Однофазный удвоитель частоты Советский патент 1978 года по МПК H02M5/16 

1

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям частоты и числа фаз и может быть использованс, например, в электроприводе, в выпрямительных устройствах источников питания радио и электронной аппаратуре и других устройствах автоматики.

Известны удвоители частоты, выполненные на двухсердечниковвм дросселе насьпцения, с обми-гягами, подключенными к источни ку питания }ll,2l . Известен также однофазный удвоитель частоты, который содержит вентили, силовой ключ со схемой управления и нелинейный дроссель на двух сердечниках с обмотками, соединенными с источником питания .

Известное устройство обладает широкими функлиональными возможностями, поскольку работоспособно как при активной, так и при активно-индуктивной нагрузках, обеспечивая симметричное выходное напряжение.

Недостатком,известного удвоителя частоты является то, что при нагрузке с активным характером и при работе на выпрямитель силовая цепь и схема управления излишне усложнены. Это связано с тем, что ОЛЯ управления двумя силовыми ключами, подключенными параллельно обмоткам, схема управления содержит синхронизатор, широтно-импульсиыЛ модулятор и распределитель импульсов.

С целью стабилизации выходного напряжения и упрощения удвоителя частоты w выходным выводам источника питания подключены вентили, образующие совместно с обмотками нелинейного дросселя мост, в диагональ которого включен силовой ключ, а схема управления выполнена в виде последовательно соединенных вспомогательного ключа и ограничительного резистора и включена между общей точкой спеаинения вентилей и источником питания через вспомогательный диод, причем цепь управления вспомогатель ного ключа связана с одним из выводов схемы управления через последовательно включенные переключающий диод и датчик тока нагрузки. Вспомогательный диод ооецинен с нулевым выводом источника питания, например, трансформатора. 3 качестве ключей могут VHcnonbSOBaTbся транзисторы или тиристоры с принудитель ной коммутацией. На фиг. 1 и 2 приведены варианты схемы мостового удвоителя частоты, на фиг. 3 и 4 удвоителя частоты, соединенного по яиффе- ре«циальной.(нулевой) схеме на транзисторах и тиристорах с принудительной коммутацией, соответственно; на фиг. 5 - временные диаграммы, поясняющие приншш их работы. Удвоитель частоты (фиг, 1-4) содержит нелинейный дроссель ца сердечниках 1 и 2 с обмотками 3 и 4, которые подключены; к источнику питания 5, например, к питающей сети или к трансформатору. Вентили 6 и 7 подключенные к источнику питания 5,. образуют совместно с обмотками 3 и 4 нелинейного дросселя мост, в диагональ которо го включен силовой ключ 8, соединенный со схемой упраеления 9. Послеаняя выполнена виде последовательно соединенных ограни читального резистора, Ю и вспомогатель; кого ключа 11, управл$поший электртд крторого соединен с переключающим диодом 12 и датчиком тока 13. В качестве датчика тока 13 использован трансформатор тока, первячвая обмотка которого включена после довательно с нагрузкой 14. При включении полуобмоток 3-1, 3-2 (обмотка З) и 4-1, 4-2 (обмотка 4) по мостовой схеме вводятся вспомогательные вентили 15 и 16 (фиг. 1, 2), образующие совместно с вентилями 6 и 7 выпрямительный мост, в диагональ которого включены схема управления 9. Если удвоитель выполнен по дифференциальной (нулевой) схеме (фиг. 3, 4), то схема управления включается между общей точкой соединения вентилей 6 и 7 и одним из вспомогательных вентилей, соединенным с нулевым выводом источ ника питания 5,- например, вторичных обмоток трансформатора. Датчик тока 13 введен последовательно с переключающим диодом 12 так, что образует положительную обратную связь по току Ключи 8 и 11 работают в противофазе, т.о. когда один замкнут - другой разомкнут и, наоборот. В схемах удвоителей на транзисторах (смГ фиг. 1, 3) это обеспечивается подключением базы силовогх транзистора к коллек тору вспомогательного ключа 11, а для удвоителей на тиристорах (см.. фиг. 2, 4) подключением коммутирующего конденсатора 17, соединенного параллельно с силовым ключом 8 и схемой управления 9 и коммутирующего дросселя 18, включенного последовательно со схемой -управления 9. При этом управляющий переход силового ключа 8 подключен к импульсному датчику 19перехода напряжения источника питания 5 через ноль. Датчик 19 синхронизиро- . ван с источником питания 5 либо отдельной обмоткой, либо вспомогательным трансформатором (см. фиг. 2,4). Рассмотрим принцип действия удвоителя, приведенного на фиг. 3. В положительный полупериод напряжения 20сети (полярность показана без скобок) открывается Управляющий переход ключа 8 по цепи; источник 5 - вентиль ti - эмиттербаза транзистора 8 - резистор 1О - вентиль 16 - источник 5 (сеть). Ключ 8 замыкается и по контуру: сеть -диод 6 -эмиттер-коллектор транзистора 8 - датчик тока 13 - нагрузка 14 - обмотка 3-2 на сердечнике 1 - сеть, начинает протекать ток, при этом вспомогательный ключ 11 разомкнут, поскольку заперт переключающий диод динйстор 12. В предыдущий полупериод сердечник 1 был насыщен и при смене полярности напряжения 2О сети он должен«,бы выходить из насьпдення. Однако, из-за того, что с момента полуобмотка 3-1 закорочена ключом 8, индукция в нем практически не изменяется и он остается насьцценным. Падение напряжения на обмотке 3 будет равно нулю (кривая 21), а к нагрузке 14 и к обмотке 4 на сердечнике 2 прикладывается напряжение 20 (кривые 22,2 3). В момент З- пробнваетсй ДИНЙСТОР 12, замыкается вспомогательный клкв 11, а ключ 8 размыкается. При этом напряжение 22 на нагрузке 14 становится равным нулю, а на обмотках 3 и 4 нелинейного дро селя оно рбшнр половине напряжения 20 сети (на фиг. 5 - кривые 21, 23). Сердечник 1 начинает размагничиваться (кривая 24), а сердечник 2 продолжает намагничиваться и насьпца ется при (кривая 25). Паде--ние напряжения на обмотке 4 будет равно нулю (кривая 23), а на нагрузке 14 и обмотке 3 напряжению 20 сети (см, фиг. 5 кривые 22, 21). Ток нагрузки меняет направление, протекая через полуобмотку 4-2, датчик тока 13, нагрузку 14 и полуобмотку 4-1. Естественно, что полярность выходного напряжения 22 меняется, хотя полярность напряжения 20 сети остается неизменной в течение этого полупериода. Во втором полупериоде (полярность показана в скобках) процессы протекают аналогично, но теперь функцию сердечника 1 вьшолняет сердечник 2, вентилей: 6 и 16 - вентили 7, 17. Работа схецы (фиг. 2) не отличается от рассмотренной (на фиг. 1). Разница состоит лшиь в том, что при перемагничивании к обмоткам 3 и 4 дросселя насьппения приклады- Ейется двойное напряжение 2О (суммарное со вторичных обмоток трансформатора 5). Отличие в работе удвоителей частоты на тиристорных ключах (фиг. 3, 4) г акпк чается в том, что в начале каждого полупериода импульсы с датчика 19 при переходе напряжения питающей сети через нуль отпирается силовой тиристор 8, при этом коммутирующий конденсатор 17 заряжается полярностью показанной на фиг. 3 без скобок, по цепи: -сеть - вентиль 6(7)тиристор 8 - дроссель 18 - вентиль 16(15 сеть. В момент Л сА. пробивается динист 12 и отпирается вспомогательный клкп 11 а силовой тиристор 8 запирается. При этом конденсатор 17 начинает разряжаться по контуру: обкладка - датчик тока 13 - нагрузка - полуобмотка 3-2 - сеть - вентиль 6 - ключ 11 - резистор Ю - обкладка и заряжается обратной полярностью. После перезаряда конденсатора 17 сердечник 1 начинает размагничиваться, а сердечник 2 продолжает намагничиваться и насьпцается при Л - Jb (см. фиг. 5). В это время конденсатор 17, заряженный по- лярностью, приведенной на фиг. 3 в скобках, начинает разряжаться через дроссель 18, вентиль 16 (15), сеть, полуобмотку 4-2(3-2), нагрузку 14 и датчик тока 13, а вспомогательный ключ 11 запирается. В начале следующего полупериода конденсатор 17 вновь заряжается полярностью, показанной без скобок. Из вышеописанного видно, что динистор будет пробиваться при вполне определенной амплитуде напряжения, что приводит к изменению угла коммутации ключей А,- c, при колебании входного напряжения. Если и меняется ток или входное напряжение, то динистор пробивается раньше или позже, тем самым обеспечивая стабилизацию выходного напряжения 22. Поскольку датчик тока нагрузки обеспечивает положительную обратную связь по току, то выходное напря жение будет поддерживаться более точно и нагрузочная характеристика получится более жесткой. Включение нагрузки через выпрямитель обеспечивает Хорошие энергетические, показатели устройства, снижает мощность установленного оборудования. Процессы в сердечниках 1, 2 удвоителя частоты протекают независимо от нагрузки угла насыщения сердечника ., fi (fi lt-ti-dl) однозначно определяются углами коммутации ct, выходное напряжение синфазно с сетевым.. Таким образом, описываемый однофазный удвоитель частоты гораздо проще известных и является одновременно параметрическим стабилизатором напряжения как с выходом на переменном, так и на постоянном токе и может быть изготовлен на любые мощности. р м у л,а изобретения 1.Однофазный удвоитель частоты, содержащий вентили, силовой ключ со схемой управления и нелинейный дроссель на двух сердечниках с обмотками, соединенными с источником питания, отлнчающийс я тем, что, с целью стабилизации выходного напряжения и упрощения, к выходным выводам источника питания подключены вентили, образующие совместно с обмотками нелинейного дросселя мост, в диагональ которого включен силовой ключ, а схема управления выполнена в В1ще последовательно соединенных вспомогательного ключа и ограничительного резистора и включена между общей точкой соединения вентилей и источником питания через вспомогательный диод, причем цепь управления всопомогательного ключа связана с одним из выводов схемы управления через последовательно, включенные переключающий диод и датчик тока нагрузки. 2.Однофазный удвоитель частоты по п.1, отличающийся тем, что вспомогатапьный диод соединен с нулевым выходом источника питания, например, трансформатора. Исаочники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР кл. Н О2 М 5/16, N 296157, 1971. 2.Авторское св1щетельство № 458935, кл. Н 01 F 21/00, 1975. 3.Авторское i свидетельство СССР № 484609, кл. Н О2 М 5/16, 1975 г.

/

Риг.1

г /vv

«-2

з-г

Фиу.З

р1а.л

v .

гг

/

I я

/

ЛЧ

.

4

/,

X

г

VN

w