Трехфазный ферромагнитный умножитель частоты в четное число раз Советский патент 1981 года по МПК H02M5/16 

( ТРЕХФАЗНЫЙ ФЕРРОМАГНИТНЫЙ УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ В ЧЕТНОЕ ЧИСЛО РАЗ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника напряжения повышенной частоты, в частности, для питания выпрямителей, электродвигателей . Известны ферромагнитные умножители частоты в четное число раз, в которых подмагничивание сердечников осуществляется от отдельного источ-г ника постоянного тока 111, 2 и 3 Умножители содержат входные, выходные цепи, депь подмагничивания и отдельный источник постоянного тока. Наличие отдельного источника усложняет изготовление устройства, уве личивает его массу и габарит, не позволяет, осуществить стабилизацию выходного напряжения при изменении нагрузки. Известны умножители частоты с постоянными магнитами, с самопроизволь ной поляризацией сердечников и с самоподмагничиванием постоянным током. ферромагнитные умножители частоты с постоянными магнитами (k} не содержат обмоток подмагничивания, имеют высокие энергетические показатели I и 51. Однако они весьма сложны в изготовлении и условия возникновения и существования колебаний на выходе таких умножителей в сильной мере зависят от нагрузки, входного напряжения и параметров схемы. Кроме того, они имеют большие массу и габарит. Известны ферромагнитные умножители частоты с самоподмагничиванием постоянным током. Они содержат вспомогательные обмотки, выпрямительные диоды, обмотки подмагничивания и имеют однофазный выход б. Распространение этих решений на трехфазные ферромагнитные умножители частоты приведет к неоправданному увеличению количества выпрямительных диодов, что повышает стоимость и снижает надежность устройства. 3 Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный ферромагнитный умножитель частоты в четное число раз, содержащий 3N сердечников с фа зовым сдвигом магнитодвижущих сил равным (К-1)-2П/ЗМ, где ,2 ..3N, а N - четное число, на которых распо ложены входные и выходные обмотки, а также обмотки подмагничивания и источник постоянного тока, состоящий из выпрямителя, ко входу которого подключена цепь из вспомогательных обмоток, а к его выходу - цепь подмагничивания, образованная обмотками подмагничивания 17. Недостаток этого устройства состоит в том, что сердечники, на которых расположены вспомогательные обмотки, должны иметь увеличенные площади окна и объем ферромагнитного материала, чтобы обеспечить не только заданную мощность преобразования на выходе, но и мощность затрачиваемую на подмагничивание сердечников. Так как всё се{эдечники выполнены идентичными, то это увеличивает мас су и габарит устройства. Умножителю частоты присущи и другие недостатки Отсутствие стабилизации выходного на пряжения при изменении нагрузки, необходимость включения фильтрующего конденсатора на выходе выпрямителя, значительный уровень побочных гармоник в спектре выходного напряжения. Область применения известного технического решения ограничена определен ной структурой преобразователя числа фаз, представляющего собой совокупность входных обмоток. Это не позволяет улучшать характеристики умножителей путем использования других преобразователей числа фаз. Цель изобретения - улучшение массо-габаритных показателей и расширение его функциональных возможностей стабилизации выходного напряжения, фильтрации выпрямленного напряжения фильтрации побочных гармоник в спект ре выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем что в трехфазном ферромагнитном умно жителе частоты в четное число раз, содержащее 3N сердечников с фазовым сдвигом магнитодвижущих сил равным (K-r)-2n/3N, где ,2 ..3N, а N четное число, на которых расположены входные и выходные обмотки, а также обмотки подмагничивания, и источник постоянного тока, состоящий из выпря 4 мителя, ко входу которого подключена цепь из вспомогательных обмоток, и к его выходу - цепь подмагничивания, образованная обмотками подмагничивания, вспомогательные обмотки размещены на всех сердечыиках и образуют, по крайней мере, одну кольцевую цепь, включающую по одной вспомогательной обмотке каждого стержня, причем эти обмотки соединены между собой согласно последовательно, а их средняя точка и общая точка соединения первой и последней обмоток соединены се входом выпрямителя. Кроме того, умножитель частоты отличается тем, что вспомогательные обмотки соединены в одну кольцевую цепь, соединенную со входом выпрямителя, выполненного по мостовой однофазной схеме. Вспомогательные обмотки соединены в две кольцевые цепи, соединенные со входом выпрямителя, выполненного по двухфазной схеме. На фиг. 1 изображена схема учетверителя, в котором используется источник постоянного тока, включающий мостовой выпрямитель и вспомогательные обмотки, соединенные по кольцевой схеме; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений на вспомогательных обмотках, цепи подмагничивания и выходных обмотках; на фиг. 3 - схема учетверителя, в котором используется двухфазный выпрямитель, а вспомогательные обмотки образуют две кольцевые цепи. Трехфазный ферромагнитный учетверитель частоты (N-A) (фиг. 1) содержит двенадцать {3N) сердечников с фазовым сдвигом МДС {K-l)2n73N, где ,2...,3N, входные, выходные, вспомогательные обмотки и мостовой выпрямитель. Входными обмотками, расположенными на сердечниках 1,2...-12, являются 13-18, выходными 19-24. Цепь подмагничивания состоит из обмоток 25-26, и подключена к выходу мостового выпрямителя 27. Вспомогательные обмотки 28, сердечников 1,2...12 соединены согласно последовательно в кольцевую цепь. Противоположные точки 29 и 30 кольцевой цепи образуют выводы, подключенные ко входу выпрямителя 27Устройство работает следующим образом. При вkлючeнии умножителя частотыj когда ток в цепи лодмагничивания отсутствует, на каждой из вспомога- . тельных обмоток 28 возникают напряжения в виде симметричных разнополярных импульсов, сдвинутых на П. Сдвиг между временными последовательностями напряжений на обмотках 28 составляет (К-1). 2n/3N, где К 1,2...12. На фиг. 2в-б, изображены импульсы напряжения на цепочках, составленных из двух половин обмоток 28 соответственно. Поскольку общие точки 29 и 30 этих цепочек подсоединены ко входу диодного выпрямителя 27, то на его выходе появятся , однополярные импульсы напряжения (фиг. 2 в) содержащие постоянную составляющую. Через обмотки подма ничивания 25-26, подключенные к выходу выпрямительного моста 27, начнет протекать ток, также содержащий постоянную составляющую.

Протекание постоянной составляющей тока по цепи подмагничивания 25-26 приведет к подмагничиванию сердечников и, как следствие, к относительному сдвигу импульсов напряжения на каждой из вспомогательных обмоток 28 в связи с чем изменяется форма напряжения на цепочках, составленных из половины o6 jOTOK 28 (фиг. 2 г) и (фиг. 2 д) и на цепи подмагничивания 25-26 (фиг. 2 в).

Как видно из фиг. 2 е, напряжение на цепи подмагничивания содержит постоянную составляющую, что свидетельствует о возможности подмагничивания сердечников умножителя в стационарном режиме.

С целью простоты и наглядности на временных диаграммах (фиг. 2 ж,з,и) изображены импульсы в виде отрезков синусоиды. При этом совокупность импульсов на выходных обмотках 19-20 (фиг. 2 ж), 21-22 (фиг. 2 з) , (фиг. 2 и) образует симметричную систему трехфазного напряжения с частотой, в четыре раза превышающей частоту входного напряжения. Цифрами на временных диаграммах показаны номера сердечников, на обмотках которых формируются импульсы напряжения.

В приведенном учетверителе частоты (фиг. 3) на каждом сердечнике расположено по две вспомогательные обмотки, которые соединены согласно последовательно в две кольцевые цепи, в каждую из которых входят по одной вспомогательной обмотке каждого сердечника. Противоположные точки 29

И 30 образуют выводы для подключения двухфазного выпрямителя.

Принцип работы этого учетверителя аналогичен принципу работы учетверителя частоты с мостовым выпрямителем (фиг. 1).

В предлагаемом техническом решении мощность, затрачиваемая на подмагничивание, распределяется между отдельными сердечниками равномерно, и поэтому на каждый сердечник приходится меньшая величина мощности, чем в известном. Это позволяет уменьшить размеры окна и объем ферромагнитного

S материала сердечников и, как следствие, массу и габарит всего устройств ва.

Вследствие действия отрицательной обратной связи по напряжению через цепь подмагничивания, в умножителе частоты осуществляется стабилизация выходного напряжения. Равномерность загрузки сердечников выпрямителем и кольцевое включение вспомогательных обмоток обеспечивает меньший уро$вень побочных гармоник в спектре выходного напряжения. Облегчаются условия фильтрации выпрямгйнного напряжения , поступающего на цепь подмагничивания (фиг. 2 е). В умножителе час0тоты может быть использована любая из известных схем преобразователей числа фаз, что способствует улучшению его характеристик. Например, при использовании преобразователя числа

S фаз с синусными обмотками улучшается форма выходного напряжения.

Формула изобретения

/г)(;)(1)()(;)(7

6

X)(D&St

S S NX 4

Vf

(J«

ft/t

)(0(

)®00(v

1

e ж

(

S M w

/

«Л