Ферромагнитный делитель частоты на два Советский патент 1985 года по МПК H02M5/16 

- --rf-.

-HkE

гу

00 СЛ СП

4i

00

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника электропитания потребителей переменного тока пониженной частоты, требующих стабилизации подводимого напряжения, например рельсовых цепей систем железнодорожной автоматики, и явля ется дополнительным к авТоСВ.№105006

Цель изобретения - повышение надежности работы путем расширения диапазона плавного регулирования порога возбуждения колебаний на выходе ферромагнитного делителя частоты.

На фиг о 1 изображен зскиз магнитной системы; на фиг. 2 - электрическая схема ферромагнитного делителя частоты на два; на 1шг. 3 - диаграмма режимов работы ферромагнитного делителя частоты.

Ферромагнитный делитель частоты на два содержит основной магнитопровод 1, первичную обмотку 2 и расположенную поверх нее дополнительную обмотку самоподмагничивания 3, а также вторичную обмотку 4, вентиль 5 включенный последовательно в цепь первичной обмотки, конденсатор возбуждения 6, включенный параллельно вторичной обмотке 4, а также дополнительный магнитопроврд 7 С-образной формы.

Обмотка самоподмагничивания состоит издвух секций (фиг. 2), левая из них имеет больше витков, чем правая.

Обмотки соединены между собой одноименными зажимами последовательно и -образуют с регулируемым резистором 8 параллельный контур.

Общая точка соединения концов сек ций обмотки самоподмагничивания 3 соединена с началом первичной .обмотки 2, а общая точка соединения начала секции обмотки самоподмагничивани с меньшим числом витков и резистора 8 подключена к входному выводу.

Принцип работы ферромагнитного делителя частоты основан на явлении параметрического резонанса, обусловленного периодическим изменением индуктивности вторичной обмотки. При подключении входной цепи к питающей сети и определенных параметрах схемы (величина емкости конденсатора 6, число витков обмотки 2, 3 и 4, объем стали магнитопровода 1, напряжение питания и др.) на выходе делителя частоты возникают и устойчиво поддерживаются субгармонические колебания с частотой, кратной частоте питающей сети. Индуктивность выходной обмотки изменяется вследствие периодического изменения магнитного состояния средней части магнитопровода 1. В силу упомянутого расположения обмоток напряжение с частотой питающей сети по вторичной обмотке не наводится, поскольку потоки обмоток взаимно перпендикулярны. Наиболее легко получить режим деления частоты на два, при этом необходимо первичную обмотку подключить к сети через вентиль либо обеспечить подмагничнвание сердечников постоянным током по отдельной обмотке.

В процессе работы делители частоты магнитные потоки, создаваемые в секциях обмотки 3, вычитаются, однако направление их результирующего потока совпадает с направлением потока входной обмотки2. Величиной сопротивления резистора 8 и отношением числа витков секций обмотки 3 можно легко изменять порог возбуждения выходных колебаний делителя частоты.

В принципе параллельный контур, образованный обмоткой самоподмагиичивания 3 и регулируемым резистором 8, может работать отдельно от цепи первичной обмотки 2 так, чтобы между цепями этого контура и первичной обмотки сохранялась индуктивная связь

Однако показанное на фиг. 2 включение секций обмотки самоподмагничивания и регулируемого резистора 8 в лучшей степени обеспечивает контроль исправности элементов контура, что важно для питания схем в железнодорожной автоматике. При обрыве цепи любой из обмоток последовательно с первичной обмоткой будут включены витки одной из исправных секций обмотки 3. Это приводит к тому, что порог возбуждения колебаний сместится правее порога возбуждения колебаний, кото1эьш имеет место при отсутствии в схеме делителя этого контура.

В результате при наихудших условиях, т.е. при максимальном напряжении питающей сети нacьш eниe стали уменьшается и форма кривой выходного напряжения будет более благоприятной при полном отсутствии в его спектре

ежелательных гармонических составяюищх.

Механизм регулирования порога озбуждения можно пояснить кратко ледующим образом.5

Известно, что параметрическое озбуждение колебаний зависит от глубины модуляции индуктивности контура за счет энергии внешнего источника, фазовых соотношений между то- О ком выходного контура и модулируемым параметром и др. Глубина модуляции индуктивности контура зависит, в свою очередь, от соотношения постоянной и переменной составляющих 15 входного тока.

Введение в схему делителя частоты параллельного контура из дополнительной обмо ки самоподмагничивания и регулируемого резистора, взаимодей- 20 ствующего с первичной обмоткой, приводит к тому, что изменяется соотношение между постоянной составляющей и-первой гармоникой входного тока, . Это соотношение при обычной схеме 25 включения делителя частоты при из- менении питающего напряжения остается практически постоянным.

При снижении напряжения питающей сети в предлагаемой схеме делителя . 30 частоты постоянная составляющая намагничивающего входного тока выше, чем в существующей схеме, это дает возможность путем выбора величины сопротивления и числа витков секций об- 35 мотки самоподмагничивания установить необходимое соотношение между величинами составляющих входного тока и задать определенный режим подмагничивания и порог возбуждения колебаний 40 половинной частоты.

На фиг. 3 представлена диаграмма, характеризующая режимы работы делителя частоты: зоны устойчивой генерации, ограниченная кривыми 9 или 45 10 и 11, причем кривая 10 характеризует начало генерации колебаний при отключении дополнительной обмотки самоподмагничивания, а кривая 9 |При включении этой обмотки;- воз буж- 50 дение колебаний (кривая 11) после короткого замыкания выходной цепи в режиме холостого хода (наихудший случай для ширины рабочей зоны) зона, ограниченная кривыми 9 либо 10

и 1 1 является зоной жесткого режима возбуждения колебаний5 зона, ограниченная кривьпчй 11 и 12, называется зоной перевозбуждения. Положение зон несколько зависит от величины и характера нагрузки делителей частоты.

Видно, что включение дополнительной обмотки самоподмагничивания существенно смещает порог возбуждения колебаний по оси напряжений влево и расширяет тем самым рабочую зону. Это дает возможность при прочих равных условиях (коэффициент гармоник в выходном напряжении, выходная мощность, КПД. и др.Х уменьшить объем стали дополнительных магнитопроводов и улучшить массогабаритные показатели делителя частоты.

Установлено, что эффект расшире-t ния рабочей зоны зависит от соотношения средних ампер-витков обмотки самоподмагпичивания и основной первичной обмотки. Если за критерий выбора параметров обмотки самоподмагничивания и величины регулируемого сопротивления принять с запасом (с учетом что пределы изменения питающего напряжения установлены +10%-5% U д.) ширину рабочей зоны, ограниченную пределами изменения питающего напряжения ±1,2.Unpj(,, тогда средняя величина ампер-витков обмотки самоподмагничивания 3 должна составить не менее 0,1 от средних ампер-витков подмагничивания первичной обмотки 2.

Наряду с эффектом расширения рабочей зоны делителя частоты при введении дополнительной обмотки самоподмагничивания наблюдается улучшение формы выходного напряжения, особенно в области повышенного питающего напряжения (вблизи кривой 11 на фиг. 3).

КПД несколько возрастает, а другие характеристики предлагаемого делителя частоты сохраняются на прежнем уровне или становятся предпочтительнее в сравнении с такими же характеристиками существующих делителе частоты. Обеспечение плавного регулирования порога возбуждения повышает надежность работы делителя частоты при значительных колебаниях напряжения питающей сети.

4 П(

-ff

Фие. 2

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ДЕЛИТЕЛЬ.. ЧАСТОТЫ НА ДВА по авт,св. № 1050063, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности в работе путем расширения диапазона плавного регулирования порога возбуждения колебаний, последовательно в цепь первичной обмотки включен дополнительно введенный параллельный контур, состоящий из двухсекционной обмотки самоподмагничивания, зашунтированной регулируемым резистором, причем две секции обмотки самоподмагничивания выполнены с разным числом витков, включены между собой встречно и общая точка соединения их концов подключена к началу лервкчной обмотки, а общая точка соединения конца секции обмотки самоподё магничивания с меньшим числом витков с регулируемым резистором подклюСЛ чена относительно вентиля к другому ,входному выводу для подключения пита ющей сети.