нагрузки приложено несинусоидальное напряжение.
Целью полезной модели является уменьшение содержания высших гармоник в напряжении трехфазной нагрузки при преобразовании однофазного напряжения в трехфазное.
Технический результат обеспечивается за счет подключения к двум выводам вторичной обмотки однофазного трансформатора однофазного электрического фильтра.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предложенного устройства для преобразования однофазного напряжения в симметричное трехфазное, на фиг. 2 - временная диаграмма трехфазного напряжения нагрузки без однофазного электрического фильтра, на фиг. 3 - временная диаграмма трехфазного напряжения нагрузки с однофазным электрическим фильтром.
На фиг. 1 вход выпрямителя 2 подключен к однофазной сети 1, к выходу выпрямителя 2 через сглаживающий фильтр 3 присоединен автономный инвертор 4, к выходу которого подключена первичная обмотка однофазного трансформатора 5, один вывод вторичной обмотки трансформатора 5 соединяется с одним выводом однофазной сети 1, ко второму выводу вторичной обмотки трансформатора и двум выводам однофазной сети подключается трехфазная нагрузка 7, к двум выводам вторичной обмотки однофазного трансформатора подключен однофазный электрический фильтр 6.
Напряжение однофазной сети 1 приложено к выпрямителю 2, на конденсаторе сглаживающего фильтра 3 формируется постоянное напряжение, которое поступает на вход автономного инвертора напряжения 4. Управление полупроводниковыми ключами инвертора позволяет обеспечить на первичной обмотке трансформатора последовательность прямоугольных импульсов, скважность которых изменяется по синусоидальному закону во времени (широтно-импульсная модуляция). Однофазный трансформатор 5 выполняет несколько функций: гальваническая развязка, согласование уровней напряжения, уменьшение высших гармоник напряжения. Для снижения высших гармоник напряжения к двум выводам вторичной обмотки однофазного трансформатора подключен однофазный электрический фильтр 6.
На фиг. 2 показана временная диаграмма трехфазного напряжения нагрузки без однофазного электрического фильтра при использовании идеального однофазного трансформатора, на фиг. 3 - временная диаграмма трехфазного напряжения нагрузки с однофазным электрическим фильтром.
Достоинства предлагаемого устройства в том, что на выходе преобразователя значительно уменьшается содержание высших гармоник напряжения, подключаемого к трехфазной нагрузке.
Устройство может быть использовано для подключения трехфазной электрической машины к однофазной электрической сети.
Источники информации:
1. Пат. RU(11) 233563 (13) С1 МПК H01F 30/14. Преобразователь электрической энергии трех- и однофазных напряжений и токов (варианты) / М.А. Ермилов, Ю.М. Куприянович, Ф.М. Ермилов. - №2007104522/09; Заявлено 07.02.2007; Опубл. 10.09.2008. Бюл. №25.
2. Пат. СССР 256051 МПК Н02m. Преобразователь однофазного напряжения в многофазное / Е.Я. Бухштабер. - №1079330/24-7; Заявлено 27.05.1966; Опубл. 04.11.1969. Бюл. №34.
3. Пат. RU(11) 181495 (13) U1 МПК H01F 30/00. Преобразователь однофазного напряжения в симметричное трехфазное / Харламов В.В., Москалев Ю.В., Лысенко В.С. - №2018113567; заявл. 13.04.18; опубл. 17.07.18, Бюл. №20.