Способ непосредственного преобразования частоты Советский патент 1982 года по МПК H02M5/27 

; 54) СПСХЗОБ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ЧАСТОТЫ

1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, например, при построении преобразователей для установок электромагнитного перемешивания жидких металлов.

Известен способ непосредственного преобразования частоты путем формирования на нагрузке напряжения различной полярности с заданной частотой посредством реверсивных мостовых выпрямителей 1 .

Недостатком такого способа является то, .что верхний предел регулируемой частоты существенно ограничен -вследствие естественной коммутации вентилей. Известен спос б непосредственного преобразования частоты, в котором применена искусственная коммутация вентилей Г2} .

. Однако при больших токах преобразователя (например, в установках перемешивания жидкого металла) узел коммутации становится слишком громоздким и не может работать достаточно надежно. Это обстоятельство ограничивает применение его в таких случаях.

. Известен также способ непосредственного преобразования частоты, реализуемой поочередной коммутацией магнитных потоков, создающих две включенные встречно в контуре нагрузки ЭДС тфео&разуемой частоты.

При этом способе.напряжение на нагрузке формируется посредством включения на данном временном интервале того из источников, напряжение которого coo ветствует заданной полярности путем восстановления его магнитного потока и последующего гашения мапштного потока встречного источника с помощью обмоток управления ГЗ .

Недостатком известного способа $гв- ляется то, что установленная мощность преобразователя при этом превышает в два раза мощность, потребляемую нагрузкой, поскольку источники ЭДС не зависимы. Таким образом, массогабаритные показатели преобразователя по срав9305нению с одним источником завышены в даа раза. Кроме того, обмотка управления в этом случае потребляетзначительную реактивную мощность, чт|о дополнительно снижает массогабаритныб показатели за счет громоздкого узла коммутации. Недостатком известного способа является также то, увеличении мощности преобразователя возрастает его искажаю- 10

щее влияние на питающую сеть вследствие снижения быстродействия в переходных процессах смены состояний обмоток

управления. При этом в первичной цепи возникают импульсные токи.

Дель изобретения - улучщение массо- габаритных показателей устройства, реализующего способ, и снижение его искажающего влияния на питающую сеть.

Поставленная цель .достигается тем, что в способе непосредственного преобразования частоты с помощью двух включенных встречно в контуре нагрузки ЭДС преобразуемой частоты, осуществляют последовательное переключение с регулируемой частотой магнитного потока одного источника ЭДС на контур другого источника ЭДС. При таком переключений потоков обмотка управления одного источника в момент ее замыкания не только компенсирует поток своего источника ЭДС,но и усиливает поток противоположного источника за счет индуктивной связи между ними.

На фиг. 1 приведен пример осуществления этого способа; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

С помощью двух источников ЭДС 1 и 2, которыми являются вторичные обмотки трансформатора, расположенные на боковых стержнях трехстержневого магнитопровода 3 и включенные между собо согласно и последовательно 1с нагрузкой 4. Первичная обмотка 5 трансформатора расположена на среднем стержне магнитопровода. На крайних стержнях кроме обмоток, создающих ЭДС, расположены обмотки 6 и 7 управления.

При разомкнутых обмотках 6 и 7 управления найряжение на нагрузке раЬно нулю вследствие вторичного включения источников ЭДС 1 и 2 по отнощению к первичной обмотке 5. Предлш аемый способ непосредственного преобразования частоты состоит в том, что замыканием одной из обмоток управления переключаю магнитный поток первичной обмотки 5 из 5

цательной - источник 2. Переключение их сопровождается переходным процессом, который определяет динамические характеристики возникающего в цепи периодического режима. Если рассмотреть только принужденную составляющею этого режима, формирование напряжения на нагрузке можно представить так. Поскольку при работе одного из источников, например

20 второго, напряжение на нагрузке изменяет знак на противоположной по отношению к тому, что дал бы на этом интервале первичный источник, то при длительности управляющих импульсов ,

25 соответствующей условию (гт- р ) огибающая выходного напряжения будет изменять йолярность с частотой , которая определяется из следующих соображений. Интервал времени t

в течение которого огибающая имеет неизменную полярность, моясно определить из того, что на этом интервале разность угловых величин колебаний Е и равна JT для колебания с частотой огибающей, т.е.

t-aji- js--t- lJi- Ji,

где f - частота сетевого

Отсюда

Iл

Два таких интервала дают ты огибающей

Тгг-t 0- 3

Величина, обратная Т, является частотой изменения огибающей

Улучшение массогабаритных показателей устройства, реализующего способ, следует из того, что установленная мощность источника питания по известному способу превыщает мощность, потребляемую нагрузкой в два раза, а в предлагаемом способе это превышение равно 1,5. Кроме того, этот показатель улучшается 314 одного крайнего стержня магнитопровода на противоположный. При этом на нагрузку работает только один источник. Управляющие импульсов задающей частоты ,f j определяют интер вал замкнутого и разомЕйнутого состо$шия обмоток управления и напрязкения на нагрузке преобразования частоты (фиг. 2). Пусть при положительной полярности импульсов работет источник 1, при отриза счет снижения массогабаритных показателей узла коммутации по сравнению с известным способом. Это следует из того, что в предлагаемом способе относительная величина реактивной мощности обмоток управления существенно ниже этой величины в известном способе. Определить такое уменьшение можно по относительным величинам токов обмоток управления Jn к токам нагрузки Э рассматриваемых схем при полном равенстве их соответствующих параметров. Так, для схемы известного способа отношение .реактивной сос.авошющей тока обмотки управления Jij(p) к соответствующей составляющей тока нагрузки 32((Р) равно

%PL-J1

.3

.

гср)

Для схемы по предлагаемому способу соответствующая величина равна

-1 iJlPL 1 -||| LOWn- -UjWj

).

где г - сопротивление нагрузки;

(.- - коэффиэпент взаимной индукции между обмоткой управления и обмоткой источника ЭДС, которые находятся на одном стержне;

М ,- коэффициент взаимной индукции между обмоткой управления и обмоткой источника ЭДС, находящийся на противоположном

стержне. Из этих зависимостей видно, что пр

равенстве величин г и М Q для обоих схем относительный реактивный ток обмотки управления в схеме по предлагаемому способу J меньше соответствую шей величины 31, в схеме по известному способу .

)

Количественно это уменьшение равно -,

.;

l(n)

где Ксв« - коэффициент связи, соответствующий М

Поскольку ивдуктивности обмоток управления сравниваемых схем равны, то снижение реактивной мощности пропор- ционально квадрату этой величины, что

305316

и определяет снижение массогабаритных показателей узла коммутации и преобразователя в целом.

Снижение искажающего влияния пре5 образователя по предлагаемому способу на питающую сеть является результатом повышения быстродействия переходного процесса переключения магнитных потоков по сравнению с известным способом,

10 где происходит гашение и восстановление независимых магнитных потоков. Вследствие магнитной связи магнитных потоков источников ЭДС при их переключении обмотка управления одного источника в

15 момент ее замыкания не только компенсирует поток своего источника ЭДС, но и усиливает поток противоположного источника. При этом в первичной цепи в момент коммутации не возникают им-

20 пульсные увеличения тока (фиг. 3).

Формула изо б р е т е н и я

.Способ непосредственного .преобразования частоты однофазного напряжения путем преобразования его в два магнит.ных потока, создающих в двух, магнитных контурах две встречно включенные в це- .

пи нагрузки ЭДС и поочередной коммутации этих потоков с- заданной частотой для попеременного исключения действия одной из этих ЭДС, о т л и ч а .ю Щ. и и с я тем, что, с целью улучшения массогабаритнь:у показателей устройства, реализующего способ, и снижения его искажающего влияния на питающую сеть, коммутацию осуществляют путем переключения потока одного магнитного контура на другой магнитный контур.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Теория электронных и ионных преобразователей тока (мутаторов). М., Транс- желдориздат, 1388 п, 337 с.

З.Тонколь В. Е., Мельничук А. Н. Магнитнополупроводниковые модуляционные преобразователи частоты. Киев, Наукова думка , 197О, с. 178.