Статический удвоитель частоты Советский патент 1982 года по МПК H02M5/16 

I

Изобретение относится к преобразованию переменного тока одной частоты в переменный ток другой частотыс применением полупроводниковых триодов и может быть использовано в устройствах автоматики и телемеханики.

Известен статический удвоитель частоты, содержащий подключенные к источникам переменного тока, напря жения которых сдвинуты по Фазе на 90 эл. град, относительно друг друга, два выпрямительных моста, выполненные на диодах, при этом минусы выпрямителей соединены непосредственно, а плюсы подключаются на нагрузку через фильтры, разделяющие постоянную и переменную составляющие выходного тока П.

Недостатком известного устройства является низкий КПД кторый объясняется потерями энергии в реакторах (или резисторах), по которым проходит постоянная составляющая выходного тока.

Наиболее близким к предлагаемому является статический удвоитель частоты, содержащий два выпрямителя, выполненных каждый на транзисторах и трансформаторе по двухполупериодной схеме с нулевой точкой, причем первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и подключены к выводам для подключения трехфазного источника питания, а последовательно со вторичными обмотками трансформатора первого выпрямителя соединены дополнительные вторичные обмотки трансформатора второго выпрямителя .

Недостатками этого устройства являются низкий КПД и значительное отличие формы выходного напряжения от синусоидальной. Оба недостатка объясняются тем фактором,что при по следовательном согласном соединении выпрямителей через нагрузку проходит 390 пульсирующий ток одного направления/ Полезно используется только переменная составляющая этого тока, а постоянная составляющая вызывает нагрев нагрузки и выпрямителей. Цель изобретения - увеличение КПД и улучшение формы выходного напряжения. Указанная цель достигается тем, что в статическом удвоителе частоты, содержащем два выпрямителя, выполненных каждый на транзисторах и трансформаторе по двухполупериодной схеме с нулевой точкой, причем первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и подключены к выводам для подключения трахфазно(о источника питания, а последовательно со вторичными обмотками трансформатора первого выпрямителя соединены дополнительные вторичные обмотки трансформатора второго выпря мителя, минусы выпрямителей объединены, а лх плюсы соединены с выводами для подключения нагрузки через токоограничивающее устройство. Благодаря тому, что плюсы выпрямителей подключаются на нагрузку через токоограничивающее устройство, обеспечивается надежная работа трак зисторов при использовании свойства обратимости. На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - графики напряжений на элементах схемы. Устройство содержит два выпрямителя 1 и 2, выполненные по двухполупериодной схеме выпрямления с нулево точкой на транзисторах 3-6 и трансформаторах 7 и 8, минусы выпрямителей 1 и 2 соединены непосредственно а плюсы подключаются на нагрузку 9 через токоограничивающее устройство 10, в качестве которого использован трансформатор с большим индуктивным сопротивлением рассеяния. Выпрямители 1 и 2 запитываются от трехфазной сети, напряжение между фазами которой сдвинуто на 120 эл. град. Для получения сдвига в 90 эл. град, на сердечник трансформатора 8 намотаны дополнительные вторичные обмотки, которые соединены последовательно со вторичными обмотками трансформатора 7. , Резисторы 11-14, включенные последовательно с переходами эмиттербаза транзисторов 3-6 и вторичными обмотками трансформаторов 7 и 8, обеспечивают режим насыщения транзисторов в открытом состоянии. В основу работы статического удвоителя частоты положено использование явления, называемого обратимостью тр11Ьда. Сущность явления заключается в том, что переход коллекторэмиттер транзистора обладает способностью пропускать ток в любом направлении при отрицательном потенциале базы относительно эмиттера. Статический удвоитель работает следующим образом. Для получения входных напряжений, сдвинутых по фазе на 90 эл.град., применено фазосдвигающее устройство на трансформаторах 7 и 8, первичные обмотки которых подкт чены к двум фазам трехфазного напряжения. Если вектор Ц равен по амплитуде 0,5 Uj,, то угол сдвига между вектором иц, который равен геометрической сумме векторов U;, и U, и вектором Uj соответствует 90 эл. град. Эти напряжения, равные по амплитуде и сдвинутые одно относительно другого на 90 эл. град., поступают на входы транзисторов 3-6, которые работают в режиме ключа. Выходные напряжения выпрямителей 1 и 2 графически можно представить в виде двух пульсирующих напряжений постоянного тока (ig и и(,, сдвинутых по фазе на 90 эл. град. Благодаря тому, что минусы выпрямителей 1 и 2 соединены непосредственно, выходное напряжение статического удвоителя частоты U, представляет собой разность выходных пульсирующих напряжений выпрямителей 1 и 2. Разность двух пульсирующих напряжений представляет собой напряжение удвоенной частоты по отношению к частоте источника питания выпрямителей 1 и 2. Форма напряжения близка к синусоиде. Реализовать вычитание двух пульсирующих напряжений Uy и U, при сохранении высокого КПД статического удвоителя частоты практически осуществимо при условии, что внутреннее сопротивление выпрямителей 1 и 2 изменяется в небольших пределах при изменении направления (полярности) выходного тока. 5 Э в выпрямителях 1 и 2, выполненных на транзисторах 3-6, выполняется указанное выше условие, так как тран зисторы обладают свойством обратимости . Однако надежная работа серийно выпускаемых транзисторов в режимах, когда ток через переход коллекторэмиттер изменяет направление, может быть обеспечена при условии ограничения тока нагрузки 9. Последнее достигается с помощью токоограничивающего устройства 10, выполненного на трансформаторе с большим индуктивным сопротивлением рассеяния. Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными уст ройствами дает расчетное увеличение КПД статического удвоителя частоты на 2/f, Эта величина составляет долю потерь постоянной составляющей в кривой выходного тока двухполупериодной схемы выпрямления с нулевой точкой. Фактическое увеличение КПД удвоителя несколько ниже, так как имеют Место потери в транзисторах, цепях управления транзисторами и трансформаторах. Формула изобретения Статический удвоитель частоты, содержащий два выпрямителя, выполненных каждый на транзисторах и трансформаторе по двухполупериодной схеме с.нулевой точкой, причем первичные обмотки трансформаторов соединены последовательно и подключены к выводам для подключения трехфазного источника питания, а последовательно со вторичными обмотками трансформатора первого выпрямителя соединены дополнительные вторичные обмотки трансформатора второго выпрямителя, отли чающийся тем, что, с целью увеличения КПД и улучшения формы выходного напряжения, минусы выпрямителей объединены,, а их плюсы соединены с выводами для подключения нагрузки через токоограничивающее устройство. Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 М 5/16, 1961. 2.Авторское свидетельство СССР N 53777, кл. Н 02 М 5/16, 197.