Ферромагнитный преобразователь частоты Советский патент 1980 года по МПК H02M5/16 

1

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может быть использовано в качества источника питания электропотребителей повышенной частоты тока в строитель- 5 стве, лесоразработках, сельском хозяйстве, например для стрижки овец, и т.д.

Известен умножитель частоты, содержащий многообмоточные трансфор- Ю маторы. Этот умножитель частоты насыщают входным напряжением, поляризуют постоянным током и сгилоподмагничивают токами выходной частоты и высшей гармоники нулевой последовательности.i5 На сердечниках умножителя частоты расположены входные обмотки, соединенные попарно-последовательно, выходные обмотки и обмотки самоподмагничивания, каждая фаза которых пред- -20 ставляет несколько последовательно соединенных обмоток. Кроме того, имеются обмотки подмагничивания или поляризации постоянным током, которые имеют схему последовательного 25 соединения.

В связи с тем, что выходная Обмотка умножителя частоты состой из нескольких последовательно соединенных обмоток, она имеет большое внут- 30

реннее индуктивное сопротивление. Для компенсации этого сопротивления осуществляют самоподмагничивание током выходной частоты с помощью . дополнительной обмотки самоподмагничивания. Однако наличие дазполни тельной обмотки увеличивает вес ферромагнитной части умножителя частоты. Протекающий же ток сг1моподмагничиванйя по этой обмотке создает дополнительные потери мощности, что уменьшает коэффициент полезного действия умножителя частоты.

Известен также ферромагнитный преобразователь частоты, являююийся прототипом изобретения и содержащий конденсаторы и трансформаторы/ на сердечнике каждого из KOTOJMJX расположены входные обмотки, подключенные попарно последовательно-встречно по входным выводам, обмотки подмагничивания постоянным током, включенные последовательно-согласно, и выходные обмотки 2.

Однако в связи с тем, что выходные обмотки этого умножителя частоты соединены параллельно, между ними протекают уравнительные токи, которые приводят к снижению выходной мощносг ти, что, в свою очередь, уменьшает ког|ффициент полезного действия. Наличие уравнительных токов требует дополнительного увеличения сечения обмоточных проводов и поэтому приво дит к увеличению веса ферромагнитной чафти умножителя частоты. Целью иэобретания является улучшение массо-габаритных показателей, преобразователя и повышение его КПД. ;Указанная цель достигается тем, чт( в ферромагнитном преобразовател чафтоты, содержащем конденсаторы и трансформаторы, на сердечнике каждого из которых расположены входные обМотки, подключенные попарно последойательно-встречно по входным выводай| обмотки подмагничивания постоян$1ым током, включенные последовател ноНсогласно, и выходные обмотки.Выхо{цные обмотки каждого трансформато ра соответствующие парам входных , соединены через конденсаторы попарно; параллельно-встречно, а образова пары входных обмоток соединены между собой последовательно-согласно На фиг. 1 представлена электриче кая схема преобразователя частоты сс5 следующими обозначениями: 1,11,III,IY - номера сердечников; W - входная обмотка; W - выходная обмотка; ; W{3 - обмотка постоянного тока. А,В - выходные выводы, с которых сн мается выходное напряжение C,C,Cj,C4 - разделительные конден саторы выходных обмоток. На фиг. 2а представлена электрическая схема выходной обмотки; на фиг. 2,б,в,г,д - схемы замещения выходной обмотки в различные интервалы времени насыщения сердечников. Здесь приведены обозначения: Е ,E.,E|j,E,j - ЭДС, наводимая в выхо Иых обмотйах на каждом из четырех Сердечников. На фиг. 3,а,б,в , г представлена форма ЭДС, наводимая в выходных обмотках на каждом из четырех сердечников; на фиг. Зд - форма ЭДС, полу ченная в результате суммирования ЭДС вторичных обмоток всех сердечни ков. Преобразователь частоты (фиг„1), а именно учетверитель, содержит мн гообмоточные трансформаторы, на че тырех сердечниках которых расположены обмотки W, , соединенные попарно последовательно-встречно, обмотки постоянного тока W,,соединен ные последовательно и согласно, и .выходные обмотки W . Выходные обмот ки Wj:,соответствующие парам входны обмоток W,соединены также попарно параллельно-встречно через конден саторы С ,С,С,С. Получившиеся в результате этого две пары обмоток соединены между собой последовательно-согласно. С выходных зажимов схемы соединения, бмоток Wa снимают выходное напряжеие Us . Входные обмотки также разбиты по арам на две группы. Каждая група питается сетевым напряжением, двинутым на 90 эл.град. Работает преобразователь частоты ледующим образом. СетевЪе двухфазное напряжение с омощью входных обмоток W преобразуется в четырехфазное. Сдвиг сетеого напряжения на 90 эл.град. ожно получить, если одну группу ходных обмоток питать фазовым напряжением, например , а вторую группу питать линейным напряжением, например . Под воздействием постоянного тока сердечники трансформаторов периодически насыщаются, благодаря чему трансформаторы начинают работать в режиме магнитных ключей. В результате этого во вторичных обмотках каждого сердечника наводится ЭДС Е (фиг. 3,а,б,в,г). Суммарная ЭДС всех четырех сердечников имеет частоту 200Гц (фиг. 3,д). На фиг. 2,а показано соединение выходных обмоток. Здесь выходные обмотки W ,соответствующие парам входных обмоток, соединены попарно параллельно-встречно через конденсаторы. Затем группы параллельных обмоток соединяют между собой согласно-последовательно На фиг. 2,6 - д показаны схемы замещения электрической схемы выходных обмоток для различных состояний сердечнико,в в течение периода входной частоты. Этим состояниям сердечников соответствуют вторичные ЭДС Е, показанные на фиг. За-г; на фиг. 3,а - вторичная ЭДС, наводимая на 1-ом сердечнике; на фиг.3,6 - вторичная ЭДС, наводимая на 2-ом сердечнике; на фиг. 3,в - вторичная ЭДС, наводимая на 3-ем сердечнике/ на фиг. 3,г - вторичная ЭДС, наводимая на 4-ом сердечнике, В течение времени О-у насыщены 2-ой и 4-ый сердечники. При зтом индуктивные сопротивления обмоток насыщенных сердечников w.-, и W, . равны нулю и реактивные сопротивления этих ветвей будут определяться емкостями С. Индуктивные сопротивления ненасыщенных 1-го и 3-го сердечников будут скомпенсированы емкостями С и Сз, Поэтому в схеме замещения (фиг. 2,б), соответствующей рассматриваемому состоянию сердечников, ветви, содержащие источники ЭДС EJ и Е- , имеют сопротивления, равные нулю (активными сопротивлениями пренебрегаем ввиду их малой величины), а пассивные ветви имеют емкостные сопротивления, определяемые емкостями С и С .,. Схема замещения имеет два контура: Е| - С и Е- - С. Ток, протекающий вйутри каждого контура, будет иметь, частоту 50 Гц, равную частоте источников ЭДС Е|- и EIJJ . Величина тока внутри каждого контура будет мала и ей можно пренебреч.

Поэтому при включении нагрузки к выходным зажимам обмоток д ток нагрузки будет проходить только через источники ЭДе Ej и E|j, , минуя пассивные ветви из емкостей С и С ;.

Компенсация внутреннего индуктивного сопротивления источников ЭДС EJ и EIJJ создает условие для максимального выхода мощности преобразователя частоты. Так как источники ЭДС EJ и Е|- включены последовательно, ТО протекание уравнительных токов невозможно. В следующий интервал времени - насыщается 1-ый сердечник, а 2-й выходит из насыщения. Ток нагрузки теперь уже будет протекать по второй и третьей ветви замещения выходных обмоток

(фиг. 2,в) . В интервёше времени 51-jJT состояние сердечников опять изменяется, генерирующими ветвями становятся 2-ая и 4-ая (фиг. 2,г).

В интервале| fr - 27Ггенерировать

ЗДС начнут 1-я и 4-я ветви (фиг.2д). Перекл19чения источников ЭДС через четверть периода входной частоты в рассматриваемой электрической схеме позволяет осуществить умножение частоты в четыре раза (фиг. 3,д).

Формула изобретения

0 . Ферромагнитный преобразователь частоты, содержащий конденсаторы и трансформаторы, на сердечнике каждого из которых расположены входные обмотки, подключенные попарно

5 последовательно-встречно по вxoдны, выводам, обмотки намагничивания пос тоянным током, включенные последовательно-согласно, и выходные обмотки, отличающийся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных

0 показателей и повышения КПД, выходные обмотки каждого трансформатора, соответствующие парам входных, соединены через конденсаторы попарно параллельно-встречно, а образованные

5 пары выходных обмоток соединены между собой последовательно-согласно.

V,-Sin t

Wfl-SfA

4 Л

Ф

.-Д rt

-

tput.l

75841