Трехфазный статический умножитель частоты Советский патент 1981 года по МПК H02M5/16 

1

Изобретение относится к области электротехники и может, быть использовано в качестве источника питания переменного тока повышенной частоты.

Известна конструкция статического индукционного устройства, содержащего шихитованный магнитопровол из листовой электротехнической стали с размещенными на нем рабочей трехфазной об- моткой и обмоткой постоянного тока, причем магнитопровод выполнен в форме шестигранной призмы, на стержнях (образующих) которого размещена секционированная рабочая обмотка, а на ярмах - обмотка постоянного тока Недостатком этой конструкции является отсутствие возможности умножения частоты на выходе устройства.

известна также конструкция трехфазного статического умножителя частоты, содержащего магнитную систему со стержнями, на которых размещены первичная, вторичная и дополнительная цилиндрические обмотки, причем каждая фаза первичной обмотки выполнена из двух ветвей, соединенных в два неравноплечих зигзага с соотношением чисел витков зигзага, равным 2,73 23Данная констру1шия по технической сути и достигаемому результату является наиболее близкой к шсываемому изобретению.

Недостатком ее является завышенный, ргъсход активных материалов и низкий КПД.

Целью изобретения является уменьшение расхода активных материалов

10 и повышение КПД умножителя.

Для достижения поставлениой цели, в трехфазном статическст умножителе частоты, содержащем магнитную систему со стержнями, на которых размеще15ны первичная, вторичная и дополнительные цилиндрические оОмотки, причем каждая фаза первичной обмотки выполнена из двух ветвей, соединенных в два неравноплечих зигзага с

20 соотношением чисел витков зигзага, равным 2,73, магнитная система выполнена в виде простраиствениого шестистержневого цилиндрического магнитoпpoJвoдa с тремя кольцевыми. ярмами,

25 одно из которых - среднее - делит стержни магиитопровода пополам, на верхнюю и нижнюю части, а кгикдая фаза первичной обмотки размещена иа верхней и нижней части двух стерж30ней, причем обмотки с меньшим числом витков каждой из ветвей размещены на стержнях, расположенных через оди в противоположных направлениях от стержней, на-которых размещены обмот ки с большим числом витков другой ве ви той же фазы, при этом обмотки каж дои из ветвей фазы соединены между собой полярно противоположно по отношению к одноименным обмоткам доугой ветви фазы. На чертеже схематически изображено описываемое устройство. Трехфазный статический умножитель частоты содержит магнитную систему со стержнями, на которых размещены первичная, вторичная 1 и дополнитель ные 2 и 3 цилиндрические обмотки, причем каждая фаза первичной обмотки выполнена из двух ветвей 4 н 5, соединённых в.два неравноплечих эигзага с соотношением чисел витков эиг зага, равным 2,73. Магнитная сшствма выполнена в виде пространственного шестистержневого цилиндрического маг нитопровода с тремя кольцевыми ярмами, одно из которых - среднее - дели стержни магнитопровода пополам, на верхнюю.6 и нижшою 7 части. Каждая фаза первичной обмотки размещена на верхней Ь и нижней 7 части двух CTein ней, причем обмотки с менышм чисжм витков каждой из ветвей 4 и 5 фаэы размещены на стержнях, расположеитш через один в противоположных направлениях от стержней, на которых щены обмотки с больвмм числом витков другой ветви той же фазы, П|Ж этом обмотки каждой из ветвей 4 и 5,-фазы .соединены между собой полярно противоположно по отношению к одноименным обмоткам другой ветви фазы. Первичная обмотка выполнена из двух ветвей 4 и 5, соединенных в два неравноплечих зигзага (числр витков в каждом зигзаге t + Wjj,) с соотнеяаением чисел витков зигзагаЧв /Ш «2,73. Одна из дополнительгейх обмоток 3 обмотка подмагничивания постояишлм током (уд) соединена отЙ1штым треугольником, а другая 2 - обмотка самоподмагничивания током удвоенной частоты (W,y) соединена звездой. К за жимам этой области подключена трехфазная группа 8 конденсаторов самоподмагничивания. Вторичная обмотка 1 (Wj) соединеиа в звезду. К ее зажимам подключены трехфазные группы конденсаторов 9 продольной и поперечной емкостной компенсации. Первичные обмотки каждой из фаз равномерно размешены на верхней и нижней половинах двух стержней,разделенных средним ярлюмпополг,причем обмотки с меньимм числом витков каждой из ветвей фазы размещены на стержнях, расположенных через один в противоположных направлениях от стержней, на которых размещены обмотки с большим числом витков той же фазы, но другой ветви, а вторичные обмотки 1 {W3), обмотки 3 подмагничивания постоянным током (Wi) и обмотки 2 самоподмагничивания током удвоенной частоты (Wjp) каждой из фаз равномерно размещены на верхней и нижней половинах двух соседних стержней. Каждаге из первичньЬс обмоток (Wv, расположенные на одном и том же стержне (на верхней и нижней его половинах) включены последовательно и согласно, а каждые из обмоток 1, 3 и 2 (W, V W.), расположенные на одном и том же стержне, - последовательно и встречно. Принцип действия умножителя основан на нелинейной зависимости потока в ферромагнитном сердечнике от тока и вьщелении в виде ЭДС выходной обмотки четвертой гармоники частотновременного спектра пульсирующего поля, появдешо ейся при подмагничивании сердечника постоянным током. При этом магиитные потоки, создавае Ф е токам первячной обмотки, так как первичше обмотки, расположенные на одном стержне, соединены согласно, замыкаются, в пределах контуров, образованных наружт ш и стержнянш, а магнит1ше потоки, создаваег ые токами обмоток 1 (W), 3 и 2 (так как обмотки 1 (9 Рвслолсясенные н« одном , соединеша встречно) в пределах контуров, образованшлх стер9кня 1Ш б и 7, средним и одним ifb наружтах ярм. Одновр «енно подобное соединение обмоток, расположенных на одном стержне, йрнводит, естественно, К исключению четных гармоник в первичной oltotOTK и нечет1шх гармоник в обмотках 1, 3 и 2. Выделение ЭДС четвертой гармоники в в«йходно11 обмотке происходит следующим образом. Соединение первичной обмотки в неравнсмЕлечий зигзаг с соотношением чисел витков зигзага 2 2,73 приводит к сдвигу кгикдого из основных потоков на IS, а соединение первичных обмоток из аетвей фазы полярно противоположно по отношеншо к одноименним обмоткгии другой ветви фазы к сдвигу одного из потоков дополнительно на 180. Благодаря этому оснйвные потоки двух стержней,на которых размещены первичные обмотки с болыиим числом витков Wv.принадлежащих одной фазе, сдвкнуты на 2x15 - 150, а основные потоки,двух стержней, на которых размещены первичные обмотки с больишм числом витков W., пренадлежащие разным фазам, - на 120° + 180® - 2 X 15 270. При подмагничивании стержней постоянным полем вторые гармоники двух таких стержней совпадают по фазе (2 X 120® + 2 X 30 360 и tO) / а четвертые находятся в противофазе (4 х 120® + 180 - 4 х 30 5400 и 180°).

В результате при встречном включении обмоток 1, расположенных на двух таких стержнях на их зажимах наводится ЭДС четвертой гармоники, а при согласном включении обмоток 2 ЭДС удвоенной частоты.

Нулевые точки первичной обмотки не связаны с нулевым потенциалом. Это обусловлено тем, что в результате упомянутого соединения обмоток каждой из ветвей фазы потоки тройной частоты двух соседних стержней направлены в противоположные стороны. Соединение нулевых точек с нулевым потенциалом приводит к тому, что токи тройной частоты занелкаются в парал7{ёльных контурах, обраэован{шх фазными цепями первичных обмоток, так как в каждой из ветвей фазы токи тройной частоты направлены в противоположные стороны, при этом ве/шчнна тока тройной частоты может регулироваться с помощью регулируемого сопротивления, включенного между нулевыми точками. Однако, наибольшая величина напряжения четвертой гармоники имеет место при ест.ественвой третьей гармонике потока, т.е., когда нулевые точки не связаны между собой или регулируемое сопротивление, включенное между нулевыми точками, равно со.

Сдвиг фазовых потоков на 150 при указанном размещении первичшях обмоток приводит к тому, что в ярмах образуются две звезды потоков, сдвинутых между собой на 120 . Причем потоки на участках ярм, расположевшлх между стержнями, на которых разме1вены обмотки Ц , пренадяежаоще одной фазе, оставляют по модулю 0,817 от потоков в стержнях, а потоки на участках ярм, располо: генных между стержня, на которых размещены обмотки W , принадлежа1ф1е разным фазги«1, составляют по модуле 0,3 от потоков в стержнях, т.е. потоки в-ярмах на любых участках меньше потоков в стержнях.

Меньшая величина потоков ярмах позволяет соответственно уменьшить сечение ярм по сравнению с сечениш4 стержней и тем сг1мым уменьцмть расход активных материалов.

Так как изготовление ярм с двумя различными сечениями по окружности встречает определенные технологнческие трудности, то рациональнее уменьшить сечение ярм равномерно в соответствии с большим потоком на 18%. При этом суммарная экономия активных материалов составляет приблизительно 6-8%, одновременно уменьшение нагрузки на участках ярм с меньшим потоков приводит к снижению потерь в стали, что, в свою очередь, увеличивает КПД.

Формула изобретения

15

Трехфаз(шй статический умножитель частоты, содержащий магнитную систему СО стержняк/ш, на которых размещены первичная, вторичная и дополнителыеле цилиндрические обмотки, причем каждая фаза первичной обмотки вы полнена из двух частей, соединенных в два неравноплечих зигзага с соотношением чисел витков зигзага, равным 2,73, отличающийся тем, что, с целью уменьв- ния р.асхода активных материалов и повышения КПД, магнитная система выполнена в виде пространственного шестистержневого цилиндрического магнитопровода с тремя кольцевыми ярмами, одно из которых - среднее - делит стержни Ь4агнитопр мэода 1юполам, на верхнюю, м нижшою части, а каждая фаза первичной обмотки размещена на верхней и нижней части двух стержней, причем обмотки с меньшим числом витков каждой из ветвей фазы размацены на стержнях, расложхкенных через один в противоположных направлениях от стержней,

на которых размещены обмотки с больашм числом витков другой ветви той же фазы, при этом обмотки каждой из ветвей фазы соединены между собой по-. лярно противоположно по отношению к

хзднсжманным обмоткам другой ветви фазы.

Источники информации, принятые-во внимание при экспертизе

1 Авторское свидетельство СССР 486385, кл. И 01 F 29/14, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР W 471642, кл. Н 02 М 5/16, 1971.