Способ ферродиодного умножения частоты переменного тока и статический ферромагнитный преобразователь частоты Советский патент 1982 года по МПК H02M5/16 

3 перемагничивается в противоположном нйправлении, не достигая насыщения, Согласно известному способу умножения частоты для достижения насы щения сердечников энергии постоянно тока расходуется в раза больше, чем это необходимо. В связи с этим снижается коэффициент полезного дей вия при умножении частоты. Наиболее близок к предлагаемому преобразователь частоты, содержащий диоды и трансформаторы, на сердечни ках которых расположены входные обмотки, соединенные между собой попа но, например последовательно-встреч но, выходные обмотки, включенные ме ду собой параллельно-встречно через конденсаторы, и обмотки намагничивания постоянным током 2. В устройстве преобразователя час тоты, изготовленного по этому спосо бу, завышен расход провода на обмот ку намагничивания, что приводит к увеличению веса преобразователя, I Целью изобретения является увели чение коэффициента полезного действия и улучшения массо-габаритных по казателей устройства, реализующего данный способ. Указанная цель достигается тем, что согласно способу феррс иодного умножения частоты переменного тока путем насыщения каждого из сердечников многообмоточных трансформаторов за счет однополупериодного намагничивания постоянным током, находящимся в фазе с основным потоком, создан ным входным напряжением, насыщение каждого сердечника осуществляют импульсом постоянного тока в течение времени, равного времени перехода сердечника в насыщенное состояние. В предлагаемом статическом ферромагнитном преобразователе частоты каждая обмотка намагничивания постоянным током включена через диод параллельно-встречно входной обмотке расположенной на том же сердечнике. На фиг. 1 представлена электричес кая схема статического ферромагнитного преобразователя частоты, где Uv-sinoft, U coswt - входное на1 пряжение преобразователя; Wa обмотки намагничивания постоянным током (обмотки управления), каждая из которых через соответствующий.диод СЦт D включена параллельновстречно одной из входных обмоток J ; W- - выходные обмотки, включенные между собой параллельновстречно через выходные конденсаторы C/t-fC ; и, выходное напряжение; на фиг, 2 - кривые изменения некоторых параметров преобразователя частоты в функции времени, где и - входное напряжение; i - ток намагничивания (управления ) ; QA - индукция основного потока, созданного входным напряжением;Е - ЭДС, наводимая в выходной обмотке каждого сердечника; на фиг. 3 - характеристика намагничивания магнитопровода в функции напряженности, где В - индукция основного потока-, В - индукция насыщения; И - напряженность магнитного на фиг. А - принцип формирования выходного напряжения из ЭДС каждого сердечника. В статическом ферромагнитном преобразователе частоты, например учетверителе с трехфазным выходом, входное трехфазное напряжение преобразуется в двенадцатифазное. Это преобразование осуществляют с помощью входных обмоток W многообмоточных трансформаторов, соединяемых в треугольник и звезду, В результате такого соединения к одной группе входных обмоток У прикладывается напряжение и/, sin ujt, а к другой группе - Щ СО5 tot. На фиг. 1 для простоты представлена электрическая схема одной фазы рассматриваемого преобразователя частоты, учитывая что все его фазы симметричны. Многообмоточные трансформаторы объединены попарно за счет последовательного соединения их входных обмоток W.. Обмотки намагничивания (управления) W обеспечивают поочередное насыщение сердечников, В прототипе насыщение сердечников осуществляют однополупериодным постоянным током намагничивания в течение времени, когда он совпадает по направлению с основным потоком в сердечнике. Однако для достижения насыщения сердечников достаточно одного импульса постоянного тока в течение этого времени. При этом амплитуда импульса не превышает амплитуду постоянного тока при. однополупериодном намагничива нии . Действительно, для создания ампл туды индукции насыщения Be необходим опредленная амплитуда тока намагничивания. После достижения насыщения поток в сердечнике практически не за висит от величины амплитуды тока намагничивания, если даже он достигает нулевого значения (фиг. 3). Поэтому для достижения насыщения достаточно одного импульса тока. Но за то переход от однополупериодного намагничивания к импульсному позволяет в 3- раза сократить расход энергии постоянного тока. Реализовать способ импульсного на магничивания сердечников позволяет параллельное включение через диод обмотки намагничивания W с входной обмоткой W (фиг. 1). При условно положительном направлении входного напряжения U по обмотке управления W с отставанием на четверть периода из-за индуктивности обмотки, как и по обмотке W, начинает протекать ток также в положительном направлении. При этом проис ходит сложение МДС этих обмоток, результирующей амплитуде которых соответствует индукция потока в сердечни ке. При достаточной величине амплитуды тока намагничивания происходит на сыщение сердечника. При наступлении насыщения индуктивное сопротивление обмотки начинает падать и стремиться к нулю. Это приводит к тому, что входное напряжение U на этой обмотке также стремится к нулю и начинает прикладываться к другой парной обмот ке W-t , где включение диода Dj, препятствует протеканию тока через параллельно-включенную обмотку Wy . Снятие входного напряжения с насыщаю щегося сердечника вызывает обесточивание обмотки намагничивания W этого сердечника, В результате ток намагничивания приобретает импульсный характер, обеспечивающий насыщение сердечника. Процесс намагничивания сердечника иллюстрируется на фиг. 2. Здесь по92 казан импульс тока намагничивания создающий индукцию насыщения . В течение полупериода, пока ток входной обмотки не изменяет своего знйка за счет входного напряжения, сердечник остается насыщенным (фиг. 3) и ЭДС выходной обмотки W этого сердечника равна нулю (фиг. 2). В следующий полупериод времени wt изменение знака входного тока обмотки W вызывает перемагничивание сердечника в другом (отрицательном) направлении. Так как теперь уже по обмотке намагничивания t из-за запертого состояния диода 0 ток не протекает, то сердечник не достигает насыщения, а на вторичной обмотке находится ЭДС tj. Эта ЭДС имеет крутой фронт нарастания и спадания, который характеризует время включения и выключения магнитного ключа, в режиме которого работает рассматриваемый многообмоточный трансформатор. Суммирование вторичных ЗДС Е всех четырех сердечников позволяет получить выходное напряжение учетверенной частоты (фиг. k), Это суммирование осуществляют за счет встречнопараллельного включения выходных обмоток Wj каждого сердечника через конденсаторы С , С, С, Сл. Конденсаторы выбираются такими, чтобы по каждой обмотке Wj. протекал ток только частотой 50 Гц при минимальном уравнительном токе. Кроме то-го, эти конденсаторы должны осуществлять компенсацию реактивной составляющей тока на грузки Э. A повышения cos (f умножителя частоты. Таким образом, намагничивание сердечников трансформаторов импульсом, постоянного тока, когда он находится в фазе с основным потоком, созданным входным напряжением, снижает расход энергии постоянного тока. Это увеличивает коэффициент полезного действия. Устройство для осуществления данного способа позволяет сократить расход меди обмоточных проводов цепи намагничивания, что уменьшает вес преобразователя частоты. Формула изобретения 1. Способ ферродиодного умножения частоты переменного тока путем насыщения каждого из сердечников много9обмоточных трансформаторов за счет бднополупериодного намагничивания постоянным током, находящимся в фазе с основным потоком, созданным входным напряжением, отличающийся тем, что, с целью увеличения КПД и улучшения массо-габаритных показателей устройства, реализующего данный способ, насыщение каж дого сердечника осуществляют импуль сом постоянного тока в течение времени, равного времени перехода сердечника в насыщенное состояние. 2. Статический ферромагнитный пре образователь частоты, содержащий дио ды и трансформаторы, на сердечниках которых расположены входные обмотки, соединенные между собой попарно, например последовательно-встречно, вы8ходные обмотки, включенные между собой параллельно-встречно через конденсаторы, и обмотки намагничивания постоянным током, отличающийся тем, -что, с целью увеличения КПД и улучшения массо-габаритных показателей, каждая обмотка намагничивания постоянным током включена через диод параллельно-встречно входной обмотке, расположенной на том же Сердечнике. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР tf 550072, кл. Н 02 М /16, 1977. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2689911/07, кл. Н 02 М 5/16, 1978.

0,Stn.6Jt tliCn u)t