Трансформаторное устройство с короткозамкнутой обмоткой для преобразования однофазного электрического сигнала в шестифазный

Полезная модель относится к измерительной и преобразовательной технике, а точнее к измерительным трансформаторам, и может быть использовано в качестве входного органа устройств защиты и автоматики систем электроснабжения.
Известно устройство для преобразования однофазного напряжения в трехфазное (патент RU №2047262, МПК H01F 30/14, Преобразователь однофазного напряжения в трехфазное, опубликовано 27.10.1995), которое может быть использовано для создания трехфазных источников питания, предназначенных для запуска и управления электроприводов переменного тока в тех случаях, где необходимо уменьшение массы и габаритов при достаточно простой структуре преобразователя.
Этот преобразователь однофазного напряжения в трехфазное близок к предлагаемому устройству способу получения фазового сдвига между магнитными потоками, но отличается конструктивно исполнением магнитной системы и формированием выходного напряжения. Недостатком данного преобразователя является наличие магнитного взаимодействия короткозамкнутой обмотки и первичной обмотки, размещенных на разных сердечниках магнитной системы, что приводит к несимметричности выходных напряжений (сложность получения равных по модулю и сдвигов фаз электродвижущих сил во вторичных обмотках трансформатора).
Прототипом изобретения является устройство для преобразования однофазного напряжения в трехфазную систему напряжений (патент RU №2014714, МПК Н02М 5/14) содержащее три магнитопровода, на сердечниках которых расположены обмотки, образующие входную и выходные цепи, причем входная цепь соединена с входными выводами для подключения однофазного источника питания, а выходная цепь каждого магнитопровода выполнена в виде расположенной на его сердечнике одной вторичной обмотки, соединенной с соответствующей парой выходных выводов для подключения трехфазной нагрузки, входная цепь выполнена в виде одной первичной обмотки, охватывающей сердечники трех магнитопроводов, две короткозамкнутые обмотки, первая из которых выполнена охватывающей сердечники второго и третьего магнитопроводов, а вторая расположена на сердечнике третьего магнитопровода.
Данное устройство для преобразования однофазного напряжения в трехфазную систему напряжений имеет низкую точность формирования системы выходных напряжений, что обусловлено трудностями создания равных по модулю и сдвинутых на заданный угол магнитных потоков в сердечниках магнитопроводов, из-за влияния магнитных потоков общей первичной обмотки сердечников трех магнитопроводов и двух короткозамкнутых обмоток.
Задачей изобретения является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения.
Техническим результатом является повышение точности формирования системы выходных напряжений, за счет разделения общей первичной обмотки сердечников магнитопроводов и устранения влияния магнитного потока короткозамкнутой обмотки на первую первичную обмотку устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что трансформаторное устройство с короткозамкнутой обмоткой содержит два магнитопровода, на сердечниках которых расположены обмотки, образующие входную и выходные цепи, причем входная цепь соединена с входными выводами для подключения однофазного источника питания, а выходная цепь каждого магнитопровода выполнена в виде расположенной на его сердечнике вторичной обмотки, соединенной с выходными выводами для подключения нагрузки, входную цепь выполненную в виде первичной обмотки, короткозамкнутую обмотку расположенную на сердечнике второго магнитопровода, при этом в входную цепь включена последовательно и согласно вторая первичная обмотка, размещенная на сердечнике второго магнитопровода, дополнительно на каждом сердечнике магнитопроводов размещены четыре вторичные обмотки, при этом начало первой, второй и концы третьей, четвертой и пятой вторичных обмоток сердечника первого магнитопровода и начало пятой вторичной обмотки сердечника второго магнитопровода подключены к выводам нагрузки, конец второй вторичной обмотки сердечника первого магнитопровода подключен к концу первой обмотки сердечника второго магнитопровода, начало третьей вторичной обмотки сердечника первого магнитопровода подключено к концу второй обмотки сердечника второго магнитопровода, начало четвертой вторичной обмотки сердечника первого магнитопровода подключено к концу третьей обмотки сердечника второго магнитопровода, начало пятой вторичной обмотки сердечника первого магнитопровода подключено к началу четвертой обмотки сердечника второго магнитопровода, оставшиеся выводы, конец первой вторичной обмотки первого сердечника магнитопровода, начала первой, второй, третьей и концы четвертой, пятой вторичных обмоток сердечника второго магнитопровода соединены между собой.
За счет предложенного выше соединения дополнительных вторичных обмоток сердечников первого и второго магнитопроводов формируется шестифазная система выходных напряжений. Добавление второй первичной обмотки на сердечник второго магнитопровода обеспечивает отсутствие электромагнитной связи короткозамкнутой обмотки сердечника второго магнитопровода с первой первичной обмоткой сердечника первого магнитопровода, что позволяет устранить размагничивание первой первичной обмотки сердечника первого магнитопровода и получить равенство амплитуд и фиксированный угол сдвига фаз между магнитными потоками сердечников первого и второго магнитопроводов, которые во вторичных обмотках сердечников первого и второго магнитопроводов наводят ЭДС, в результате их пофазного суммирования обеспечивается повышение точности формирования системы выходных напряжений по амплитуде и сдвигу фаз.
На фиг. 1 представлено трансформаторное устройство с короткозамкнутой обмоткой, содержащее: входную цепь выполненную отдельными первичными обмотками 3 и 4, которые размещены на сердечниках магнитопроводов 1 и 2, при этом конец первой первичной обмотки 3 сердечника первого магнитопровода 1 соединен с началом второй первичной обмотки 4 сердечника второго магнитопровода 2, начало первой первичной обмотки 3 сердечника первого магнитопровода 1 и конец второй первичной обмотки 4 сердечника второго магнитопровода 2, соединены с входными выводами 17 для подключения однофазного источника питания. Выходная цепь состоящая из вторичных обмоток сердечников первого 1 и второго 2 магнитопроводов образуют шестифазную систему выходных напряжений, при этом, начало первой вторичной обмотки 6, начало второй вторичной обмотки 7, конец третьей вторичной обмотки 8, конец четвертой вторичной обмотки 9, конец пятой вторичной обмотки 10 сердечника первого магнитопровода 1 и начало пятой вторичной обмотки 15 сердечника второго магнитопровода 2 подключены к выводам нагрузки 16. Конец второй вторичной обмотки 7 сердечника первого магнитопровода 1 подключен к концу первой вторичной обмотки 11 сердечника второго магнитопровода 2, начало третьей вторичной обмотки 8 сердечника первого магнитопровода 1 подключают к концу второй вторичной обмотки 12 сердечника второго магнитопровода 2, начало четвертой вторичной обмотки 9 сердечника первого магнитопровода 1 подключено к концу третьей вторичной обмотки 13 сердечника второго магнитопровода 2, начало пятой вторичной обмотки 10 сердечника первого магнитопровода 1 подключено к началу четвертой вторичной обмотки 14 сердечника второго магнитопровода 2, оставшиеся выводы, конец первой вторичной обмотки 6 сердечника первого магнитопровода 1, начала первой 11, второй 12, третьей 13 и концы четвертой 14, пятой 15 вторичных обмоток сердечника второго магнитопровода 2 соединены между собой.
1
1
1
a
1b
1c
1d
1e
2
1
2
2b
2c
2d
2е
2ƒ
1
a
1b
1c
1d
1e
2b
2c
2d
2е
2ƒ
1i
2i
а
b
с
d
е
ƒ
а
Трансформаторное устройство с короткозамкнутой обмоткой работает следующим образом: на входные выводы 17 подают переменное напряжение, под действием которого во входной цепи протекает ток и первичная обмотка 3 создает магнитный поток Φ в сердечнике первого магнитопровода 1, а первичная обмотка 4 создает магнитный поток в сердечнике второго магнитопровода 2. Магнитный поток Φ первого сердечника магнитопровода 1 наводит во вторичных обмотках 6, 7, 8, 9 и 10 электродвижущие силы (ЭДС) E, E, E, E, E. В результате взаимодействия магнитного потока первичной обмотки 4 и наведенного магнитного потока короткозамкнутой обмотки 5 осуществляется размагничивание и сдвиг магнитного потока Φ сердечника второго магнитопровода 2 на угол 60°, относительно магнитного потока Φ сердечника первого магнитопровода 1. Магнитный поток Φ сердечника второго магнитопровода 2 наводит во вторичных обмотках 11, 12, 13, 14, 15 ЭДС E, E, E, Е, Е сдвинутые на угол 60°. В результате геометрического суммирования ЭДС вторичных обмоток E, E, E, E, Eсердечника первого магнитопровода 1 и ЭДС E, E, E, Е, Е вторичных обмоток сердечника второго магнитопровода 2, с учетом коэффициентов обмоток k и k для каждой фазы, где i=, b, с, d, е и ƒ на выводах нагрузки 16 образуется шестифазная система (1) ЭДС Е, E, Е, E, Е, и Е (фиг. 2).
а
b
с
d
е
ƒ
где Е, E, Е, E, Е, и Е - ЭДС фаз вторичных обмоток;
1
a
1b
1c
1d
1e
E, E, E, E, E - ЭДС вторичных обмоток сердечника первого магнитопровода;
2b
2c
2d
2е
2ƒ
E, E, E, Е, Е - ЭДС вторичных обмоток сердечника второго магнитопровода;
1i
2i
k и k - коэффициенты вторичных обмоток сердечника первого и второго магнитопровода;
t
k - коэффициент, характеризующий отношение амплитуд между ЭДС вторичных обмоток сердечника первого и второго магнитопровода;
е
ϕ - угол между ЭДС фаз вторичных обмоток.
При подключении нагрузки к выводам 16, формируется симметричная шестифазная система выходных напряжений.
1
2
Повышение показателей качества выходного напряжения достигается, фиксированным углом сдвига фаз между магнитными потоками Φ и Φ, который формируется короткозамкнутой обмоткой 5, возможностью подбора величины выходного напряжения вторичных обмоток и отсутствия магнитного влияния первичных обмоток, размещенных на разных сердечниках магнитопроводов.