Трехфазный статический ферромагнитный умножитель частоты Советский патент 1986 года по МПК H02M5/16 

«1272424

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания электропотребителей двумя уровнями повьппенных частот тока, например электродви- 5 ной частоты, которая электрически гателей различного назначения. Цель изобретения - расширение фун кциональных возможностей путем получения ДВУХ выходных систем трехфаз.ных напряжений соответственно уд военной и утроенной частот. На фиг. 1 изображена схема пространственной симметричной магнитной системы с расположенными на ней одной фазой трехфазной входной обмотки основной частоты, одной фазой трехфазной выходной обмотки удвоенной частоты и одной фазой трехфазной выходной обмотки утроенной частоты, которая полностью электрически совмещена с обмоткой подмагни ивания постоянного тока; на фиг. 2 - схема магнитопровода с расположенными на нем трехфазной входной обмоткой основной частоты (входные зажимы AI, В( и Cj), трехфазной выходной обмоткой удвоенной частоты (выходные зажимы А, Bg и Сг) и трехфазной выходной обмоткой утроенной частоты (выходные зажимы Aj, Bj и Cj)5 которая полностью электрически совмещена с обмоткой подмаг11ичивания постоянного тока (входные зажи- мы последней 0, 0 ; на фиг. 3 звезды векторов первой (а), второй (б) и третьей (в) гармоник магнитного потока и векторная диаграмма (г) магнитных потоков и двух учас тков ярма магнитопровода, которые соответствуют двум парам соседних стержней 1, 2 и 1. 9. В каждом обозначении вектора магнитного потока (например,Ф,., ) надстрочный индекс соответствует порядку гармоники U,2 или 3;, первый под строчньй индекссоответствует порядковому номеру стержня, в котором дей ствует данньй вектор магнитного пото ка, а второй - порядковому номеру по лустержня данного стержня, fj, f, f. - соответственно основная частота входного напряжения, удвоенная частота выходного напряжения и утроенна частота выходного напряжения, F нулевая частота обмотки подмагничива НИН постоянным током. Трехфазньй статический ферромагнитный умножитель частоты состоит из

магнитспровода, трехфазной входной обмотки основной частоты, трехфазной выходной обмотки удвоенной частоты и трехфазной выходной обмотки утроенполностью совмещена с обмоткой подмагничивания постоянного тока. Магнитопровод вьтолнен симметричным пространственным, состоящим из девяти стержней 1-9, причем каждый стержень состоит из двух одинаковых полустержней 1.1 и 1.2, а также верхнего 10 и нижнего 1 торцовых ярм (фиг. I). Отнощение сечения любого ярма 10 или И к сечешпо любого стержня составляет 0,5077 при равенстве первых гармоник магнитных индукций в стержне и ярме (фиг. 3j). Калрая фаза (например, фаза AJ-XJ) входной обмотки основной частоты состоит из пяти встречно соединенных катушек, каждая из них охватывает один из пяти рядом расположенных стержней, а соотношение чисел витков катушек фазы составляет W : : Wg : W,;- : W. 0,395:0,743:1:0,743:0,395 (фиг. I). Фазы входной обмотки соединены в звезду (фиг. 2). Каждая фаза (например, фаза ) выходной обмотки удвоенной частоты состоит из шести катушек W, , казадая из них охватывает один из полустержней, например, 1.1, 1.2, 5.1, 5.2, 6.1 и 6.2 трех стержней, например, 1,5 и 6 (фиг. 1). Каждые две катушки V, расположенные на двух полустержнях, например, 1.1 и 1.2 одного стержня, например, 1 соединены между собой встречно, а две пары катушек W, , расположенные на стержнях 1 и 5, соединены между собой встречио, и две пары катушек Wj, расположенные на стержнях 5 и 6, соединены между собой согласно (фиг. 1). Фазы выходной об„„ „ удвоенной сГеданТныв звезду (фиг. 2). Каждая фаза (например, фаза -Oj, ) выходной обмотки утроенной частоты, полностью электрически совмещенной с обмоткой подмагничивания постоянного тока, состоит из шести катушек W , каждая из них охватьшает один из полустержней, например, 1.1, 1.2, 4.1, 4.2, 7.1, 7.2 трех стержней, например 1,4 и 7 (фиг. 1). Катушки , расположенные на полустержнях 1.1, 4.1 и 7.1, соединяются между собой последовательно и согласно и составляют первую параллел ную ветвь фазы выходной обмот ки устроенной частоты; катушки WQ,, расположенные на полустержнях 1.2, 4.2 и 7.2, соединяются между собой также последовательно и согласно и составляют вторую параллельную ветв А,-О, фазы этой обмотки (фиг. 1).0б J Z ветви соединяются параллельные так образуется фаза А встречно и Три фазы выходной обмотки у роенной частоты соединяются в две звезды с выведенными нулевыми точка 2 (фиг. 2). К точкам подключается источник постоянного тока и со стороны входных зажимов выходная обмотка утроенной частоты является обмоткой подмагничивания постоянного тока (фиг. 2), причем п следняя необходима для генерации спектра четных гармоник магнитного поля, т.е. для реализации режима уд воения частоты. Работа трехфазного статического ферромагнитного умножителя частоты основана на совместном действии в магнитопроводе магнитодвижущей силы (МДС), созданной входной трехфазной обмоткой с током основной частоты, и ЩС F (фиг. 2), созданной обмоткой подмагничивания с постоянным током, которая полностью электрически совмещена с трехфазной выходной обмоткой утроенной частоты. При указанном совместном действии МДС. переменного тока основной частоты и МДС постоянного тока, вследствие нелинейности кривой намагничивания стали магнитопровода умножителя частоты, кривая результирукщего магнитного поля изменяется несимметрично в функции вре мени. Следовательно, магнитное поле кроме первой гармоники (фиг. За) содержит весь спектр высших четных и нечетных временных гармоник магнит ного поля. Из высших гармоник поля наибольшздо амплитуду имеют вторая (фиг. 36) и третья (фиг. ЗЬ) гармони кн, которые обусловливают напряжения {удвоенной и и утроенной U частот на зажимах А,, В, и С, и на залшмах 12 , 2 2. (фиг. 2). В, и С, Предлагаемый умножитель частоты допускает реализацию режимов удвоения и утроения частоты как при после довательном во времени, так и при одновременном подключении электропотребителей к вторичным обмоткам уд военной и утроенной частот. Дпя реализации режима удвоения частоты можно использовать вторичную обмотку утроенной частоты. С этой целью вьшрямленное напряжение утроенной частоты следует подвести к зажимам обмотки подмагничивания (фиг. 2). К зажимам первичной трехфазной обмотки основной частоты и к зажимам переменного тока вторичных трехфазных обмоток удвоенной и утроенной частот могут быть подключены конденсаторы поперечно-продольной компенсации. Входная обмотка основной частоты и вькодная обмотка утроенной частоты, которая полностью электрически совмещена с обмоткой подмагничивания по стоянного тока, взаимно неиндуктивны не только по основной, удвоенной, утроенной и нулевой частотам, но и практически по всему спектру других высших гармоник магнитного поля. Ниже приведены результаты гармонического анализа, иллюстрирующие отсутствие индуктивных связей соответствующих гармоник магнитного поля с обмотками предлагаемого умножителя частоты. Входная трехфазная обмотка ос;Новной частоты. Так как с одной стороны четные гармоники магнитного поля действуют в двух полустержнях каждого стержня в противофазе (фиг. Зу, на фиг.2 направление НДС F,, созданной по- стоянным током подмагничивания), а с другой стороны каждая катушка входной обмотки охватывает два полустержня одного стержня, то в катушках входной обмотки не индуктируется ЭДС частоты 2kfi , где f j - основная частота и k 1,2,3... Так как векторы первой гармоники магнитного потока в соседних стерж- нях магнитопровода смещены по фазе на 160° (фиг. ) и в соответствии со схемой соединения катушек фазы входной обмотки, соотношением чисел витков катушек фазы этой обмотки, а также соединением фаз в звезду в токе, протекающем в фазах входной обмотки, не содержится высших гармоник порядков 6k±l, где k 1,2,3,..., и высших гармоник порядков 3k, где k 1,3,... Таким образом ток, протекающий в азах входной обмотки, имеет синусоидальную форму. Выходная трехфазная обмотка удвоенной частоты. За счет встречного соединения дву катушек, расположенных по одной на двух полустержнях каждого стержня (фиг. 1), в каждой паре катушек выходной обмотки удвоенной частоты не индуктируется ЭДС нечетными гармониками магнитного поля порядков 2k-lj где k 1,2,3,... Коэффициент распределения по второй гармонике выходной обмотки удвоенной частоты составляет 0,96, т.е. вторая гармоника магнитного поля (фиг. 3(5) практически полностью выделяется данной обмоткой. Коэффициент распределения по четвертой, гармонике выходной обмотки удвоенной частоты составляет 0,177, а так как амплитуда четвертой гармоники магнитного поля (фиг. ЗЬ) составляет примерно 0,35 амплитуды вто рой гармоники поля, то содержание четвертой гармоники магнитного поля в кривой напряжения удвоенной частоты, снимаемого с зажимов А Bj и С (фиг. 2), составляет не более 6% что находится в пределах требования соответствующего ГОСТа. Другие высшие четные гармоники магнитного поля (6,8,10...) или вообще не обусловли вают ЭДС на зажимах А, В2 и С или значение этой ЭДС пренебрежимо мало Выходная трехфазная обмотка утроенной частоты (полностью электрически совмещенная с обмоткой подмагничивания постоянного тока). За счет встречного включения па.раллельных ветвей фаз четные гармоники магнитного поля порядков 2k, где k 1,2,3... не обусловливают ЭДС на зажимах А,, В, и С, (фиг.- 1 3 И 2). Коэффициент распределения по.тре тьей гармонике выходной обмотки утроенной частоть составляет 1,0, т.е третья гармоника магнитного поля (фиг. ЗЬ) полностью вьщеляется данной обмоткой. За счет взаимного сдвига ЗДС на 120, индуктированных первой гармоникой магнитного поля и гармоника ми порядков 6kt1, где k 1,2,3,... в трех катушках каждой параллельной ветви каждой фазы, в параллельных ветвях фаз не индуктируются резуль.тирующие ЭДС указанными гармониками поля (фиг. 1 и 3 о). Обмотка подмагничивания постояного тока (полностью электрически овмещенная с выходно трехфазной об откой утроенной частоты). Вследствие сш-п-1етрии параллельных ветвей каждой фазы выходной обмотки утроенной частоты на зажимах 0, и 0 обмотки подмагничивания (фиг. 1 и 2) не индуктируются ЭДС гармониками порядков 2k и 2k-I, где k 1,2,3... При соблюдении предлагаемой конструкции трехфазного статического ферромагнитного умножителя частоты с выходных обмоток его снимаются две трехфазные системы напряжений соотBeTfcTBeHHo удвоенной и утроенной частот. Формула изобретения Трехфазный статический ферромагнитный умножитель частоты, содержащий пространственный симметричный магнитопровод, выполненный из девяти стержней с.расположенными на каждом из них катушками первичной обмотки основной частоты, образующий симметричную девятифазную систему магнитодвижущих сил, а также катушки вторичной трехфазной обмотки утроенной частоты, отличающийся тем, что с целью расширения функциональных возможностей путем получения двух выходных систем трехфазных напряженки соответственно удвоенной и утроенной частот, дополнительно введена трехфазная вторичная обмотка удвоенной частоты, а вторичная трехфазная.обмотка утроенной частоты электрически полностью совмещена с обмоткой подмагничивания постоянным ТОКОМ, причем каждая фаза вторичной обмотки удвоенной частоты состоит из трех пар катушек, встречно соединенных между собой в каждой паре, две смежные пары этих катушек фазы соединены встречно, а другие смежные две пары катушек фазы соединены согласно, каждая фаза совмещенной вторичной трехфазной обмотки утроенной частоты состоит из шести катушек, эти обмотки всех фаз соединены в двойную звезду с выведенными нулевыми точками, образующими входные зажимы постоянного тока, каждый стержень магнитопровода разделен по его длине на два одинаковых полустержня, каждая катушка обеих вторичных обмоток охватывает

712724248

один из соответствующих полустержней провода, взаимно сдвинутых на 160 магнитопровода, причем две пары кату- а две пары катушек каждой фазы этой шек каждой фазы вторичной обмотки уд- обмоткиj соединенные согласно, расвоенной частоты, соединенные встреч- положены на стержнях, взаимно сдвино, расположены на стержнях магнито- 5 нутьк на 40°.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника питания с выходными токами повышенной частоты. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. Умножитель частоты содержит магнитопровод, состоящий из стержней 1-9, каждый из которых разделен нд два одинаковых полустержня, и двух торцовых кольцевых ярм 10, 11; На каждом стержне расположены одна катушка W или две катушки Wfp и W первичной обмотки основной частоты На каждом полустержне расположены катушка Wj вторичной обмотки удвоенной частоты и катушка W вторичной обмотки утрбенной частоты, электрически полностью совмещенной с обмоткой подмагничивания постоянного тока. Причем две пары катушек каждой фазы вторичной обмотки удвоенной частоты соединены между собой встречно и расположены на стержнях магнитопровода, взаимно сдвинутых на 160°. Две пары катушек каждой фазы этой же обмотки, i соединенные между собой согласно, расположены на стержнях магнитопрово(Л да, взаимно сдвинутых на 40°. Введение обмотки удвоенной частоты и злектрическое совмещение обмотки подмагничивания постоянным током с обмоткой утроенной частоты и указанное расположение катушек обмоток обеспечивают получение двух систем трехфазных симto .метричньк синусоидальных напряжений to соответственно удвоенной и утроенной частот. 3 ил. 4 to 4::