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

1

Изобретение относится к статичес- КИМ ферромагнитным устройствам, служащим для преобразования трехфазного тока одной частоты в трехфазный ток удвоенной частоты.

Цель изобретения - уменьшение расхода активных материалов путем полного электрического совмещения функций обмотки подмагничивания с функциями выходной обмотки.

На фиг. 1 изображена схема пространственной симметричной магнитной системы с расположенными на ней одной фазой А,-Х, трехфазной входной обмотки основной частоты и одной фазой трехфазной выходной обмотки удвоенной частоты полностью электрически совмещенной с обмоткой подмагничивания постоянного тока; на фиг, 2 - схема магнитопровода с рас17оложенными на нем трехфазной входной обмоткой (входные зажимы ее обозначены А,, В, С)) основной частоты и трехфазной выходной обмоткой (выходные зажимы ее обозначены t , Bj, С ) удвоенной частоты полностью электрически совмещенной с обмоткой подмагничивания постоянного тока, выходные зажимы которой обозначены на фиг, 3 - звезды векторов магнитных потоков в стержнях магнитопровода (За - по первой гармонике, 3S - по второй гармонике, ЗЬ - по четвертой гармонике),

Трахфазный статический ферромагнитный удвоитель частоты состоит из магнитопровода, трехфазной входной обмотки основной частоты и трехфазной выходной обмотки удвоенной частоты, которая полностью электрически совмещена с обмоткой подмагничивания постоянного тока. Магнитопровод выполнен одноярусным пространственным, симметричным, состоящим из двенадцати стержней, верхнего и нижнего торцовых ярм (фиг. 2). Соотношение сечений любого стержня и любого ярма составляет 0,518 при равенстве первы гармоник магнитных индукций в них. Каждая фаза (например, А,-Х,) входной обмотки основной частоты состоит из двух одинаковых встречно соеди- ненных и расположенных диаметрально противоположно групп катушек, включающих по три встречно-последовательно соединенных и размещенных на трех смежных стержнях катушки, соотношени числа витков которых, составляет , :

1277318

Wj : W 1 : -f : ) (фиг. 1). Каждая фаза выходной обмотки удвоенной частоты, полностью электрически совмещенной с обмоткой подмагничивания постоянного тока, состоит из четырех

катущек W

01

соединенных в две па

5

0

5

0

5

0

5

0

5

раллельные ветви со стороны выходных зажимов трехфазного напряжения удвоенной частоты (например, со стороны выходного зажима A,j на фиг. 1), а со стороны входных зажимов посто янного тока эти четьфе катушки соединены последовательно в пределах каждой фазы (фиг. 1). Питание предложенного удвоителя часто ть осуществляется путем присоединения зажимов А, В(, С, входной обмотки к сети трехфазного напряжения основной (например, промышленной) частоты и путем подключения зажимов 0 обмотки подмагничивания, которая злектричес-, ки полностью совмещена с трехфазной выходной обмоткой удвоенной частоты, к источнику постоянного тока (фиг.2).

Стержни имеют порядковые номера от 1 до 12. В каждом обозначении вектора магнитного потока на фиг, 3 (например, g ) надстроечный индекс соответствует порядку гармоники (1, 2 или 4), а подстроечный индекс - номеру стерл;ня, в котором действует вектор магнитного потока.

Работа предложенного удвоителя частоты основана на совместном действии в магнитопрОЕОде магнитодвижущей силы (МДС), созданной обмоткой подмагничивания с постоянным током, которая полностью электрически совмещена с трехфазной выходной обмоткой удвоенной частоты. При указанном совместном действии МДС переменного тока и МДС постоянного тока вследствие нелинейности кривЬй намагничивания стали магнитопровода результирующее магнитное поле несинусоидальное и кривая магнитного поля оказывается несимметричной относительно оси абсцисс, на которой откладываются значения временной координаты OJ, t, вьфаженной в угловых единицах, где tJ, - угловая частота первой (основной) гармоники тока, протекающего во входной обмотке. Следовательно, магнитное поле содержит весь спектр временных четных и нечетных гармонических составляющих, кратЯых основной частоте. Из высших гармоник магнитного поля наибольщую

3

амплитуду имеет вторая, которая обусловливает напряжение удвоенной частоты на выходных зажимах А, В, С, вторичной трехфазной обмотки (фиг. 2) К входным зажимам трехфазной обмотки основной частоты и к выходньм зажимам переменного тока удвоенной частоты совмещенной обмотки могут быть подключены конденсаторы поперечно- продольной компенсации. .

На выходных зажимах А, В, Cj трехфазной обмотки удвоенной частоты полностью электрически совмещенной с обмоткой подмагничивания постоянного тока, отсутствуют высшие по отношению к второй гармонические составляющие напряжения (исключение составляет лишь десятая гармоника напряжения амплитуда которой невелика).

В линейном токе, протекающем в фазах трехфазной входной обмотки основной частоты, отсутствуют четные и нечетные гармонические спектры (исключе- ние составляют лишь одиннадцатая и три- надцатая гармоники тока, амплитуды которых невелики).

Трехфазная входная обмотка основной частоты создает симметричную двенадцатифазную звезду векторов ВДС стержней, причем МДС каждого четного стержня создана током фазы одной катушки с большим числом витков Wg, а МДС каждого нечетного стержня создана токами двух фаз, протекающих в двух катушках с меньшим числом витко W в каждом (Wg : W,M : 1) и расположенных концентрически соосно на данном нечетном стержне (фиг. 2). Обусловленная этими МДС симметричная двенадцатилучевая звезда первых гар- МОНИК магнитных потоков стержней показана на фиг. За. Так как первые гармоники магнитного потока в соседних стержнях смещены на 150 , то первая гармоника магнитного потока, действунщая в малом участке ярма и замыкающем в магнитном отношении соседние стержни, составляет 0,518 от первой гармоники магнитного потока стержня, что позволяет при равенстве первых гармоник магнитной индукции в любом сечении любого стержня и в любом сечении любого ярма, во столько же раз уменьшить поперечное сечение ярма по сравнению с сечением стержня

Катушки каждой фазы выходной трехфазной обмотки удвоенной частоты, Полностью электрически совмещенной

5 О

Q

5

3184

с обмоткой подмагничивания, находятся на стержнях, смещенных впространстве на 90 . HanpHNfep, катушки фазы А расположены на 1, 4, 7, 10 стержнях (фиг. 1 или 2), первые гармоники магнитного потока в которых сдвинуты во . времени на 90 (фиг. За). Следовательно, в каждой параллельной ветви фазы выходной обмотки удвоенной частоты не индуктируется первая гармоника ЭДС. Этот вывод полностью справедлив и для всех нечетных гармони- - ческих ЭДС, кратных основной (входной) частоте. На фиг. Зй показана симметричная двенадцатилучевая звезда вторых гармоник магнитных потоков стержней, составленная с учетом того, что в каждой паре соседних стержней ЩС FQ постоянного тока сдвинуты на 180 (фиг. 2). При сопоставлении фиг. ЗБ и фиг. 1 или 2 видно, что вторая гармоника ЭДС полностью вьще- ляется на выходных зажимах A/j, 62 Cj выходной трехфазной обмотки, удвоенной частоты, которая электрически полностью совмещена с обмоткой подмагничивания постоянного тока. На фиг. 3fc показана симметричная двенадцатилучевая звезда четвертых гармоник магнитного потока стержней. При сопоставлении фиг. 3& и фиг. 1 или 2 видно,- что четвертая гармоника ЭДС действует в пределах параллельных ветвей фаз трехфазной выходной обмотки удвоенной частоты, электрически полностью совмещенной с обмоткой подмагничивания, и не проявляется на выходных зажимах А, В,, С (длины векторов 1, 2 и 4 гармоник магнитного потока, показанных на фиг. За, S,b, приняты произвольно, без взаимной согласованности модулей векторов этих гармоник, так как это несущественно с точки зрения выполненного анализа).

Уменьшение веса активных материалов и снижения потерь мощности в них достигнуто за счет полного электрического совмещения трехфазной выходной обмотки удвоенной частоты и обмотки подмагничивания постоянного тока. Действительно, действующее значение тока в совмещенной обмотке предложенного удвоителя частоты определяется как корень квадратный из суммы квадратов действующего значения переменного тока и постоянного тока подмагничивания. Следовательно, при

5

прочих равных условиях, сечение првода совмещенной обмотки предложенного удвоителя частоты существенно уменьшено, также существенно меньш и вес совмещенной обмотки и радиал ный размер катушки каждого стержня совмещенной обмотки. Последнее обуловливает уменьшение расхода электтехнической стали на ярма предложеного удвоителя частоты. Уменьшение расхода активных материалов в предложенном удвоителе частоты сопровождается и уменьшением потерь мощности в нем.

Формула изобретения

Трехфазный статический ферромагнитный удвоитель частоты, содержащий пространственный симметричный две- надцатистержневой магнитопровод, на разных стержнях которого расположены катушки трехфазной входной обмотки основной частоты, образующие симметричную двенадцатифазную систему нитодвижущих сил, а также расположенные на тех же стержнях концентрически соосно катушки обмотки подмаг- ничивания постоянного тока по одной на каждом стержне, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью уменьшения расхода активных материалов путем полного электрического совмещения функций обмотки подмагничивани с функциями выходной обмотки, обмот- ка подмагничивания постоянного тока выполнена из шести групп катушек, каждая из которых состоит из двух, катушек, сдвинутых на 180 и соединенных непосредственно своими разноименными зажимами последовательно и согласно, каждые две такие группы катушек взаимно смещены на 90°, соединены между собой Двумя свободными треходноименными зажимами последовательно и встречно, образуя одну из трех параллельных ветвей обмотки подмагничивания, и их общая точка соединения образует один из трех выходных выводов, три свободных зажима трех катушек, сдвинутых между собой на 60 , каждая из которых соответствует, началу одной из трех параллельных ветвей обмотки подмагничивания соединены между собой, три свободных одноименных зажима трех дру- гих катушек, сдвинутых между собой также на 60°„ из которых каждая соответствует концу одной из тех же трех параллельных ветвей обмотки подмагничивания, также соединены между собой, и полученные таким образом две общие точки соединения катушек образуют входные зажимы обмотки подмагничивания для подключения источника постоянного тока, причем обе катушки каждой группы катушек обмотки подмагничивания расположены по одной на каждом из двух диаметрально противоположных стержнях, обе группы катушек каждой из трех параллельных ветвей обмотки подмагничивания расположены на двух парах взаимно смещенных на 90° стержней, а три параллельные ветви обмотки подмагничивания расположены на трех группах взаимно смещенных на 60° стержней, на четыре стержня в каждой группе.

ь

Вермее

гторцовое

/« ярмо

Нижнее торирвое

Я1}МО

Фиг.2

Изобретение относится к области электротехники и может быть исполь- .зовано для питания электропотребителей, напряжением повьгазенной частоты. Цель изобретения - уменьшение расAI хода активных материалов, снижение потерь мощности и улучшение формы выходного напряжения. Устройство содержит магнитопровод, состоящий из стержней 1-12 и двух торцовых кольцевых ярм. На каждом стержне расположены одна катушка W или две катушки W трехфазной входной обмотки основной частоты и катушка ° мотки постоянного тока, электрически полностью совмещенной с трехфазной выходной обмоткой удвоенной частоты. Благодаря определенному расположению катушек обмоток на стержнях магнито- провода и совмещению функций обмотки подмагничивания с функциями выходной обмотки на входных зажимах обмотки подмагничивания исключаются переменные напряжения любых частот, кратных основной частоте, а с выхода совмещенной обмотки снимается трехфазная симметричная система практически синусоидальных напряжений удвоенной частоты. Этим достигается поставленная цель. 3 ил. i (Л ю 00 X)

«V

Фиг.З

Редактор Н. Швыдкая

Составитель Л. Устинкина

Техред Л.Олейник Корректор О. Луговая

Тираж 631

6756/53

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. Д/5

Под

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Подписное