Статический умножитель частоты Советский патент 1984 года по МПК H02M5/16 

Изобретение относится к преобразо ванию переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты и может быть использовано в качестве источника питания электродвигателей и устройств автоматики. Известен статический удвоитель ча готы, содержащий подключенные к источникам переменного тока, напряжения которых сдвинуты по фазе на 90 эл. град, относительно друг друга, два выпрямительных моста, вьтолненных на диодах, при этом минусы выпрямителей соединены непосредствен но, а плюсы подключаются на нагрузку через фильтры, разделяющие постоянную и переменную составляющие выходного тока Cl J. Недостатком этого удвоителя является низкий КПД, обусловленный потерями энергии в цепях, по которым про ходит постоянная составлякнцая выпрям ленного тока, потерями энергии в реакторах (или резисторах), подключенных между плюсом и минусом выпрямительного моста. Известен также статический умножитель частоты, содержащий два выпрямителя по двухполупериодной схеме с нулевой точкой, выполненные на транзисторах и трансформаторах, первичные обмотки которых соединены последовательно и запитываются от трех фазной сети, на сердечник трансфор. матора второго вьтрямителя намотаны дополнительные вторичные обмотки, , соединенные последовательно с вторич ными обмотками трансформатора первого выпрямителя, при этом отрицательный вывод первого выпрямителя соединен с положительным выводом второго выпрямителя, отрицательный вывод которого соединен через катушку с поло жительным выводом первого выпрямителя 2 Это устройство характеризуется низким КПД, значительным отличием формы выходного на1Пряжемия от синусоидальной, связанными с тем, что при последовательном согласном соединении выпрямителей через нагрузку проходит Пульсирующий ток одного направления. Полезно используется толь ко переменная срставлякицая этого тока, а постоянная составляющая вызывает нагрев нагрузки и выпрямителей. Наиболее близким к изобретению является статический умножитель частоты, содержащий трансформатор с первичной обмоткой, соединённой с вьшодами для подклю чения трехфазной сети, двумя вторичными обмотками, каждая из которых соединена в звезду, свободные ыводы которой подключены к транзисторному вьтрямителю, собранному по нулевой схеме, и дополнительными вторйчньв4и обмотками, причем положительные выводы выпрямителей образуют выходные выводы, а их отрицательные выводы объединены Сз J. Недостатком этого устройства является ограниченная область применения. Так как транзисторы обладают свойством обратимости (т.е. способностью проводить ток в обоих направлениях при наличии сигнала управления), то в случае их применения в многофазных схемах выпрямления будет наблюдаться режим короткого замыкания при управлении транзисторами синусоидальными токами с частотой сети. Поэтому описанньй в известном устройстве принцип умножения частоты нельзя распространить путем простого копирования на случай умножения частоты в m раз (где m - целое число 3, 4 и т.д.) без решения синхронного с сетью управления транзисторами. . Цель изобретения - расширение диапазона выходных частот. Поставленная цель достигается тем, что в статическом умножителе частоты, содержащем трансформатор с первичной обмоткой, соединенной с выводами Для подключения трехфазной сети, двумя вторичными обмотками, каждая из которых соединена в звезду, свободные выгводи 1 которой подключены к транзисторному выпpямйтeJro, собранному по нулевой схеме, и дополнительными вторич ными обмотками, причем, положительные выводы выпрямителей образуют выходные ВЫВОФ1, а их отрицательные выводы объединены, вторичные обмотки трансформатора соединены в две обратные m -фазные звезды, где т 3, 4, 5..., дополнительные вторичные обмотки Соединены также в две обратные ш-фазные звезды, каждый из свободных выводов которых через дополнительно введенный диод, включенный в обратном направлении, соединен с базой соответствукщего транзистора одного из вьшрямителей, а нулевая точка каящой зведы через дополнительно введенный резистор подключена к одному из выходных выводов, причем коллектор эмиттерный переход каждого из транзисторов выпрямителей зашунтирован дополнительно введенным вспомогательным диодом, включенным в прямом направлении, а вторичная и дополнительная вторичная обмотки, принадлежащие одному выпрямителю, включены встречно относительно друг друга. Описанное выше соединение обмоток обеспечивает необходимый (по принципу действия) сдвиг по фазенапряжений На фиг. t изображена принципиальная электрическая схема умножителя (утроителя) частоты на фиг. 2 - грдфики изменения напряжений на отдельных элементах схемы. Устройство содержит два выпрямите fIЯ 1 и 2, отрицательные выводы которых объединены, а положительные вывода: подключены на нагрузку 3. Выпрямители t и 2 выполнены по нулевой схеме на трансформаторе 4, и транзисторах 5-10. Первичные обмотки 11 - 13 трансформатора 4 соеди нены в трехфазную систему и запитаны от трехфазной сети. Вторичные обмотки 14 - 16 и 17 - 19 трансформатора 4 соединены в две трехфазные звезды. На сердечнике трансформатора 4 намотаны дополнительные вторичные обмотки 20 -22 и 23 - 25, которые соединены в две трехфазные обратные звезды. Общая точка обмоток 20 - 22 через резистор 26 подключена к положительному выводу выпрямителя 1, а каждая из фаз через диоды 27 - 29 подключена к базе транзисторов 5 - 7 между эмиттером и коллектором котй1 ы подключены диоды 30 - 32. Общая точка обмоток 23 - 25 через резистор 33 подключена к положительному вьшоду выпрямителя 2, а каждая из фаз через диоды 34в - 36 подключена к базе тран зисторов 8 - 10, между эмиттером к коллектором которых подключены диоды 37 - 39. Статический умножитель частоты работает следующим образом. , Кривыми V., и Vj изображаются мгновенные значения выходных напряжеч НИИ выпрямителей 1 и 2. В связи с указанным соединением обмоток 14 - 16 и обмоток 17 - 19, мгновенные значения выходных нап1)яжений V и V2 сдвинуты по фазе на угол Ji/3. Так как минусы выпрямителей 1 и 2 объединены а плюсы подключаются на нагрузку, то напряжение на нагрузке 3 является разностью мгновенных значений напряжений V и V и может быть представлено кривой , представляющей собой переменное напряжение утроенной частоты. Так как транзисторы обладают свойством обратимости, то каждый из транзисторов 5-7 можно рассматри1зать как ключ, допускающий изменение направления движения тока через него при наличии сигнала управления. Сигналы управления снимаются с дополнительных обмотрк 5 - 7. Возможность одновременной подачи управля;ющих сигналов на два транзистора, приводящая к режиму короткого замыкания,ис ключается введением в схему резистора 26, В № фазных схемах выпрямления каждый из вентилей пропускает ток в те2л „ чение - град. Если последовательно с каждым вентилем 27 - 29 включить дополнительную нагрузку (какой являются база-эмиттерные перекоды транзисторов 5-7), то время пропускания тока увеличится и будет определяться соотношениями величин сопротивлений база-эмиттерных переходов транзисторов 5 - 7 и резистора 26. Для надежной работы необходимо, чтобы величина сопротивления резистора 26 была много больше сопротивлений база-эмиттерных переходов транзисторов 5 - 7. При активно-индуктивном характере нагрузки ток, протекакип через транзистор в обратном направлении, может вывести его в активную область. Для предотвршцения этого явления транзисторы 5 - 7 шунтируются диодами 30 32. Обратный ток в этом случае протекает через диоды и потери в транзисторах уменьшаются. Использование предлагаемого умножителя по сравнению с известными позволяет расширить применения устройства, так как описанный на примере утроителя принцип работы устройства можно распространить на случай умножения частоты в tn раз (где m целое число 3, 4, 5 и т.д.) путем простого увеличения числа фаз вьшрямлениого напряжения. При этом с изменением числа фаз выпрямленного напряжения автоматически будет измё- няться и время подачи управлякяцих напряжений на транзисторы. Следовательно, одним и тем же устройством можно умножить частоту в ff раз(где/П-гцелое число 3,4 и т.д.)путем простого переключения числа фаз.

4 //

СТАТИЧЕСКИЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ, содержащий трансформатор с первичной обмоткой, соединенной с вьшодами для подключения трехфазной сети, двумя вторичными .обмотками, каждая из которых соединена в звезду, свободные выводы которой подключены к транзисторному выпрямителю, собранному по нулевой схеме, и дополнительными вторичными обмотками, причем положительные выводы выпрямителей образуют выходные выводы, а их отрицательные -йывода объединены, о т личающийс я тем, что, с целью расширения диапазона выходных частот, вторичные обмотки трансформатора соединены в две обратныеm-фазные звезды, где i 4,5..., дополнительные вторичные обмотки соединены также в две обратныеm-фазные звезды, каждый из свободных выводов которых через дополнительно введенный диод, включенный в обратном направлении, соехдинен с базой соответствующего транзистора одного из выпрямителей, а нулевая точка каждой звезды через дополнительно введенный резистор подключена к одному из выходных выводов, причем коллектор-эмиттерный переход каждого из транзисторов выпрямителей зашунтирован дополнительно введенным вспомогательн1Л4 диодом, включенньтм в прямом направлении, а вторичная и дополнительная вторичная обмотки, принадлежащие одному выпрямителю, включены встречно относительно друг «друга.

, iz

с , 0

«,ИгЛ Л л V V V V V л V