ТРАНСФОРМАТОР ТРЁХФАЗНО-ОДНОФАЗНЫЙ
THREE-PHASE AND SINGLE-PHASE TRANSFORMER

Изобретение относится к схемам распределительных сетей переменного тока и может быть использовано для преобразования энергии трехфазной сети в энергию для питания однофазной нагрузки потребителей бытового и промышленного назначения от трехфазной сети.
Известно устройство для симметричного распределения однофазной нагрузки по фазам трехфазной сети, представляющее собой трехфазный разделительный одно- или многообмоточный (во вторичной цепи) трансформатор потребителя, отличающийся тем, что каждая из вторичных обмоток имеет независимые от основной обмотки дополнительные витки, предназначенные для компенсации падения напряжения на линии, а каждый из потребителей многообмоточного разделительного трансформатора запитан от своей или от общей (для однообмоточного трехфазного трансформатора) вторичной обмотки, в которой линия каждого потребителя запитана от трех фазных катушек трансформатора, соединенных последовательно, любые две из которых включены согласованно, а третья - встречно. (См. RU 2506676 С2, кл. H02J 3/00).
Недостатком известного решения является сложность и избыточная материалоемкость.
Наиболее близким по технической сущности – прототипом - является симметрирующий трехфазно-однофазный трансформатор переменного напряжения, содержащий обмотки фаз A1, В1 и С1, соединенные в «зигзаг», причем выходами нагрузки являются места соединения концов полуобмоток фаз В1 и С1 (см. RU №2321133 С1, Фиг. 2).
Недостатком известного устройства является избыточная материалоемкость, что вызвано протеканием тока нагрузки через все четыре полуобмотки соответствующих обмоток и соответственно влечет необходимость увеличения сечения провода, используемого для намотки этих обмоток. В свою очередь, использование провода большего сечения приводит к увеличению массогабаритных параметров известного решения.
Кроме того, нагрузки для своего безопасного и надежного функционирования зачастую требуют подключения одного из своих выводов к нейтральному проводу питающей сети. Известное решение исключает возможность такого подключения своих выходов нагрузки к нейтральному проводу питающей сети, что, в свою очередь исключает использование подобных нагрузочных устройств и тем самым сужает область применения известного решения.
Техническим результатом является снижение материалоемкости и массогабаритных параметров трансформатора, а также обеспечение возможности подключения одного из выходов нагрузки к нейтральному проводу питающей сети.
Указанный технический результат достигается тем, что в трансформаторе трехфазно-однофазном, содержащем соединенные в «зигзаг» обмотки, начала их первых половин являются входами фаз A1, B1, С1 питающей сети, а начала вторых половин обмоток соединены между собой, при этом соединение начал вторых половин обмоток является одним из двух выходов однофазной нагрузки, другой выход однофазной нагрузки соединен с входом фазы А1 питающей сети, а обмотки выполнены на трехстержневом магнитопроводе.
Кроме того:
- обе половины каждой соответствующей обмотки соединены между собой своими концами;
- выход однофазной нагрузки, соединенный с началами вторых половин обмоток, соединен с нейтральным проводом питающей сети;
- все три стержня магнитопровода выполнены равного сечения;
- стержни магнитопровода выполнены прямоугольного сечения.
Конструкция трансформатора трехфазно-однофазного поясняется с помощью чертежа, где показана схема соединения обмоток трансформатора.
На чертеже сделаны следующие обозначения.
1, 2 и 3 - первые половины обмоток фаз A1, В1 и С1 соответственно, 4, 5 и 6 - вторые половины обмоток фаз С1, Ф1 и В1 соответственно, 7 и 8 - зажимы выходов однофазной нагрузки, 9, 10 и 11 - зажимы фаз трехфазной питающей сети A1, В1 и С1 соответственно.
Трансформатор трехфазно-однофазный выполнен на трехстержневом магнитопроводе со стержнями прямоугольного сечения равной площади и содержит три обмотки, соединенные по схеме «зигзаг», причем каждая из трех обмоток состоит из двух половин: первая половина обмотки - со стороны питающей сети и вторая половина обмотки, последовательно соединенная с первой. Процесс намотки каждой из половин обмоток обуславливает наличие начала и конца соответствующей половины обмотки. Обе половины каждой из обмоток соединены между собой концами соответствующих половин обмоток. Начала первых половин 1-3 обмоток подключены к фазам A1, B1, С1 питающей сети, а начала вторых половин 4-6 обмоток соединены между собой, подключены к зажиму С2 однофазной нагрузки и являются первым выходом однофазной нагрузки. Второй выход однофазной нагрузки А2 соединен с фазой А1 питающей сети.
Первый выход однофазной нагрузки, соединенный с началами вторых половин обмоток, может быть соединен с нейтральным проводом питающей сети.
Все три обмотки выполнены проводом равного сечения.
Трансформатор трехфазно-однофазный работает следующим образом.
Трансформатор трехфазно-однофазный обеспечивает преобразование энергии трехфазной сети в энергию для питания однофазной нагрузки, симметрично отбирая мощность от всех трех фаз питающей сети. При этом обеспечиваются наиболее благоприятные условия работы трансформатора.
При подаче на входы A1, B1, С1 трехфазного напряжения питающей сети на выходах нагрузки А2, С2 формируется выходное однофазное напряжение. При подключении нагрузки к выходам А2, С2 через нагрузку протекает ток.
Благодаря работе в автотрансформаторном режиме габаритная мощность трансформатора может быть снижена примерно в два раза по сравнению с соответствующим показателем устройства по RU №2506676; масса и стоимость материалов трансформатора также могут быть снижены.
Благодаря тому, что один из выходов нагрузки, а именно А2, соединен непосредственно с одной из фаз питающей сети А1, часть тока нагрузки отбирается непосредственно от сети, минуя обмотку трансформатора. Вследствие этого сечение проводов обмоток может быть уменьшено по сравнению с прототипом, что дает возможность снижения габаритной мощности трансформатора примерно на 25%, по сравнению с прототипом, что, в свою очередь, позволяет уменьшить расход материалов (стали магнитопровода и обмоточного провода) и снизить массу и стоимость трансформатора.
Трансформатор трехфазно-однофазный обеспечивает возможность соединения с нейтральным проводом питающей сети выхода нагрузки С2. Таким образом, нагрузка, требующая соединения с нейтралью, может быть подключена к нейтральному проводу питающей сети своим соответствующим выводом.
Несмотря на простоту конструкции трансформатора, уровень техники не содержит решений, характеризующихся совокупностью сформулированных признаков.
Трансформатор трехфазно-однофазный содержит всего три обмотки, т.е. минимально возможное их количество, что обуславливает простоту конструкции и технологичность изготовления.
Отбор тока нагрузки непосредственно от сети, минуя обмотку трансформатора, обеспечивает снижение массогабаритных параметров устройства и снижение материалоемкости, а также обеспечивает упрощение конструкции и повышает технологичность изготовления устройства.
Меньший объем провода способствует повышению КПД устройства, так как приводит к снижению потерь в обмотках, а уменьшение массы магнитопровода позволяет снизить потери в трансформаторной стали, что повышает КПД трансформатора трехфазно-однофазного.
Трансформатор трехфазно-однофазный может быть изготовлен с использованием стандартного трансформаторного железа и обмоточной проволоки.
Таким образом, трансформатор трехфазно-однофазный обладает более низкими материалоемкостью, массой и габаритами, а также обеспечивает возможность подключения одного из выходов нагрузки к нейтральному проводу питающей сети, что расширяет область применения трансформатора трехфазно-однофазного.