СТАБИЛИЗАТОР ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве стабилизатора трехфазного напряжения сети в системах, предъявляющих повышенные требования к качеству электрической энергии.
Известен стабилизатор трехфазного напряжения, содержащий тороидальный сердечник, выполненный из внутренней и наружной тороидальных частей, причем в пазах наружной тороидальной части размещена первичная трехфазная обмотка, в пазах внутренней тороидальной части размещена вторичная трехфазная обмотка, а площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части [1]. Данный стабилизатор отличается простотой конструкции и сравнительно высокими энергетическими характеристиками. Кроме того, он применим в широком диапазоне мощностей и напряжений, однако его обмотки не оказывают влияния на качество электрической энергии сети, поэтому на зажимах потребителя появляются высшие гармоники и несимметрия трехфазной системы напряжений, что ограничивает область применения стабилизатора.
Техническим результатом полезной модели является повышение качества электрической энергии на зажимах потребителя за счет применения обмотки с фильтрующими свойствами при соблюдении соответствующих условий ее симметричности.
Требуемый технический результат достигается тем, что в стабилизаторе трехфазного напряжения, содержащим тороидальный сердечник, выполненный из наружной тороидальной части с пазами, в которых размещена первичная трехфазная обмотка, подключенная к сети, и соосной ей внутренней тороидальной части с пазами, в которых размещена вторичная трехфазная обмотка, подключенная к потребителю, причем площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части меньше площади поперечного сечения внешней тороидальной части, первичная трехфазная обмотка выполнена с дробным числом пазов на полюс и фазу, равным q=b+c/d, где b, с, и d - целые числа, причем общее число катушек обмотки равно bd+c, а общее число катушечных групп равно d, при этом: каждая из фаз содержит одинаковое количество малых (по b катушек) и больших (по b+1 катушек) катушечных групп, отношение 2p/d является целым числом, отношение d/3 не равно целому числу, минимальное число пазов при нечетном d равно z'=6(bd+c), при четном d равно z'=3(bd+с), а минимальное число полюсов при нечетном d равно 2р'=2d и при четном d равно р'=d.
На чертеже показана схема соединения катушечных групп обмотки для случая 2р=8, m=3, .
Стабилизатор содержит тороидальный сердечник (не показан). Составленный из тороидальной наружной части (не показана) с пазами, в которых размещена первичная трехфазная обмотка (не показана) и соосной наружной внутренней тороидальной части (не показана) с пазами (не показаны), в которых размещена вторичная трехфазная обмотка (не показана), причем площадь поперечного сечения внутренней тороидальной части сердечника меньше площади поперечного сечения наружной тороидальной части. Первичная трехфазная обмотка, подключена к сети (не показана), выполнена с дробным числом пазов на полюс и фазу и составлена из двух типов катушечных групп, первая из которых содержит b катушек, а вторая - (b+1) катушек, при условии, что q как правильная дробь представляется в виде q=b+с/d, где под b понимается целое число правильной дроби, с - числитель, a d - знаменатель дробной части q. Если , то b=1, c=1, d=8. Отсюда
Из формулы (1) следует, что d - с групп должны иметь по b катушек, а с групп по b+1 катушек, откуда имеем
Таким образом, общее число катушек дробной обмотки должно быть всегда равно bd+с, а общее число катушечных групп должно быть равно d. Названные условия обеспечивают существование равенства (1). При двухслойной обмотке каждая фаза ее содержит 2р катушечных групп и по условиям симметрии обмотки в каждой из фаз должно быть одинаковое количество малых (по b катушек) и больших (по b+1 катушек) катушечных групп, поэтому в каждой фазе должно быть
катушечных групп. Поскольку числа катушек должны быть целыми, а (d-c)/d и c/d являются несократимыми дробями, то 2p/d являются целым числом.
Из чередования фаз следует, что если первую катушечную группу отнести к фазе 1, то этой же фазе будут принадлежать такие же катушечные группы, как и при целом q. Номера катушечных групп по фазам распределятся следующим образом:
фаза I
1,
4,
7,
10,
.
.
.
.
2pm-2;
фаза II
3,
6,
9,
12,
.
.
.
.
2pm;
фаза III
5,
8,
11,
14,
.
.
.
.
2,
где катушечные группы 1, 3, 5 приняты начальными.
В данном примере: 2p=8; m=3; .
Число катушечных групп 2pm=8·3=24.
Число катушек в катушечных группах:
в малых b=1;
в больших b+1=1+1=2.
Число катушечных групп в одном чередовании
всех d=8;
больших с=1;
малых d-с=8-1=7.
Расположение катушечных групп в одном чередовании:
1,
1,
1,
1,
1,
1,
1,
2.
Распределение катушечных групп по фазам удобнее представить в виде таблицы.
Номер катушечной группы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Число катушек в группе
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
Фаза
I<sub>H</sub>
III<sub>K</sub>
II<sub>H</sub>
I<sub>K</sub>
III<sub>H</sub>
II<sub>K</sub>
I<sub>K</sub>
III<sub>K</sub>
II<sub>H</sub>
I<sub>K</sub>
III<sub>H</sub>
II<sub>K</sub>
Номер катушечной группы
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Число катушек в группе
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
1
2
Фаза
I<sub>H</sub>
III<sub>K</sub>
II<sub>H</sub>
I<sub>K</sub>
III<sub>H</sub>
II<sub>K</sub>
I<sub>H</sub>
III<sub>K</sub>
II<sub>H</sub>
I<sub>K</sub>
III<sub>H</sub>
II<sub>K</sub>
По полученной таблице составляется схема соединения катушечных групп, показанная на чертеже, которая называется упрощенной схемой обмотки.
В общем случае условие
выполняется если 2р кратно или равно d и d≤2р.
Для образования симметричной трехфазной обмотки вместе с условием (3) необходимо, чтобы
поскольку иначе 2pm/d не будет целым числом и нарушится условие (3). Минимальное число пазов наружной тороидальной части сердечника при симметричной трехфазной обмотке равно:
а минимальное число полюсов для образования симметричной трехфазной обмотки равно:
Выполнение условий (1)…(6) позволяет выполнить первичную трехфазную обмотку с дробным числом на полюс и фазу при полной симметрии напряжений на зажимах потребителя. При дробных обмотках в контурах витков, катушек и катушечных групп векторы высших гармоник ЭДС складываются под различными углами сдвига фаз, вследствие чего происходит подавление ЭДС от высших гармоник.
Стабилизатор трехфазного напряжения работает следующим образом.
При подключении первичной трехфазной обмотки стабилизатора к сети, по фазам ее будут протекать токи, под действием которых в сердечнике устройства создается круговое вращающееся магнитное поле, магнитный поток которого пересекает витки вторичной трехфазной обмотки. В соответствии с законом об электромагнитной индукции во вторичной обмотке возникает ЭДС, используемая для питания потребителя. Если в напряжении сети возникают высшие гармоники, то их влияние на потребителя уменьшается за счет дробной первичной трехфазной обмотки, а несимметрия трехфазного напряжения сети нейтрализуется за счет подбора параметров первичной обмотки и сердечника стабилизатора.
Таким образом требуемый технический результат достигается за счет свойств первичной обмотки.
Источники, принятые во внимание
7
[1]. Свидетельство на полезную модель РФ №23536. МПК H02 5/12 от 18.10.2001.