Преобразователь постоянного напряжения в @ -фазное на основе эффекта Холла Советский патент 1991 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении инверторов централизованного типа.

Цель изобретения - расширение области применения и упрощение преобразователя.

На фиг.1 схематически показано устройство блока одной фазы полупроводникового преобразователя (без электрических соединений); на фиг.2 - схема электрических соединений трехфазного полупроводникового преобразователя; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие процессы в преобразовате.ле; на фиг.4 - векторные диаграммы.

пл-фазный преобразователь содержит m идентичных фазных блоков (на фиг.2 ). Фазный блок на фиг.1 содержит полупроводниковую пластину 1 с секционированными электродами 2 на боковых поверхностях, подключенную через электроды 3 на торцах к источнику постоянного тока и размещенную в зазоре между парами полюсов магни- топровода 4 магнитной системы. Собственная обмотка 5 возбуждения (СОВ) и обмотка 6 связи (ОС), охватывающие маг- нитопровод4, выполнены из отдельных секций (секции показаны на фиг.1 одинаковыми). В m-фазном варианте (фиг.2) секции, охватывающие разные магнитопро- воды, соединены последовательно и подключены к секционированным электродам, а нагрузка подключена к отдельным нагрузочным обмоткам 7, охватывающим каждый из m магнитопроводов.

Самовозбуждение и работа преобразователя на фиг.2 объясняются следующим образом.

Активный элемент 1 Холла (фиг.2), по которому через электроды на торцах 3 протекает продольный ток от приложенного извне напряжения, находится в магнитном поле собственной обмотки 6 возбуждения, подключенный к электродам на боковых сторонах 2. Описанная система является неустойчивой.

При случайном возникновении поперечного тока, протекающего через собственную обмотку возбуждения, созданное им магнитное поле увеличивает этот ток, в результате происходит усиление магнитного поля, дальнейшее увеличение тока и т.д. Рост поперечного тока приводит к появлению и росту продольной электродвижущей силы, препятствующей протеканию продольного тока, который уменьшается по сравнению с начальным значением.

Пренебрегая падением напряжения на активном сопротивлении обмоток, включенных в цепь поперечного тока, можно показать, что установившееся состояние достигается, когда отношение плотностей поперечного тока к продольному будет равно В-Х, где В - индукция магнитного поля, X - коэффициент Холла материала активного элемента. Можно показать, что величина продольного тока в этом случае не зависит от приложенного напряжения. От величины

0 напряжения, приложенного к продольной цепи, зависит сам факт самовозбуждения (существует минимальное напряжение для самовозбуждения) и величина поперечного тока.

5 Процесс самовозбуждения развивается при определенном направлении продольного тока (включении обмотки, создающей магнитное поле), но направление, в котором этот процесс развивается, определяется

0 только начальным возмущением, т.е. направление, в котором протекает установившийся поперечный ток. может быть любым. Соответственно с этим любое направление может иметь магнитное поле.

5 На фиг.2, где изображена схема электрических соединений преобразователя, видно, что поперечный ток любой фазы (в дальнейшем просто ток фазы), обтекая собственную обмотку возбуждения, обтека0 ет и обмотку связи другой фазы.

Однако рост тока другой фазы происходит не одновременно с ростом магнитного поля, созданного обмоткой связи, а с некоторым запаздыванием, которое обьясняет5 ся наличием индуктивности в цепи поперечного тока.

Поскольку хотя бы одна из фаз индуктивного преобразователя находится в состоянии возбуждения, величина

0 продольного тока постоянна, а величина поперечного тока определяется продольным напряжением этой фазы. Суммарное продольное напряжение на всех фазах постоянно, поэтому рост тока любой из фаз

5 вызывает падение напряжения на остальных фазах.

Таким образом, случайно возникший в фазе А ток вызовет в ней переходный процесс, который приведет к росту тока в ней

0 самой и падению напряжения на остальных фазах. Развивающийся с некоторым запаздыванием процесс в фазе В дает старт развитию процесса в фазе С. Продольное напряжение фазы В растет, следовательно,

5 напряжение на фазах А начинает уменьшаться, магнитное поле фазы А оказывается слишком большим для уменьшенного напряжения, ток начинает уменьшаться и процесс в фазе А начинает идти в обратную сторону. Затем максимального значения достигает ток фазы В, а рост тока фазы С приводит к падению напряжения на фазе В и дает старт росту тока фазы А и т.д.

Приводимые на фиг.З и 4 графики иллюстрируют описанный процесс.

Обозначения на фиг.З: ФА. Фв. Фс - потоки (индукции) магнитного поля в зазоре магнитопроводов фаз А, В, С соответственно эти потоки определяются суммой намагничивающих поперечных сил токов в собственной обмотке возбуждения и обмотке связи ) , IYB ,IYC -поперечные (холловские) токи в фазах А, В. С соответственно; UXA , UXB . Uxc продольные напряжения на активных элементах фаз А, В, С соответственно (эти напряжения определяются произведением поперечного тока и индукции в каждой фазе, в связи с чем частота продольных напряжений является удвоенной по сравнению с частотой токов; сумма этих напряжений в установившемся режиме постоянна).

Существуют предельные значения индуктивности нагрузки, которые зависят от величины тока нагрузки и соотношения чисел витков в обмотках возбуждения. При увеличении индуктивности нагрузки происходит снижение напряжения, что уменьшает активную мощность. Это обстоятельство иллюстрируется векторной диаграммой токов, ЭДС и намагничивающих сил, приведенной на фиг.4, где обозначено: FA, FC - намагничивающие силы фазы А, создаваемые собственной обмоткой возбуждения и обмоткой связи соответственно; FNI и FN2 намагничивающие силы, создаваемые током нагрузки IN при cos p и cos (рг соответственно; Ело - электродвижущая сила фазы А в режиме холостого хода; Ui и U2 - напряжения на нагрузке при первом и втором значении коэффициента мощности нагрузки.

Развитие колебаний возможно при определенном значении приложенного постоянного напряжения и определенных значениях активных и индуктивных сопротивлениях цепей. Благодаря идентичности блоков временной сдвиг между магнитными потоками и всеми одноименными переменными блоков различных фаз одинаков, как одинаковы и амплитуды этих переменных.

Предлагаемый преобразователь по сравнению с известным имеет меньший вес

(за счет отсутствия трансформатора), а за счет постоянного наличия цепи между секционированными электродами на боковых сторонах полупроводниковой пластины, обеспечивается работа в более широком нагруэочном, что расширяет область применения преобразователя.

Формула изобретения Преобразователь постоянного напряжения в m-фазное на основе эффекта Холла,

содержащий m элементов Холла в виде полупроводниковых пластин с секционированными электродами на первой паре противолежащих боковых сторон и с электродами на второй паре боковых сторон,

предназначенными для подключения их к источнику постоянного напряжения через последовательное соединение всех пластин, а также m магнитных систем, каждая с двумя обмотками возбуждения и с магнитным зазором, в котором размещена одна из пластин, причем обмотки возбуждения соседних магнитных систем связаны последовательно,образуязамкнутую электромагнитную систему, отличающийс я тем, что, с целью расширения области применения и упрощения, обмотки возбуждения выполнены из отдельных секций, секции этих обмоток, принадлежащие соседним маг- нитопроводам, соединены последовательно

и подключены к одной из пэр электродов, расположенных на первой паре боковых сторон соответствующей пластины, выходная обмотка каждой фазы размещена на соответствующем магнитопроооде.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью изобрете- ния является расширение области применения и упрощение устройства. I образователь в трехфазном варианте содержит три элемента Холла в виде трех полупроводниковых пластин 1. На первой паре противолежащих боковых сторон размещены секционированные электроды 2, а на второй паре боковых сторон размещены электроды 3, которые через последовательное соединение всех пластин подключают к источнику постоянного напряжения. Пластины 1 размещены в магнитных зазорах трех магнитных систем А. В, С, на которых расположены секционированные обмотки 5 и 6 возбуждения и выходные обмотки 7. Секции обмоток возбуждения соседних магнитных систем соединены последовательно и подключены к одной паре секционированных электродов 2. Преобразователь обладает свойством самовозбуждения. 4 ил. « Ё О ел 00 OJ

l/

///7 Л

ез.0

Фиг 4