Ферромагнитный учетверитель частоты Советский патент 1984 года по МПК H02M5/16 

IS9

00

со 4 со

1 . 1

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям, и может быть использова но в качестве источника питания потребителей тока частотой 200 Гц электроприводов ручного инструмента, деревообрабатывающих станков, центри фуг, кроме того, оно может найти пpи /eнeниe для питания индукционнньк установок, при электроимпульсной обработке металлов.

Известен ряд ферромагнитных учетверителей частоты, принцип действия которых основан на вьщелении гармонических составляющих из питающего напряжения при насыщении сердечников ферромагнитных элементов ll.

Недостатком этих устройств явля|отся плохие массогабаритные показатели. Коэффициент использования активных материалов для этого типа умножителей составляет по отношению к обычным трансформаторам 0,35-0,4. Недостаток вызван тем, что каждый из сердечников передает энергию нагрузке только в течение 1/4 части периода входной частоты (в течение одного периода выходной частоты из четьфех)

Известен также стабилизированный умножитель частоты, содержащий трехстержневой трансформатор с расположенными на его стержнях первичными, вторичными обмотками и обмотками самоподмагничивания постоянным током и током четвертой гармоники, причем :первичные обмотки присоединены к выходам двухполупериодных неуправляемых вьтрямителей, а намагничивание сердечников постоянной составляймцей токов компенсируется самоподмагничиванием постоянным током 2. ; В ВЫХОДНОМ напряжении выпрямителей наиболее явно вьфажены постоянная составляющая и вторая гармоника, поэтому для выделения четвертой гармоники и компенсации постоянной составляющей требуется значительная мощность, что ухудшает энергетические показатели устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фер роиагнитный учетверитель частоты, содержащий ферромагнитный элемент с расположенными на его мат нитопроводе первичными и соединенными с выходными выводами вторичными обмотками, а также обмоткой подмагничнваиия постоянным токой и обмоткой самоподмагничивания током четвертой гярмо283492

НИКИ, замкнутой на. конденсатор, и две пары входных, выводов для подключения двух источников питания, выходные напряжения которых сдвинуты J относительно друг друга на 90 зл. град. 3j .

Недостатком известного устройства являются плохие массогабаритные показатели, обусловленные наличием 10 четырех стержней магнитопровода и значительного количества обмоток, а также пользованием в качестве нелинейных элементов дросселей насыщения и тем, что каждый из сердечников 15 передает энергию нагрузке в течение 1/4 части периода входной частоты.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается 20 тем, что в ферромагнитном учетверителе частоты, содержащем ферромагнитный с расположенными на его магнитопроводе первичными и соединенными с выходными выводами вто25 ричными обмотками а также обмоткой подмагничиванйя постоянным Током и обмоткой самоподмагничивания током четвертой гармоники, замкн той на конденсатор, и две пары входных выводов для подключения двух источников питания, выходные напряжения которых сдвинуты одно относительно другого на 90 эл.град., указанные обмотки расположены на одном сердечнике магнитопровода и введены два

5 управляемых мостовых выпрямителя, вход каждого из которых соединен с одной из пар входных выводов, а выход - с одной из первичных обмоток, включенных с одинаковой полярностью. На чертеже приведена принципиальная схема ферромагнитного учетверителя частоты.

Ферромагнитный учетверитель часто ты состоит из двух управляемых мос товых выпрямителей 1 и 2, входы ко торых соединены с входными выводами для подключения двух источников переменного напряжения, а выходы в одинаковой полярности присоединены

0 к первичным обмоткам 3 и 4, расположенным на сердечнике ферромагнитного элемента 5, на котором также расположены обмотка 6 поомагничивания постоянным током, имеющая полярность,

5 противоположную полярности первичных обмоток, обмотка 7 самоподмагничивания током четпертой гармоники, замкнутая на конденсатор 8, и выходная обмотка 9, соединенная с выходными выводами. Выходные напряжения указанных источников сдвинуты на 90 эл.град. Устройство работает следующим образом. Известно, что в кривой выходного напряжения выпрямителей всегда содер жатся гармонические составляющие, величина которых зависит от угла управления выпрямителем, а порядок от числа пульсаций. Гармонический состав напряжения, приложенного к первичным обмоткам ферромагнитного умножителя частоты,определяется формулой nco cj-Ц; -Чn -OcosV.; .где р 4 - число пульсаций; .п 1,2 - порядковый номер гармоники (при Р 4 четвертой гармонике соответствует П 1)i И, - угол управления вьшрямителем, отсчитываемый от момента естественной ком мутации неуправляемого вентиля, который сдвинут по фазе от момента перехода через нуль соот ветствующего напряжения на 45 (при числе пульса ций Р ). Ферромагнитный элемент всегда обладает индуктивностью, поэтому в первичных обмотках возникает ЭДС самоиндукции, действующее значение которой на xoлocтo ходу равно действукнцему значению прямого приложенног напряжения. При возрастании активной составляющей тока в первичных обмотках (при нагрузке) ЭДС самоиндукции уменьшается. Постоянная составляющая тока в первичных обмотках вызывает вынужденное намагничивание сердечника, которое компейсируется действием потока постоянного намагничивания от обмотки 5. Действие этого потока под держивает ЭДС самоиндукции, которая и при нагруженном ферромагнитном учетверителе частоты равна ЭДС самоиндукции холостого хода. Четвёртая гармоника потока в ферромагнитном элементе дополнительно усиливается благодаря наличию контура самоподмагничивания: обмотка 7 - конденсатор 8, в результате выходное напряжение изменяется с частотой, в четыре раза превышающей входную частоту, и имеет .форму, близкую к синусоидальнойПри питании от трехфазной сети любое фазное напряжение сдвинуто по фазе относительно линейного, образованного двумя другими фазами, на угол 90°, следовательно линейное изменяется по закону косинуса и дополнительных источников питания не требуется. Из зависимости (1) следует, что наиболее эффективное учетверение частоты обеспечивается при угле управления сС 90 , для регулирования величины выходного напряжения от нуля до максимума необходимо изменять угол управления в пределах 135 5 90 , Уменьщение угла управ ления менее 90° нецелесообразно с энергетической точки зрения. При однофазном исполнении йеобхо димо ограничивать наводимую в обмот- ке подмагничивания постоянным током переменную ЭДС, например, с помощью дросселя, В трехфазном исполнении при последовательном соединении обмоток подмагничивания ЭДС взаимоуничтожаются. Таким , предлагаемое устройство имеет более простую конструк цию (при условии использования стандартньлх выпрямительных устройств) и более высокий коэффициент полезного действия при использовании обычных трансформаторных сталей, поскольку в этом случае прямое сопротивление вентилей значительно меньше сопротивления обмоток насыщенного ферромагнитного элемента, а также обеспечивает резкое уменьшение веса активных материалов и числа последовательно соединенных обмоток и тем саьвлм улуч шает технико-экономические показатели.

COSlJt

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ УЧЕТВЕРИТЕЛЬ . ЧАСТОТЫ, содержарщй ферромагнитный элемент с расположенными на его магнитопроводе первичными и соединенными с выходными выводами вторичнымиобмотками, а также обмоткой подмагничивания постоянным током и обмоткой рамоподмагничивания током четвертой гармоники, замкнутой на конденсатор, и две пары входных выводов для подключения двух источников питания, выходные напряжения которых сдвинуты одно относительно другого на .90 эл. град., о тличающийс я тем, что, с целью улучшения .массогабаритных показателей, указанные обмотки расположены на одном сердечнике магнитопровода и введены два управляемых мостовьрс выпрямителя, вход каждого из которых соединен с одной из пар входных выводов, а вы- . ход - с одной из первичных обмоток, включенных с одинаковой полярностью.