преобразователь электрической энергии трех- и однофазных напряжений и токов (варианты)
| Классы МПК: | H01F30/14 приспособленные для изменения числа фаз H02M5/14 для преобразования между цепями с разным числом фаз |
| Автор(ы): | Ермилов Михаил Александрович (RU), Куприянович Юрий Михайлович (RU), Ермилов Федор Михайлович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Ермилов Михаил Александрович (RU), Куприянович Юрий Михайлович (RU), Ермилов Федор Михайлович (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2007-02-07 публикация патента:
10.09.2008 |
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначено для преобразования электрической энергии трех- и однофазных напряжений и токов. Технический результат состоит в повышении мощности при работе от трехфазной первичной сети с симметричной нагрузкой последней, расширении функциональных возможностей за счет увеличения вариантов конструктивных решений схем электропитания однофазных потребителей, а также симметричного электропитания трехфазных потребителей от однофазной первичной сети. Варианты устройств для преобразования электрической энергии обеспечивают сопряжение режимов работы трехфазных сетей и однофазных потребителей, при которых достаточно полно выполняются требования симметрии трехфазных напряжений и токов. Благодаря линейности характеристик входящих в состав преобразователей элементов, предлагаемым принципиальным электрическим схемам, составу элементов устройства и соотношению параметров элементов повышается качество электроэнергии в электрических сетях и у потребителей, то есть достигается нормативно необходимая электромагнитная совместимость источников и приемников электроэнергии между собой. Варианты устройств для обратимого преобразования электрической энергии трехфазных и однофазных напряжений и токов включают в себя однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов - емкостей и индуктивностей, и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя. Контроль симметричного режима работы преобразователя и управление реактивными балластными элементами осуществляется измерением амплитуд однофазных токов и напряжений и угла сдвига фаз между ними и в зависимости от величины и знака отклонения измеренных величин воздействия на параметры реактивных балластных элементов. 4 н. и 4 з.п. ф-лы, 17 ил. 
Формула изобретения
1. Преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей - и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что первичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику питания, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику, при этом блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя в зависимости от полного сопротивления Zo=
Rо 2+X o 2 однофазного приемника и характера его cos
о=Ro/Z o изменяет реактивные сопротивления балластных реактивных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого Х Bn и второго ХCn балластного реактивного элемента равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке однофазного трансформатора, то есть умноженных на квадрат его коэффициента трансформации ko 2 реактивного сопротивления Х о однофазного приемника и деленного на 3 активного сопротивления Ro однофазного приемника, то есть
XBn=k o 2(Xo+R o/ 3)=ko 2Z o(sin o+(cos o)/ 3) и
XCn=ko 2(Xo-R o/ 3)=ko 2Z o(sin o-(cos o)/ 3).
2. Преобразователь электрической энергии по п.1, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и в CA балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения Х Bn=ko 2(X o+Ro/ 3)=ko 2Z o(sin o+(cos o)/ 3) и
XCn-=k o 2(Xo-R o/ 3)=ko 2Z o(sin o-(cos o)/ 3),
при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.
3. Преобразователь электрической энергии однофазных напряжений и токов в трехфазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что вторичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному приемнику, а первичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному источнику, при этом, блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы в зависимости от полного сопротивления фазы Z
= R 2+X 2 трехфазного приемника и характера его cos T=R /Z изменяет реактивные сопротивления балластных реактивных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого Х Bn и второго ХCn балластного реактивных элементов равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке трехфазного трансформатора, то есть умноженных на квадрат его коэффициента трансформации kT 2, реактивного сопротивления Х Ф и умноженного на 3 активного сопротивления RФА фазы трехфазного приемника, то есть
ХBn =kT 2(X +R 3)=kT 2Z (sin T+ 3cos T) и
XCn =kT 2(X -R 3)=kT 2Z (sin T- 3cos T),
где Z =3Z
- полное сопротивление, то есть импеданс фазы трехфазного приемника, соединенного «звездой » или «треугольником », a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.
4. Преобразователь электрической энергии по п.З, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и В CA балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения
ХBn=kT 2(X +R 3)=kT 2Z (sin T+ 3cos T) и
XCn =kT 2(X -R 3)=kT 2Z (sin T- 3cos T),
где Z =3Z - полное сопротивление, то есть импеданс фазы трехфазного приемника, соединенного «звездой » или «треугольником », a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора,
при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.
5. Преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей - и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что первичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику питания, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику, при этом балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы в зависимости от полной проводимости однофазного приемника Yo= Go 2+B o 2 и характера ее cos o=Go/Y o изменяет реактивные проводимости балластных реактивных элементов так, что величины этих проводимостей для первого В BC и второго ВCA балластных реактивных элементов равны соответственно приведенным к первичной обмотке однофазного трансформатора разности и сумме реактивной В о и деленной на 3 активной проводимости Go однофазного приемника, то есть
BBC=k o 2(Bo-G o/ 3)=ko 2Y o(sin o-(cos o)/ 3) и
BCA=ko 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3).
6. Преобразователь электрической энергии по п.5, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и B CA балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения
BBC=ko 2(Bo-Go/ 3)=ko 2Y o(sin o-(cos o)/ 3) и
BCA=ko 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3),
при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.
7. Преобразователь электрической энергии однофазных напряжений и токов в трехфазные, содержащий однофазный трансформатор или автотрансформатор, трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов: емкостей и индуктивностей, и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя, отличающийся тем, что вторичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному приемнику, а первичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному источнику, при этом балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы в зависимости от величины полной проводимости фазы трехфазного приемника Y = G 2+В 2 и характера ее cos T=G /Y изменяет реактивные проводимости балластных реактивных элементов так, что величины этих проводимостей для первого В BC и второго BCA балластного реактивного элемента равны соответственно приведенным к первичной обмотке трехфазного трансформатора разности и сумме реактивной В и умноженной на 3 активной G проводимости фазы трехфазного приемника, то есть
BBC=kT 2(B - 3G )=kT 2 Y (sin T- 3cos T) и
BCA =kT 2(B + 3G )=kT 2 Y (sin T+ 3cos T),
здесь Y =3Y - полные проводимости фаз трехфазного приемника, соединенного «треугольником » или «звездой ,», a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.
8. Преобразователь электрической энергии по п.7, отличающийся тем, что блок управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы указанного преобразователя включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения и тока, фазовый дискриминатор, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например, в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора и амплитудного детектора, соответствующих углу сдвига фаз cos o между напряжениями и токами и относительной мощности Zo или Yo указанного преобразователя, команды управления исполнительным устройством и исполнительное устройство, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВВС и В СА балластных элементов и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного kT трансформатора по алгоритмам, реализующим соотношения
BBC=kT 2(B - 3G )=kT 2 Y (sin T- 3cos T) и
BCA =kT 2(B + 3G )=kT 2 Y (sin T+ 3cos T),
где Y =3Y - полные проводимости фаз трехфазного приемника, соединенного «треугольником » или «звездой », a kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора,
при этом шины однофазного тока проходят сквозь сердечник магнитопровода трансформатора тока, первичная обмотка трансформатора напряжения присоединена к напряжению однофазного приемника либо источника, вторичные обмотки трансформаторов тока и напряжения подключены к измерительным входам фазового дискриминатора и амплитудного детектора, выходы которых соединены с входом контроллера, выход которого соединен с входом исполнительного устройства, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и предназначено для взаимного обратимого преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные.
Цель изобретения - создание преобразовательных устройств для электропитания однофазных потребителей значительной мощности от трехфазной первичной сети с симметричной нагрузкой последней, расширение функциональных возможностей и вариантов конструктивных решений схем электропитания однофазных потребителей, а также создание преобразовательных устройств для симметричного электропитания трехфазных потребителей от однофазной первичной сети.
Известны трансформаторные преобразователи электрической энергии трехфазных синусоидальных напряжений и токов в двухфазные, содержащие пространственный трехстержневой магнитопровод с расположенными на нем трехфазной входной и двухфазной выходной обмотками [1], [2], [3].
Известны также трансформаторные преобразователи, осуществляющие взаимное обратимое преобразование электрической энергии трехфазных и однофазных синусоидальных напряжений и токов [4], в которых процесс преобразования происходит в два этапа: сначала трех- или однофазные напряжения и токи преобразуются в симметричную систему двухфазных напряжений и токов, одинаковых по модулю и сдвинутых по фазе на четверть периода, а затем последние преобразуются соответственно в однофазную, либо в трехфазную симметричную систему напряжений и токов, одинаковых по модулю и сдвинутых по фазе на треть периода.
Предлагаемое в качестве изобретения устройство для преобразования электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные обеспечивает сопряжение режимов работы трехфазной сети и однофазных потребителей, либо однофазной сети и трехфазных потребителей, при котором достаточно полно выполняются, прежде всего, требования симметрии трехфазных напряжений и токов. Благодаря линейности характеристик входящих в состав преобразователей элементов обеспечиваются высокие показатели качества электроэнергии в электрических сетях и у потребителей как однофазных, так и трехфазных напряжений и токов, то есть достигается нормативно необходимая электромагнитная совместимость источников и приемников электроэнергии между собой (например, требования ГОСТ 13109-97).
Это достигается благодаря предлагаемым принципиальным электрическим схемам, составу элементов устройства и соотношению их параметров.
Предлагаемое устройство для обратимого преобразования электрической энергии трехфазных и однофазный напряжений и токов включает в себя, в общем случае, однофазный трансформатор (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор, два блока балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей) и блок управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя.
Функциональная блок-схема преобразователя приведена на фиг.1.
Главными функциональными элементами блок-схемы фиг.1 являются трехфазный 7 либо однофазный 2 источник электрической энергии, соответственно однофазный 8 либо трехфазный 1 приемник электрической энергии, блок 4 балластных «С»-элементов (конденсаторов), блок 3 балластных «L,С»-элементов (дросселей и конденсаторов) и блок 15 управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя. Вспомогательными функциональными элементами блок-схемы фиг.1 являются трехфазный 6 и однофазный 5 трансформаторы. Блок 15 управления балластными реактивными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя, в свою очередь, содержит внутри себя амплитудный детектор 9, фазовый дискриминатор 10, контроллер 11, исполнительное устройство 12, и датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения 13 и тока 14.
Блоки 3 и 4 балластных элементов совместно с источниками 2 или 7 и приемниками 1 или 8 образуют трехфазную электрическую цепь, соединенную «звездой» либо «треугольником». При этом, в общем случае, с целью дополнительного преобразования напряжения трехфазные приемник 1 либо источник 7 могут присоединяться к трехфазной цепи через трехфазный трансформатор 6, а однофазные приемник 8 либо источник 2 - через однофазный трансформатор 5. Электрические схемы функциональных элементов показаны на фиг.2:12.
Основой рабочего процесса преобразователя является процесс обмена электрической энергией между трех- или однофазным источником, с одной стороны, и одно- или трехфазным приемником, с другой. Один полный цикл преобразования происходит в течение одного периода напряжения. За это время электрическая энергия источника частично передается непосредственно приемнику и частично балластным реактивным элементам, запасается в последних в форме энергии электрического поля в конденсаторах и магнитного поля в индуктивностях и затем возвращается приемнику и источнику. Коэффициент полезного действия преобразователя, в основном, зависит от добротности балластных реактивных элементов и для практических значений добротности, превышающих десять, близок к единице.
Наиболее важной практической ценностью предлагаемого изобретения являются соотношения между величинами основных параметров приемника, источника и балластных реактивных элементов преобразователя, при которых выполняются требования симметрии трехфазных напряжений и токов. В предлагаемых далее устройствах преобразователей эти соотношения используются в основе алгоритмов управления реактивными балластными элементами и контроля симметричного режима работы преобразователя.
Особенности рабочего процесса в преобразователе зависят от его назначения и схемы соединения трехфазной цепи. Настоящее изобретение распространяется на четыре варианта технической реализации устройства преобразователя:
1) преобразователь трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью;
2) преобразователь однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью;
3) преобразователь трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником»;
4) преобразователь однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником».
Принципиальная электрическая схема преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью приведена на фиг.13.
Из схемы фиг.13 следует, что преобразователь электрической энергии трехфазных напряжений и токов в однофазные содержит, в общем случае, однофазный трансформатор 5 (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор 6, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом первичная обмотка однофазного трансформатора 5 и оба блока 3 и 4 балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику.
Схеме фиг.13 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.14.
С учетом обозначений на схемах фиг.2, 3, 5, 11, 13 и векторной диаграмме фиг.14 условия симметрии фазных напряжений U Ф=UAN=BNe j120°=UCNe-j120° и токов IФ=IA=I вej120°=IC e-j120° трехфазного источника будут определяться уравнениями: UAn-U Bn=Zoej
oIA-jXBn IB=UAN-U BN=
3UФеj30° и
UBn-UCn=jX BnIB-jXCnI C=UBN-UCN=-j 3UФ,
из которых следуют соотношения, определяющие закон управления реактивными сопротивлениями Х Bn и ХCn балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения сопротивления Zo =Zoej o=UAn/IA =Ro+jXo однофазного приемника и его характера cos o=Ro/Z o:
ХBn=ko 2(Хо+R o/ 3)=ko 2Z o(sin o+(cos o)/ 3)=(2/ 3)kT 2Z ocos( o-60°) и
X Cn=ko 2(X o-Ro/ 3)=ko 2Z o(sin o-(cos о)/ 3)=-(2/ 3)kT 2Z ocos( o+60°);
здесь k o - коэффициент трансформации однофазного трансформатора.
Таким образом блок управления и контроля в зависимости от полного сопротивления Zo однофазного приемника и его характера cos o изменяет реактивные сопротивления балластных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого ХBn и второго Х Cn балластного элемента равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке однофазного трансформатора (умноженных на квадрат его коэффициента трансформации ko 2) реактивного сопротивления Х о однофазного приемника и активного сопротивления R o однофазного приемника, деленного на 3.
Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью приведена на фиг.15. Из схемы фиг.15 следует, что преобразователь электрической энергии однофазных напряжений и токов в трехфазные, содержит, в общем случае, однофазный трансформатор 5 (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор 6, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом вторичная обмотка однофазного трансформатора 5 и оба блока 3 и 4 балластных реактивных элементов соединены между собой «звездой» с изолированной нейтралью и через трехфазный трансформатор 6 присоединены к трехфазному приемнику 1, а первичная обмотка однофазного трансформатора 5 присоединена к однофазному источнику 2.
Схеме фиг.15 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.14.
С учетом обозначений на схемах фиг.5, 6, 8, 9, 15 и векторной диаграмме фиг.14 условия симметрии фазных напряжений UФ =UAN=BNe j120°=UCNe-j120° и токов IФ=IA=I вej120°=IC e-j120° трехфазного приемника будут определяться уравнением: UBn-U Cn=jXBnIB-jX CnIC=UBN-U CN=-j 3UФ=-j 3Z IФ, из которого следуют соотношения, определяющие закон управления реактивными сопротивлениями Х Bn и ХCn балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения сопротивления фазы
T:
ХBn =kT 2(X +R
3)=kT 2Z (sin
T+ 3cos T)=2kT 2Z cos(
T-30°) и
X Cn=kT 2(X -R
3)=kT 2Z (sin
T- 3cos T)=-2kT 2Z cos(
T+30°).
здесь Z =3Z
- полное сопротивление (импеданс) фазы трехфазного приемника, соединенного «звездой
» или «треугольником
»,
а kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.
Таким образом блок управления и контроля в зависимости от полного сопротивления Z фазы трехфазного приемника и его характера cos
T изменяет реактивные сопротивления балластных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого ХBn и второго Х Cn балластного элементов равны соответственно сумме и разности приведенных к первичной обмотке трехфазного трансформатора (умноженных на квадрат его коэффициента трансформации kT 2) реактивного сопротивления X и умноженного на
3 активного сопротивления R фазы трехфазного приемника.
С другой стороны, если Zo=Zoe j =UAn/IA=Ro +jXo рассматривать в качестве входного сопротивления преобразователя относительно однофазного источника, то соотношения, определяющие закон управления реактивными сопротивлениями ХBn и ХCn балластных элементов преобразователя в зависимости от изменения величины и характера cos o=Ro/Z o этого сопротивления, будут такими же, как для преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью
Х Bn=(Хо+Ro/ 3)/ko 2=Z o(sin o+(cos o)/ 3)/ko 2=(2/ 3)kT 2Z ocos( o-60°) и
X Cn=(Xo-Ro/ 3)ko 2=Z o(sin o-(cos о)/ 3)/ko 2=-(2/ 3)kT 2Z ocos( o+60°);
здесь k o - коэффициент трансформации однофазного трансформатора.
То есть блок управления и контроля в зависимости от величины Zo и характера cos о входного сопротивления преобразователя относительно однофазного источника изменяет реактивные сопротивления балластных элементов так, что величины этих сопротивлений для первого ХBn и второго Х Cn балластного элемента равны соответственно сумме и разности приведенных к вторичной обмотке однофазного трансформатора реактивного входного сопротивления Xo и деленного на 3 активного входного сопротивления преобразователя R o.
Принципиальная электрическая схема преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником» приведена на фиг.16.
Преобразователь содержит, в общем случае, однофазный трансформатор (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом первичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному источнику, а вторичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному приемнику. На схеме фиг.16 с целью упрощения трехфазный и однофазный трансформаторы не показаны.
Схеме фиг.16 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.17.
С учетом обозначений на схемах фиг.2, 4, 5, 12, 16 и на векторной диаграмме фиг.17 условия симметрии трехфазных линейных напряжений UЛ=UAB=U BCej120°=UCA e-j120° и токов IЛ =IA=Iвe j120°=ICe-j120° источника будут определяться уравнениями: IB =IBC-IAB=I Cej120°=(ICA -IBC)ej120° или 
o=Go/Y Ф :
BBC=k o 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3)=-(2/ 3)Yoko 2cos( o+60°) и
B CA=ko 2(B o+Go/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3)=(2/ 3)Yoko 2cos( o-60°);
здесь k o - коэффициент трансформации однофазного трансформатора.
Таким образом блок управления и контроля в зависимости от величины полной проводимости однофазного приемника Y o и ее характера cos o изменяет реактивные проводимости балластных элементов так, что величины этих проводимостей для первого ВBC и второго В CA балластных элементов равны соответственно приведенным к первичной обмотке однофазного трансформатора разности и сумме реактивной Во и деленной на 3 активной проводимости Go однофазного приемника.
Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником» приведена на фиг.16.
Преобразователь содержит, в общем случае, однофазный трансформатор (или автотрансформатор), трехфазный трансформатор, два блока 3 и 4 балластных реактивных элементов (емкостей и индуктивностей). При этом вторичная обмотка однофазного трансформатора и оба блока балластных реактивных элементов соединены между собой «треугольником» и через трехфазный трансформатор присоединены к трехфазному приемнику, а первичная обмотка однофазного трансформатора присоединена к однофазному источнику. На схеме фиг.16 с целью упрощения трехфазный и однофазный трансформаторы не показаны.
Схеме фиг.16 соответствует векторная диаграмма токов и напряжений, приведенная на фиг.17.
С учетом обозначений на схемах фиг.5, 7, 8, 10, 16 и на векторной диаграмме фиг.17. условия симметрии трехфазных линейных напряжений UЛ=UAB=U BCej120°=UCA e-j120° и токов IЛ =IA=Iвe j120°=ICe-j120° приемника будут определяться уравнениями: 
т=G /Y
:
BBC=k Т 2(B +
3G =kТ 2 Y
(sin
Т- 3cos т)=-2kT 2Y cos(
T+30°) и
B CA=kT 2(B +
3G )=kT 2 Y
(sin
T+ 3cos T)=2kT 2Y cos(
Т-30°);
здесь Y =3Y
- полные проводимости фаз трехфазного приемника, соединенного «треугольником
» или «звездой
», kT - коэффициент трансформации трехфазного трансформатора.
Таким образом блок управления и контроля в зависимости от величины полной проводимости Y фазы трехфазного приемника и ее характера cos
T изменяет реактивные проводимости балластных элементов так, что величины этих проводимостей для первого ВBC и второго В CA балластного элемента равны соответственно приведенным к первичной обмотке трехфазного трансформатора разности и сумме реактивной В и умноженной на
3 активной G проводимости фазы трехфазного приемника.
С другой стороны, если 
o=Go/Y o этой проводимости, будут такими же, как для преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником»
BBC=k o 2(Bo+G o/ 3)=ko 2Y o(sin o-(cos o)/ 3)=-(2/ 3)ko 2Y ocos( o+60°) и
B CA=ko 2(B o+Go/ 3)=ko 2Y o(sin o+(cos o)/ 3)=(2/ 3)ko 2Y ocos( o-60°).
То есть блок управления и контроля в зависимости от величины Yo и характера cos o входной проводимости преобразователя относительно однофазного источника изменяет реактивные проводимости первого ВВС и второго В СА балластных элементов так, что величины этих проводимостей равны соответственно приведенным к вторичной обмотке однофазного трансформатора разности и сумме реактивной Во и деленной на 3 активной проводимости Go однофазного приемника.
При изменении режима работы преобразователя, например вследствие изменения величины и/или характера (cos ) нагрузки, выражающемся в изменении параметров Z o=Ro+jXo, Y o=Go-jBo или Z =R
+jX
, Y
=G
-jB
, при фиксированных параметрах балластных элементов 3 и 4 происходит нарушение симметрии трехфазных токов I A, IB, IC. Сохранение симметричного режима работы преобразователя осуществляется с помощью блока 15 контроля симметричного режима работы преобразователя и управления реактивными балластными элементами 3 и 4.
Блок 15 контроля и управления (фиг.1) включает в себя датчики напряжения и тока, например, в виде измерительных трансформаторов напряжения 13 и тока 14, фазовый дискриминатор 10, определяющий угол сдвига фаз между измеренными напряжениями и токами, амплитудный детектор 9, определяющий по величинам тех же измеренных напряжений и токов относительную, например в процентах относительно номинальной, полную мощность преобразователя, контроллер 11, формирующий в зависимости от сигналов фазового дискриминатора 10 и амплитудного детектора 9, соответствующих углу сдвига фаз (cos о) между напряжениями и токами и относительной мощности преобразователя (Zo или Yo), команды управления исполнительным устройством 12 и исполнительное устройство 12, изменяющее величины реактивных сопротивлений ХBn и Х Cn либо проводимостей ВBC и В CA балластных элементов 3 и 4 и коэффициент трансформации однофазного ko или трехфазного k T трансформаторов согласно приведенным выше алгоритмам, реализующим условия симметрии трехфазных напряжений и токов.
При этом ток однофазного приемника 8 либо источника 2 проходит через первичную обмотку трансформатора тока 14, первичная обмотка трансформатора напряжения 13 присоединена к напряжению однофазного приемника 8 либо источника 2, вторичные обмотки трансформаторов тока 14 и напряжения 13 подключены к измерительным входам фазового дискриминатора 10 и амплитудного детектора 9, выходы которых соединены с входом контроллера 11, выход которого соединен с входом исполнительного устройства 12, представляющего собой, например, блок реле, коммутирующий батарею конденсаторов и секции балластного дросселя.
Краткое описание фигур.
Фиг.1. Функциональная блок-схема преобразователя.
Фиг.2. Электрическая схема однофазного трансформатора с однофазным приемником.
Фиг.3. Блок преобразования трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой».
Фиг.4. Блок преобразования трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «треугольником».
Фиг.5. Электрическая схема трехфазного трансформатора.
Фиг.6. Электрическая схема трехфазного приемника, соединенного «звездой».
Фиг.7. Электрическая схема трехфазного приемника, соединенного «треугольником».
Фиг.8. Электрическая схема однофазного трансформатора с однофазным источником.
Фиг.9. Блок преобразования однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой».
Фиг.10. Блок преобразования однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником».
Фиг.11. Электрическая схема трехфазного источника, соединенного «звездой».
Фиг.12. Электрическая схема трехфазного источника, соединенного «треугольником».
Фиг.13. Принципиальная электрическая схема преобразователя трехфазных напряжений и токов в однофазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью.
Фиг.14. Векторная диаграмма токов и напряжений для схемы фиг.13.
Фиг.15. Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «звездой» с изолированной нейтралью,
Фиг.16. Принципиальная электрическая схема преобразователя однофазных напряжений и токов в трехфазные с соединением трехфазной цепи «треугольником»
Фиг.17. Векторная диаграмма токов и напряжений для схемы фиг.16.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №598197, 11.10.1976, кл. Н02М514.
2. Патент Франции №2648612, 15.06.1989, кл. H01F 33/00.
3. Патент РФ №2255411, 05.02.2004, кл. Н02М 5/14, H01F 30/14.
4. Патент РФ №2280911, 30.09.2004, кл. Н02М 5/14, H01F 30/14.
Класс H01F30/14 приспособленные для изменения числа фаз
Класс H02M5/14 для преобразования между цепями с разным числом фаз
