Трансформаторно- ключевой преобразователь частоты Советский патент 1987 года по МПК H02M5/27 

ватель 12 и распределитель импуль- с.ов 1 1 подается сигнал с выхода нуль-индикатора 13 входного напряжения. Обмотки 4 и 5 включены между собой последовательно-встречно. Две вторичные обмотки 8 и 9 находятся на

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в спецэлектрометаллургии (установки перемешивания металлического расплава в вакуумных печах), электроприводе и устройствах автоматики.

Целью изобретения является повышение надежности за счет снижения коммутационных перенапряжений на элементах преобразователя и уменьшения влияния на питающую сеть.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - диаграммы работы устройства.

Трансформаторно-ключевой преобра,- зователь частоты состоит из трех- стержневого магнитопровода 1, управляемых ключей 2 и 3, подключенных параллельно двум первичным обмоткам 4 и 5. Одни концы этих обмоток образуют входные вьшоды 6 преобраэовате- пя, а другие концы подключены к третьей первичной обмотке 7, которая с обмотками 4 и 5 включена согласно. Вторичные обмотки 8 и 9 включены согласно и последовательно с нагрузкой 10. Ключи 2 и 3 управляются от распределителя 11 импульсов, длительность импульсов iзадается формирователем 12, а их частота - тактовым сигналом нуль-индикатора 13 входного напряжения. Распределитель 11 импульсов состоит из инвертора 14 триггера со счетным входом 15 и четырех схем 2И 16 - 19. В качестве управляемых ключей 2 и 3 могут быть применены, например, транзисторы или тиристоры. Нуль-индикатор 13 мог жет быть построен, например, на интегральном операционном усилителе

боковых стержнях и включены согласно-последовательно с нагрузкой. Деле- йие частоты происходит путем непре- рьшного суммирования противофазных, напряжений на вторичных обмотках. 1 з.п.ф-лы. 2 ил.

с, соответствующими цепями, коррекции, работающем в режиме компаратора по переходу входного напряжения через нуль. Формирователь 12 строится по

принципу укорочения импульсов.

На фиг.2 изображены временные диаграммы: 20 - входного напряжения сети, 21 - напряжения на выходе нуль-индикатора:,. 22 - напряжения на

выходе формирователя, 23 - напряжения управления на ключе 2, 24 - напряжения на вторичной обмотке 9, 25 - напряжения .управления на ключе 3 , 26 - напряжения на вторичной

обмотке 8, 27 - выходного напряжения.

Устройство ра ботает следующим образом.

При разомкнутых ключах 2 и 3

(когда сигнал управления отсутствует) вследствие указанного соединения первичных обмоток 4,5 и 7, а также равенства чисел витков обмоток 4 и 5 и вторичных обмоток 8 и 9 напряжение на нагрузке 10 равно нулю. При включении системы управления на выходе нуль-индикатора 13 формируются импульсы, передний и задний фронты которых совпадают с моментами перехода вход. ным напряжением сети нулевого уровня (диаграмма 21). С выхода нуль-индикатора 13 эти импульсы поступают на вход формирователя 12, которьш формирует узкие импульсы с частотой,

равной частоте входного напряжения (диаграмма 22). Выходные импульсы формирователя 12 управляют работой распределителя 11, выходные сигналы которого (диаграммы 23 и 25) пода

ются на управляющие входы ключей 2 и 3 и поочередно коммутируют их. Длительность выходных импульсов 23 и

25 распределителя 11 равна периоду входного напряжения. При замыкании, например, ключа 2 (ключ 3 разомкнут) управляющим сигналом 23 напряжение на вторичной обмотке 8 близко нулю (диаграмма 24), а на вторичной обмотке 9 присутствует напряжение, определяемое коэффициентом трансформации между первичными обмотками 5 и 7 и вторичной обмоткой 9 (диаграмма 26). На следующем цикле, когда вьрсодной импульс распределителя подан на управляющий вход ключа 3 (диаграмма 25), напряжение на вто-. ричной обмотке 9 близко нулю, а на обмотке 8 имеется напряжение, определяемое коэффициентом трансформации между обмотками 4 и 7 и обмоткой 8. Причем напряжение на одной вторичной обмотке на данном цикле замкнутого состояния соответствующего ключа противоположно по фазе напряжению на другой вторичной обмотке на последующем цикле .(диаграммы 24 на обмотках 8,26 и 9) .Суммирова-- ние напряжений на вторичных обмотках 8 и 9 дает кривую выходного напряжения (диаграмма 27).

Особенность описанного преобразо- вателя, обеспечивающая положительный эффект, заключается в том, что исходя из необходимого коэффициента трансформации суммарное число вит- кой средней (третьей) и соответствующей крайней обмоток ( W или W ) остается равным числу витков соответствующей первичной /управляющей обмотки известного трансформатора. Вместе с тем индуктивность коммутируемых первичных обмоток уменьшена по сравнению с вариантом силовой части по схеме известного трансформатора, когда коммутируются полные первичные обмотки крайних стержней. Количественно з мень- шение коммутируемой индуктивности мо- ет быть оценено из следующего усовия:

К LI- №J.)-.RM

Ч RM

(, Y

() (1-ьк)%

L - индуктивность управляющей

(первичной) обмотки извест- ного трансформатора;

15

20

25

30

35

LH - индуктивность управляющей обмотки (секции) предлагаемого устройства; V R и R - магнитные сопротивления для соответствующих обмоток, причем Кд, R || ; W - число витков средней обмотки.

10 Таким образом,коэффициент уменьшения индуктивности коммутируемой о0- мотки, равный

4 где К -- w; W, W,

зависит от соотношения между числом витков средней и крайней обмоток, что и определяет повьш1ение надежности и облегчение работы узла коммутации за счет снижения скачков напряжения на зажимах размыкающейся управляющей обмотки.

Заметим, что перераспределять витки управляющей обмотки с крайнего . стержня на средний, т.е.изменять коэффициент К, имеет смысл в пределах К 0+1, так при К I не- определенно возрастает ток ключа и становится соизмеримым с током нагрузки.

Наряду с указанным положительным эффектом разделение первичной обмот-. ки трансформатора на две крайние и среднюю позволяет уменьшить параметры рассеяния, которые определяют быстродействие трансформаторно-ключевых структур, уменьшающих искажающее 40 влияние устройства на питающую

сеть. Снижение параметров рассеяния повьшает также входной коэффициент . мощности, что следует из рассмотрения схемы замещения трансформатора. Кро- 45 ме того, уменьшаются габариты трансформатора и достигается экономия меди, так число витков обмоток на крайних стержнях уменьшается на величину W, а добавляется только од- Q на средняя секция с таким же количеством витков, которая является составной частью первичной обмотки на каждом цикле работы делителя.

5 Формула изобретения

1 . Грансформаторно-ключевой преобразователь частоты, содержащий трех- стержневой магнитопровсед с расположенными на крайних его стержнях ; двумя первыми концами встречно связанными первичными обмотками, вторые концы которьк образуют входные вьшо:- ды преобразователя, причем каждая из обмоток зашунтирована управляемым ключом переменного тока, и с двумя согласно включенными одними концами и расположенными на тех же крайних стержнях вторичными обмотками, другие концы которых образуют выходные вьшоды преобразователя, а также блок управления в виде последовательно связанных между собой задат- чика частоты и распределителя импульсов, выходами связанного с-управляющими входами указанных ключей переменного тока, отличаю

и и с я

тем, что, с целью повыше0

5

ния надежности за счет снижения коммутационных перенапряжений на элементах преобразователя и уменьшения влияния на питающую сеть, он снабжен третьей первичной обмоткой, включенной между указанными первыми концами двух первичных обмоток,

2. Преобразователь по п.1, о т - ли чающийся тем, что для обеспечения режима; деления частоты сети в целое число раз задатчик частоты содержит посследовательно включенные нуль-индикатор входного напряжения, входом подключенный к входным выводам .преобразователя, и формирователь импульсов.

Изобретение относится к преобразовательной технике, и м.б. использовано для электромагнитного перемешивания металлического расплава в электронно-лучевой вакуумной технологии, а также в электроприводе и устройствах автоматики. Целью является повышение надежности за счет снижения коммутационных перенапряжений и уменьшения влияния на питающую сеть.Устр-во содержит управляемые ключи 2 и 3, подключенные к двум первичным обмоткам 4 и 5. Третья обмотка 7 включена согласно с обмот ками 4 и 5. Обмотки размещены соответственно на крайних и среднем стержнях трехстержневого магнитопро- вода 1. Обмотки 4 и 5 периодически замыкаются ключами 2 и 3, на управляющие входы которых через формиро(Л со Oi О5 со

21 П 23

II

1L

IL

JL

Л

3

2Ц

25

26

27

А

Составитель Г.Мыцык Редактор Н.Лазаренко Техред М.Ходанич Корректор И.Муска

Заказ 6301/55 Тираж 659 Подписное- ВНИИПИ Государственного комитата СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

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

Фаз. 2