ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ МНОГОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Советский патент 1970 года по МПК H02M5/16 

Пзвестен делитель частоты многофазного напряжевия, содержащий многофазные трансформаторы с первилными и вторичными обмотками, распределенными на различных ферромагнитных кернах, и диоды. Однако такой делитель не обеспечивает работу в широком диапазоне частот.

Предлагаемый делитель частоты отличается от известного тем, что в нем керны образуют два многофазных симметричных трансформаторных магнитопровода, причем каждая из вторичных обмоток лервого трансформатора соединена через диоды с двумя первичными обмотками второго транофор-матора, расположенными на противоположных кернах магнитопровода, а каждая из первичных обмоток второго трансформатора распределена на двух соседних кернах магнитопровода по ходу вращения вектора магнитного поля.

Такое выполнение делителя обеспечивает щирокополосное деление частоты, например, на два.

На чертел е представлена принципиальная схема описываемого делителя частоты.

Делитель состоит из двух многофазных трансформаторов / и 2 и шести полупроводвиковых диодов 3-8. Первичная обмотка трансформатора 1 подключается к исходному источнику трехфазного тока, а вторичная обмотка трансформатора 2 является выходной. Первичная щестиполюсная симметричная обмотка трансформатора 2, состоящая из обмоток 9-М, насаженных на связанный шестиполюсный магнитопровод 15, соединена через диоды с вторичной обмоткой трансформатора 1, состоящей из трех симметричных обмоток 1б-18, насаженных на магнитосвязанный сердечник 19.

В основу работы делителя положен принцип деления скорости вращен1ия магнитного поля в трансформаторе 2 на целое число, в данном случае на два. Действительно, если скорость вращения магнитного поля трансформатора 2 1вдвое ниже скорости вращения магнитного поля в трансформаторе 1, то на входе делителя частота многофазного напряжевия вдвое выще частоты выходного многофазного сигнала. Для понижения вдвое скорости вращения поля в трансформаторе 2 используются диоды 3-8, попарно коммутирующие каждую из трех обмоток 16-18 трансформатора / на соответствующие две оппозитные обмотки 9 и 12, /О и 7, // и 14 трансформатора 2. Кроме того, в качестве магнитного материала магнитопровода 15 используется материал с нелинейной характеристикой намагничивавия, а обмотки 9-14 распределены на щести кернах магнитопровода 15 так, что каждая из обмоток наложена «а два 3 смежных керка по ходу вращения магнитного поля в трансформаторе 2. Если в начальный момент времени наябольщий положительный потенциал возвикает на конце обмотки 6, то диоды 5 и 5 являются проводящими, и по обмоткам 9 и 12 протекает ток. Направление магнитного поля в кернах магнитопровода 15, на которых наложены обмотки 9 и 12, противоположно. Так как обмотки 9-14 строго идентичны и симметричны, то результирующий магнитный поток в магнитопроводе (для соответствующих его кернов в данный момент времени) равен нулю. При этом в обмотках 9 и 12 протекает ток большой величины, так как вследствие магнитной связи кернов магнитопровода в соответствующих обмотках практ1ически не возникает тротиео-э.д.с. Большая авеличина тока в обмотках 9 и /2 способствует возникновению нелинейного режима намагничивания сердечника (для соответствующих его кернов). Такое же положение имеет место и через /3 периода для обмоток 10 и 13, когда проводящими являются диоды 4 W. 7 (при питании от обмотки 17), а также через 2/з периода, когда проводящими являются диоды 5 и S (при питании обмоток // и 14 от обмотки 18). Таким образом, результирующее матеитное поле в течение (всего периода в магнитопроводе 15 равно нулю в случае, если достигнута полная симметрия электрических и магнитных характеристик первичной цепи траноформатора 2, несмотря на то, что в обмотках 9-14 в соответствующие моменты времени протекает ток значительной величины. При этом во вторичной обмотке трансформатора 2 вообще не индуцируется никакого сигнала (выходное напряжение отсутствует). При внесении неоднородности в магнитное поле, т. е. изменении в начальный момент времени величины магнитного поля внещним воздействием вблизи обмотки 9 (внесение внешнего поля кратковременно, т. е. намного меньше периода гармонического колебания, действующего на входе устройства), соответствующие керны магнитопровода /5 обладают некоторым постоянным (однонаправленным) намагничиванием. Направление внешнего магнитного поля неоднородности для одной из составляющих магнитного поля, наведенного током в обмотках 9 и 12, является совпадающим, а для другой - противоположным. Для определенности напряжение, наведенное внещним магнитным полем неоднородности, совпадает по направлению с током, протекающим в обмотке 9. Тогда магнитное поле, вознИКающее в керне, связанном с обмоткой 12, противоположно по направлению внешнему полю неоднородности. При этом реактивное сопротивление обмоток Р и 72 различно: реактивное сопротивление обмотки 9 меньще реактивного сопротивления обмотк1и 12. Вследствие этого велич1ина тока в обмотке 9 больще величины тока в обмотке 12. Это, в свою очередь, вызывает дополнительное постоянное 4 намагничивание сердечника, совпадающее по направлению с направлением внешнего поля неоднородности, что также способствует увеличению разности токов, протекающих в обмотках 9 и 12. Если бы анещнее поле было бы противоположным указанному, то наоборот ток в обмотке 12 был бы существенно больще, чем ток в обмотке 9. Такая оистема эквивалентна биста.бильному элементу, причем величина внешнего поля неоднородности может быть неболЫшой. Так1им образом, внесение поля «еоднородности приводит к образованию ситуации с перераспределенными токами в соответствующех парах обмотак (9 и 12, 10 и 13, 11 и 14 в определенные (чередующиеся) моменты времени. При этом вектор результирующего магнитного поля отличен от нуля, Динамика процесса деления такова, что в начальный момент времени вектор результирующего магнитного поля вертикален (совпадает с направлением внещиего поля неоднородности или, что то же, направлен вертикально вверх от точки соединения всех обмоток 9-14 при расположении магнитопровода 15 указанном на чертеже). Через 7з периода входного колебания питающая обмот а 17 обеспечивает протекание тока в обмотках 10 и 13. При этом возникает аналогачная ситуация, но внещним полем неоднородности является то магнитное ноле, которое образуется от протекания тока вобмотке 9 - второй ее части, наложенной на керн, расположенный под углом 60° по часовой стрелке отнооительно вертикального керна. Таким образом, через /з периода входного колебания результирующее магнитное поле характеризуется вектором, повернутым относительно -вертикального (первоначального) по ходу часовой стрелки на 60°. При этом вектор магнитного поля в трансформаторе / повернут под углом 120° по отнощению к вертикальному исходному вектору по ходу часовой стрелки. Еще через 7з периода, т. е. через 2/3 периода, считая от начала, результирующий вектор магнитного поля в трансформаторе 2 повертывается на угол 120° по ходу часовой стрелки, в то время как вектор магнитного поля в трансформаторе / - на угол 240°. Также в качестве внешнего поля неоднородности для системы кернов, повернутых ца угол 120° отнооительно вертикальных кернов, выступает поле, образованное током во второй части обмотки 10, .наложенной на керн, повераутый под углом 120°. Через период входного колебания внещнее поле неоднородности (остаточное поле), занимая вертикальное положение, но противоположное первоначальному направлению, приводит к тому, что питающая обмотка 16 обеспечивает наличие токов в обмотках 9 и 12, но теперь уже ток в обмотке 12 существенно превосходит ток в Обмотке 9, так что результирующий вектор магнитного поля в трансформаторе 2 занимает положение, характеризуемое сдвигом (поворотом) на 180° 5 по отношению к первоначальному положению. вектора этого поля. В дальнейшем процесс аналогичен, т. е. в течение второго периода входного колебания вектор результирующего магнитного поля в трансформаторе 2 повер-5 тывается по ходу часовой стрелки еще на 180°. Через два полных периода входного колебаВИЯ магнитное состояние магнитопровода 15 приблизительно такое же, как в начальный момент вре-мени, но с той существенной раз-ю нИЦей, что внешнего магнитного поля неоднородности теперь не требуется. Его заменяет остаточное магнитное лоле, возникшее от протекания тока в обмотке 14 - второй ее части, наложенной на вертикальный керн15 магнитопровода 15. Таким образом, в то время, как вектор магнитного поля в трансформаторе / совершает два лолных оборота (что соответствует двум периодам входного колебания), вектор20 (результ1ирующий) магнитного поля в трансформаторе 2 совершает только один полный оборот (что соответствует одному периоду колебания в составе выходного сигнала). Следовательно, делитель осуществляет деление25 частоты входного напряжения на два. Первоначально принято, что существует строгая симметрия электрических и магнитных параметров первичной цепи трансформатора 2. Поэтому для запуска работы устрой-30 ства требуется внешнее (импульсное) магнитное поле рассогласования (неоднородности), так как в силу расчленения обмоток 9-14 на две лоловины, каждая из которых наложена на два смежных керна магнитолровода 15 по35 ходу часовой стрелки, в устройстве автоматически и поочередно образуется лоле неоднородности, что обеспечивает упорядоченное вращение вектора результирующего магнитного поля трансформатора 2 в одном направ-40 лвнии. Однако в реальных устройствах всегда имеют место различные неоднородноспи, приводящйе к асимметрии величин возникающих магнитных полей в оппозитно расположенных кернах магнитопровода (при протекания то-45 ка в соответствующих обмотках). Поэтому исчезает лотребность в возбуждении в начальный момент времени внешнего магнитного поля неоднородности. При такой коммутации обмоток трансформаторов направ-50 ление вращения вектора магнитного поля в трансформаторе 1 должно быть обязательно по ходу часовой стрелки, что выбирается соответствующим подключением лолюсов лервичной обмотки трансформатора 1 к источнику55 трехфазного тока. К. п. д. предлагаемого делителя недостаточно высок. Увеличение к.л.д. достигается применением магнитного материала магнитопровода 15, обладающего нелинейной кривой на-||-бо магничивания (например, пермаллоя). Для у увеличения к.л.д. делителя необходимо обес6по которым в рассматриваемые моменты времени (лоочередно) протекает ток, что определяется в основном магнитными свойствами применяемого для магнитопровода материала, а также правильным расчетом обмоток трансформаторов. Несмотря на то, что в обмотках 16-/5 трансформатора 1 протекает всегда только пульсирующий ток, еердечиик 19 не имеет постоянного намагничивания, и работа трансформатора 7 происходит точно так же, как если бы во вторичной обмотке трансформатора У протекал бы .переменный ток. Широкополосность делителя определяется широкололосностью применяемых в нем трансформаторов 1 я 2 я может быть достаточно большой, В тех случаях, когда необходимо осуществить деление частоты на три, первичная обмотка должна состоять из девяти оимметричных обмоток. При этом в схеме .применяются также девять диодов, объединенных в три тройки, каждая из которых своим входом соединена с одной из трех Обмоток вторичной цепи трансформатора 1, а тремя выходами - с тремя симметрично (под углом 120°) раслоложенными обмотками первичной цепи (девятиполюсной) трансформатора 2. При делении с коэффициентом деления п, где , 3, 4 ...-целое число, необходимо иметь диодов и -л-лолюсную первичную обмотку трансформатора 2. Отдельные делители Могут объединяться в последовательный ряд для увеличения коэффициента деления, Применение описываемого дедителя частоты разнообразно. Папример, в технике связи по радио сокращение объема передаваемой информации может быть обеспечено сокращением полосы частот для данного информационного канала (налример, в связной телефонии). Деление частоты модулирующих колебаний в передающем канале системы связи эквивалентно сокращению в соответствующее число раз объема передаваемой информации. В настоящее время для деления частоты модулирующих колебаний применяются весьма сложные и громоздкие устройства, часто весьма критичные к настройке. На приемной станции осуществляется обратное преобразование частоты модулирующих колебаний - умножение частоты в то же число раз, во сколько модулирующая частота была поделена в передающем канале системы связи. Кроме сокращения объема информации системы связи при этом достигается скрытность связи: при приеме такой информации на обычный приемник (без умножителя частоты) выходной сигнал существенно отличается от создающего его оригинала,

.Предмет изобретения

Делитель частоты многофазного нанряжекия, содержащий многофазные трансформаторы с первичными и вторичными обмотками, распределенными на различных ферромагнитных кериах, и диоды, отличающийся тем, что, с целью обеспечения широкополооного деления частоты, например, на два, в нем керны образуют два многофазных симметричных

трансформаторных магнитопровода, причем каждая из вторичных обмоток первого трансформатора соединена через диоды с двумя п-ервич.ными обмотками второго трансформатора, расположенными на противоположных кернах магнитопровода, а каждая из первичных обмоток второго трансформатора распределена на двух соседних кернах магнитопровода ло ходу вращения вектора магнитного поля.

-16

17/