Transformatory częstotliwości

ZE S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I ŚLĄSKIEJ

Nr 38 E L E K T R Y K A 11

1961

A N T O N I P L A M I T Z E R

K a t e d r a M a s z y n E l e k t r y c z n y c h P o l i t e c h n i k i Śląskiej

T R A N S F O R MAT OR Y C ZĘ ST OT LIW OŚCI

S t r e s z c z e n i e : R óżne m o ż l i w o ś c i transformowania c z ę s t o t l i w o ś c i dla u r z ą d z e ń energetycznych. Pods t a ­ wowe zasady i s t n i e j ą c y c h metod i ich klasyfikacja.

W d z i e d z i n i e n a p ę d ó w i u r z ą d z e ń e l e k t r y c z n y c h spotyka się n i e k i e d y m a s z y n y i aparaty*, p racujące przy podwyż­

szonej lub obniżonej c z ę s t o t l i w o ś c i . Do ich zasilania nie stosuje się na ogół o d d z i e l n y c h źródeł, lecz prze­

twornice czę s t o t l i w o ś c i , które zami e n i a j ą b ę d ą c ą z re­

guły do d y s p o z y c j i c z ę s t o t l i w o ś ć 50 Hz na żądaną - pod­

w y ż s z o n ą lub o b n i ż o n ą - częs t o t l i w o ś ć . Do p r z e t w a r z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i służą:

1. P r z e t w o r n i c e w i r u j ą c e 2. U k ł a d y statyczne

W ś r ó d u k ł a d ó w s t a t y c z n y c h r o z r ó ż n i a się:

2.1. Ukła d y z a w i e rające

2.1.1. n i e l i n i o w ą o p o r n o ś ć i n d u k c y j n ą 2.1.2. n i e l i n i o w ą o p o r n o ś ć p o j e m n o ś c i o w ą 2.1.3» n i e l i n i o w ą o p o r n o ś ć czy n n ą

2.2. Ukł a d y lampowe..

R o z p a t r y w a n e tu t r a n s f o r m a t o r y c z ę s t o t l i w o ś c i należą do grupy uk ł a d ó w (2.1.1), z a w i e r a j ą c y c h n i e l i n i o w ą opor­

ność i n d ukcyjną w p o s t a c i o d p o w i e d n i o n a s y c o n e g o elek­

t r o magnesu z r d z e n i e m ze stali. P r z y pom o c y t r a n s f o r m a ­ torów c z ę s t o t l i w o ś c i m o ż n a p r z e t w a r z a ć c z ę s t o t l i w o ś ć f^

na częstotliwość

5 I1)

g dzie p, q - liczby naturalne.

64 A n t o n i F l a m i t z e r

Zajmiemy się tu przede w s z y s t k i m t r a n s f o r m a t o r a m i , s u ż ą c y m i do p o w i ę k s z a n i a c z ę s t otliwości» Ze w z g l ę d u na za sadę d ziałania m o żna je p o d z i e l i ć na dwie grupy:

a) t r a n s f o r m a t o r y z p o d m a g n e s o w y w a n i e m p r ą d e m stałym, b) t r a n s f o r m a t o r y bez p o d m a g nesowywania.

P r z y pomocy t r a n s f o r m a t o r ó w g rupy a) m o ż n a u z y s k a ć w i e l o k r o t n ą c z ę s t o t l i w o ś ć p a r z y s t ą (we w z o r z e (1/ p p a ­ rzyste, q = 1); t r a n s f o r m a t o r y g rupy b) s łużą zwykle do o t r z y m y w a n i a w i e l o k r o t n e j c z ę s t o t l i w o ś c i n i e p a r z y s t e j (p n i e p a r z y s t e ) »

Jako p r z ykład t r a n s f o r m a t o r a grupy a) omaw i a się ukłid s ł u ż ą c y do p o d w a j a n i a (f2 = 2f^) c z ę s t o t l i w o ś c i (rys»1a)o U k ł a d składa się z dwu j e d n a k o w y c h t r a n s f o r m a t o r ó w 3 = u z w o j e n i o w y c h A,Bo U z w o j e n i a w^, z a s i l a n e p r ą d e m sta­

ł y m I, p o d m a g n e s o w u j ą oba r d z e n i e w p r z e c i w n y c h k i e r u n ­ kach« W tych w a r u n k a c h c h a r a k t e r y s t y k i m a g n e s o w a n i a $A i obu o bwodów p r z e d s t a w i a j ą się ja k na r y s u n k u 1c.

Dl a u z w o j e ń obu t r a n s f o r m a t o r ó w , s k o j a r z o n y c h i o z n a c z o ­ n y c h jak na rys«1a, o b o w i ą z u j ą p r z y b l i ż o n e zwi ą z k i

d ^A d ^ A + ^

U 1 = UA1 + UB1 ~ W 1 “ dt + W 1 ""dt" = W 1 ~“ dt ^2 ‘

d $

= uA2 ^{- U}B2 W, _A dt

d#.

W, _ B dt

d < W

dt (3)

J e ż e l i u k ł a d zasilany jest n a p i ę c i e m

U 1 = U 1m cosu;t (4)

to p r z e b i e g cza s o w y s t r u m i e n i a ($A 4 w z ó r 2) jest s i n u s o i d a l n y (rys«1b)» P o s ł u g u j ą c się c h a r a k t e r y s t y k ą m a g n e s o w a n i a ($A 4 rys.lc) oraz p r z e b i e g a m i c z a s o ­ w y m i oraz ( r y s » 1 e ) , w y z n a c z y m y p r z e b i e g c z a s o w y s t r u m i e n i a ( $A - # B ; rys»1f). Znając go m o ż e m y - na p o d ­ stawie zwi ą z k u (3) - okreś l i ć p r z e b i e g c z a s o w y n a p i ę c i a

T r a n s f o r m a t o r y częs t o t l i w o ś c i

65

u2 (rys. 1g ) * N a p i ę c i e u2 zawiera parzyste harmoniczne (p = 2,4-..), w ś r ó d k t ó r y c h d e c y d u j ą c ą rolę odgrywa - p o ż ą d a n a p r zez n as - 2-ga h a r m o n i c z n a u_ o c zęstotli­

w o ś c i « 2 (rysolh).

S p o ś r ó d u k ł a d ó w s ł u ż ą c y c h do t r z y k r o t n e g o (p = 3) po­

w i ę k s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i na w y r ó ż n i e n i e zasługuje układ t r z e c h j e d n o f a z o w y c h transf o r m a t o r ó w , p r z e d stawiony na r y s . 2. U z w o j e n i a p i e r t w o t n e tych tra n s f o r m a t o r ó w skoja­

r z o n e są w gwiazdę, w t ó r n e w ot w a r t y trójkąt. W prz y p a d ­ ku p racy w zakre s i e n i e l i n i o w e j części c h a r akterystyki m a g n e s o w a n i a po j a w i a się w s t r u m i e n i a c h p o s z c z e g ó l n y c h faz - opró c z h a r m o n i c z n e j p o d s t awowej - 3-cia h a r m o n i c z ­ na (i jej w i e l o k r o t n o ś c i ) . Na w y j ś c i u t r ansformatora

(otw arty trójkąt) nie u j a w n i a się n a p ięcie podstawowej h armo n i c z n e j ; o w a r t o ś c i n a p i ę c i a na w y j ś c i u decyduje ha r m o n i c z n a 3-cia.

Dla le p s z e g o w y k o r z y s t a n i a m a t e r i a ł u i uzysk a n i a w i ę k ­ szej s p r a w n o ś c i m o ż n a p o s ł u ż y ć się t r a n s f o r m a t o r a m i trój- u zwojeni o w y m i , tworząc u k ł a d s łużący r ó w n o c z e ś n i e do t r a n s f o r m a c j i przy f-j i 3fi*

Inne m o ż l i w o ś c i u z y s k a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i f2 = 3fl poda j ą układy, p r z e d s t a w i o n e na r y s . 3,4 i 5*

Dla u z y s k a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i f2 > 3 f1 można p o słu­

żyć się u k ł a d a m i kaskad o w y m i . I tak na p r z y k ł a d dla uz y s k a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i f2 = 4f1 m o żna ut w o r z y ć kaska­

dę, s k ł a d a j ą c ą się z dwu s z e r e g o w o p o ł ą c z o n y c h układów, służących do p o d w a j a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i . P o d obnie przez kaskadowe połą c z e n i e dwu u k ł adów, s ł u ż ą c y c h do 3-krotne- go p o w i ę k s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i , o t r z y m a m y c z ę s t o t l i w o ś ć f 2 = 9f 1 *

Szcz e g ó l n y p r z y p a d e k s t a n o w i u k ł a d u m o ż l i w i a j ą c y be z ­ pośrednie u z y s k a n i e c z ę s t o t l i w o ś c i 5-krot n e j przy zasi­

laniu 5- c i u t r a n s f o r m a t o r ó w z sieci 3-f a z o w e j (rys.6^{) [}6^] Jako przykład m o ż l i w o ś c i 2 - k r o t n e g o z m n i e j s z e n i a czę­

stotliwości p r z y t a c z a się u k ł a d p r z e d s t a w i o n y na r y s .7.

66

L I T ERATURA

1. B e s s o n o v L.A - Elektriczeskije cepi so stalju, G.EoI. 1948«

2. Be s s o n o v L.A. - A v t o k o l e b a n j a w elektriczesrcich ce- p i a c h so stalju, G.E.I. 1958.

3. P i e t r o w G.N. Elektriczeskije m a s z i n y czil, G.E.I. 1956.

4. P okr o v s k i j S.W. - K w c p r o s u o m e t o d y k i e r a z c z o t a sta- t i c z e s k i c h u d v o i t i e l e j czastoty, Naucz, dokł.wyż.

szkoły, E l e k t r o m e c h a n i k a i avtomatyka, 1958* Nr 1, str. 82-101.

5. F ü g l i R. - S t a t i s c h e F r e q u e n z u m f o r m u n g i m f e s t e n V e r h ä l t n i s 1 : 3 m i t t e l s T r a n s f o r m a t o r e n , Bull.

Schweiz, eloktrotech:. Ver. B d . 49 (1958). Nr 26, s . 1224-1227.

6. R o ż a n s k i j L.L. - K teor i i m n o g o f a z n y c h um n o ż i t e l e j czas toty, E l e k t r i c z e s t w o , 1951* 5* s t r . 57-63.

TpaH C^D opM aTopti nacTOTbi

B

B

Les transformateurs de fréquence

L ’auteur donne un rappel succinct des méthodes et schémas

qui ont pour but la transformation des fréquences, nécessaires pour

les commandes industrielles. Comme annexe l’auteur donne un

extrait de la bibliographie concernant le sujet du rapport.

Rys„1, Zasada d z i a ł a n i a u k ł a d u t r a n s f o r m a t o r ó w do p o d w a j a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i

R y s •1. Zasada d z i a ł a n i a u k ł a d u t r a n s f o r m a t o r ó w do pod w a j a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i

R y s . 2. S chaaat u k ł a d u t r a n s f o r m a t o r ów do 3 - k r o t n e g o p o w i ę k s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i

zasilanie

~ *

-O odbiór

3i,

R y s . 3. U k ł a d r e z o n a n s o w y

do 3-krotnego p o w i ę k s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i

b)

a)

R y s . 4. U k ł a d do 3 - k r o t n e g o p o w i ę k s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i (1 - t r a n s f o r m a t o r n a s y c o n y , 2 - t r a n s f o r m a t o r n ienas y c o n y )

H IW I

R y s . 5. Ulcład do 3 - k r o t n e g o p o w i ę k s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i z p o d m a g n e s o w a n i e m

R y s 06„ U k ł a d t r a n s f o r m a t o r ó w do 5-ciokrotnego p o w i ę k s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i

Ry s«7« U k ł a d do 2 - k r o t n e g o z m n i e j s z a n i a c z ę s t o t l i w o ś c i