Статический ферромагнитный преобразователь частоты Советский патент 1983 года по МПК H02M5/16 

Изобретение относится к трехфазным статическим преобразователям частоты и может быть использовано в качестве источника одновременного и раздельного питания электропотребителей двумя уровнями повышенных частот тока, например, электродвигателей, применяемых в деревообрабатывающей, вакуумной и текстильной промышленности.

Известен учетверитель частоты, содержаш,ий замкнутый 12 стержневой магнитопровод с расположенными на нем первичной и вторичной обмотками и обмоткой подмагничивания постоянным током 1.

Недостатком этого устройства является невозможность получения на его выходе нескольких напряжений с разными частотами.

Наиболее близким к изобретению является статический ферромагнитный преобразователь частоты, содержащий пространственную стыковую симметричную магнитную систему, выполненную на двенадцати стержнях, с расположенными на каждом из них катушками первичной обмотки, образуюш.ими симметричную двенадцатифазНую систему намагничиваюш.их сил, а также катушками вторичной обмотки и обмотки подмагничивания постоянным током

12 Однако в известном преобразователе частоты невозможно получение ЭДС четвертой гармоники без специального пересоединения катушек каждой фазы выходной обмотки, при этом, в случае выполнения такого пересоединения, ЭДС второй гармоники обращается в нуль.

Таким образом, недостатком известного удвоителя является невозможность расширения диапазона преобразования без специального пересоединения катушки каждой фазы выходной обмотки, либо без выполнения дополнительной выходной обмотки. Все это усложняет устройство и увеличивает расход активных материалов.

Целью изобретения является расширение диапазона выходных частот.

Поставленная цель достигается тем, что в статическом ферромагнитном преобразователе частоты, содержащем пространственную стыковую симметричную магнитную систему, выполненную на двенадцати стержнях, с расположенными на каждом из них катушками первичной обмотки, образующими симметричную двенадцатифазную систему намагничивающих сил, а также катушками вторичной обмотки и обмотки подмагничивания постоянным током, катушки вторичных обмоток соединены в замкнутый шестиугольник, каждое плечо которого образовано двумя согласно-последовательно соединенными катушками, размешенными на диаметрально противоположных стержнях магнитной системы, причем чередующиеся вершины щестиугольника образуют

две группы трехфазных выходных выводов для питания нагрузок двумя уровнями повышенных частот тока.

На фиг. 1-3 представлены соответственно звезды стержневых ЭДС первой, второй и четвертой гармоник, наводимых в катушках вторичной обмотки преобразователя, где номера векторов ЭДС соответствуют последовательной нумерации стержней магнитной системы; на фиг. 4-5 - схема соединения катущек вторичной обмотки преобразователя; на фиг. 5 - развернутая схема соединения катушек первичной, вторичной обмоток и катущек обмотки подмагничивания преобразователя.

На схемах указаны номера 1-12 катущек вторичной обмотки и их принадлежность соответствующему стержню, выходные выводы 13-18 служат для одновременного или раздельного получения трехфазных ЭДС соответственно второй и четвертой Q гармоник, первичные обмотки 20 обмотки 21 подмагничивания.

Устройство работает следующим образом.

При включении зажимов преобразователя А, В, С к трехфазной сети переменного тока частотой 50 Гц, благодаря распределению элементов первичной обмотки (фиг. 5), образуется симметричная 12- фазная систем.а намагничивающих сил, вследствие чего в каждой катушке вторичной обмотки В наводятся ЭДС первой гармоники, временное распределение которых по стержням магнитопровода соответствует симметричной 12 фазной звезде стержневых ЭДС (фиг. 1).

При подмагничивании каждого стержня магнитопровода постоянным магнитным полем, ориентация которого в соседних стержнях противоположна, в общем магнитном потоке появляются высшие четные гармоники, наибольшие амплитуды среди которых имеют вторая и четвертая в соотношении 1:0,35. При этом в каждой катушке вторич0 ной обмотки наводятся ЭДС второй и четвертой гармоник.

Временный угол сдвига между четными гармониками ЭДС в произвольных стержнях тип (фиг. 2 и 3) оСт i)m;.+ КЛ(где - порядковый номер гармоники; (Xm.n - 5 угол сдвига между ЭДС первой гармоники в соответствующих стержнях: К О при одинаковой и PC 1 при противоположной ор-иентациях поля подмагничивания в стержнях, ш п). В результате этого временное распределение ЭДС второй и четвертой гармоник по стержням магнитопровода представляется соответственно симметричной трехфазной звездой стержневых ЭДС (фиг. 2) и симметричной шестифазной звездой стержневых ЭДС (фиг. 3).

Величины каждого из векторов (фиг. 1 -

3) пропорциональны индукции и частоте соответствующей гармоники, а также числу витков катушки вторичной обмотки. При соединении вторичной обмотки в замкнутый шестиугольник (фиг. 4) в результате согласно-последовательного соединения двух катушек, в каждом плече шестиугольника суммарная ЭДС первой гармоники обрашается в нуль (фиг. 1), что исключает появление этой ЭДС на выводах 13-18. Для получения на выходе преобразователя трехфазной ЭДС частоты 200 Гц необходимо использовать выводы шестиугольника 16:-18, при этом обмотка получается соединенной в треугольник, в каждой фазе которого две пары катушки вторичной обмотки соединены встречно-последовательно, например пара катушек 1, 7 и пара 4,10. В соответствии с фиг. 3 ЭДС четвертой гармоники каждой фазы 16,17,17,18 и 18,16 равна учетверенной ЭДС одной катушки, а в соответствии с фиг. 2 ЭДС частоты 100 Гц в каждой фазе обрашается в нуль. Таким образом, с выводов 16-18 снимается практическая синусоидальная и симметричная трехфазная ЭДС частоты 200 Гц. Для получения на выходе преобразователя трехфазной ЭДС частоты 100 Гц необходимо использовать выводы 13-15 шестиугольника, при этом обмотка получается соединенной в треугольник, в каждой фазе которого две пары катушек вторичной обмотки соединены встречно-последовательно, например, пара катушек 4,10 и пара 3,9. В соответствии с фиг. 2 ЭДС второй гармоники каждой фазы 13,14,14,15, 15 и 13 равна удвоенной геометрической сумме двух ЭДС, сдвинутых во времени на 60°, а в соответствии с фиг. 3 ЭДС четвертой гармоники соответствуюшей фазы равна удвоенной геометрической сумме двух ЭДС, сдвинутых во времени на 120°. Однако за счет того, что амплитуда индукции четвертой гармоники составляет 35% амплитуды второй гармоники, коэффициент нелинейных искажений синусоидальности кривой выходной ЭДС удвоенной частоты, снимаемой с выводов 13-15, составляет не более 40%. Так как в суммарном магнитном поле магнитопровода преобразователя одновременно и независимо друг от друга при наличии неизменного поля подмагничивания присутствуют потоки второй и четвертой гармоник, что обеспечивает наведение ЭДС второй и четвертой гармоник в каждой катушке выходной обмотки. Независимо от ее схемы соединения, то преобразователь допускает одновременное питание электропотребителей двумя уровнями повышенных частот тока. Таким образом, предлагаемая схема соединения вторичной обмотки дает положительный эффект, заключаюшийся в расширении диапазона преобразования электрической энергии.

СТАТИЧЕСКИЙ ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий пространственную стыковую симметричную магнитную систему, выполненную на двенадцати стержнях, с расположенными на каждом из них катушками первичной обмотки, образуюш.ими симметричную двенадцатифазную систему намагничиваюш,их сил, а также катушками вторичной обмотки и обмотки подмагничивания постоянным током, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона выходных частот, катушки вторичных обмоток соединены в замкнутый шестиугольник, каждое плечо которого образовано двумя согласно-последовательно соединенными катушками, размешенными на диаметрально противоположных стержнях магнитной системы, причем чередующиеся вершины шестиугольника образуют две группы трехфазных выходных выводов для питания нагрузок двумя уровнями повышенных частот тока. (О (Л 7/ ел а со со 00

5,6,9,125,дЛ2

фцг2