PL104236B1 - Bezinercyjny wzmacniacz magnetyczny sterowany fazowo - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest bezinercyjny wzmacniacz magnetyczny o sterowaniu fazowym.

Stan techniki. Znany jest z opisu patentowego PRL nr 6219E W7macniacz magnetyczny sterowany fazowo, w którym srednia wartosc pradu sterowania w uzwojeniu sterujacym odsycajacogo rdzen o prostokatnej petli histerezy, reguluje sie faza otwierania tranzystora regulacyjnego, pracujacego w rezimie klucza pradowego, która zmienia sie od wartosci 180° do 360°, za posrednictwem impulsów otwierajacych tranzystor regulacyjny. Faza, przy której nastepuje otwarcie tranzystora regulacyjnego wlaczonego w szereg z uzwojeniem sterujacym wzmacniacza i zródlem napiecia przemiennego przemagnesowujacych rdzen, decyduje o glebokosci odsycenia rdzenia w duzym pólokresie, a tym samym o srednim pradzie obciazenia wzmacniacza w pólokresie roboczym.

Opisane rozwiazanie wzmacniacza magnetycznego wymaga uzycia wylacznie bardzo drogich materialów o wspólczynniku prostokatnosci petli histerezy równym 1.

Istota wynalazku. Istota wynalazku polega na polaczeniu w nawinietym na rdzeniu ferromagnetycznym, uzwojeniu roboczym jednego konca ze zródlem napiecia sieci poprzez prostownik napiecia, a drugiego konca ze zródlem napiecia sieci, poprzez odbiornik oraz polaczeniu uzwojenia sterujacego w wspólny obwód szeregowy ze zródlem napiecia zmiennego zsynchronizowanym fazowo z napieciem sieci oraz z kluczem pradowym dwupozycyjnym polaczonym szeregowo z prostownikiem napiecia. Ponadto wzmacniacz magnetyczny posiada dodatkowe uzwojenie pomocnicze polaczone ze zródlem napiecia stalego poprzez ogranicznik pradu o wartosci maksymalnej pradu odpowiadajacej natezeniu pola magnetycznego nasyceniu przy indukcji nasycenia rdzenia, przy czym uzwojenia robocze i pomocnicze sa nawiniete przeciwsobnie w stosunku do uzwojenia sterujacego.

Dodatkowe uzwojenie pomocnicze, przez które przeplywa prad staly zapewnia utrzymanie indukcji nasycenia w rdzeniu przez czesc pólokresu sterujacego, gdy uzwojenie sterujace jest wylaczone. Uzwojenie pomocnicze zasilane jest z dodatkowego zródla napiecia stalego, za posrednictwem ukladu ograniczajacego prad w tym obwodzie na poziomie odpowiadajacym maksymalnemu natezeniu pola magnetycznego w rdzeniu wystepujacym przy indukcji nasycenia.2 104 236 Korzystne skutki techniczne wynalazku. Uklad wedlug wynalazku pozwala na budowe wzmacniaczy magnetycznych, bezinercyjnych przy zastosowaniu rdzeni magnetycznych o dowolnych parametrach, a w szczególnosci pozwala na zastosowanie rdzeni cietych z blachy transformatorowej. Zapewnia on takze pelne wykorzystanie zelaza rdzeni. Eliminuje koniecznosc stosowania do budowy wzmacniaczy bezinercyjnych •tarowanych fazowo, materialów magnetycznych typu permaloy, bardzo drogich i stosowanych w formie rdzeni toroidatoych, wymagajacych .^c-jochlonnego uzwajania recznego. Ponadto mozliwosc zastosowania blach krzemowych o duzej indukcji pozwala na znaczne zmniejszenie gabarytów urzadzania takiej samej mocy w stosunku do urzadzenia wykonanego w oparciu o rdzenie z permaloyu. Mozliwosc stosowania rdzeni cietych lub plaszczowych w miejsce toroidalnych znacznie potania i upraszcza nawijanie, a w przypadku wiekszych mocy i przekrojów przewodów umozliwia w ogóle budowe bezinercyjnych wzmacniaczy o sterowaniu fazowym.

Objasnienie rysunku. Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia ideowo-blokowy schemat wzmacniacza magnetycznego o sterowaniu fazowym z wykorzystaniem rdzenia ferromagnetycznego o nieprostokatnej petli histerezy, a fig. 2 — zlinearyzowany przebieg petli histerezy materialu ferromagnetycznego uzytego do budowy rdzeni, zas fig. 3 — przebiegi wartosci chwilowych napiec ipradów. • Przyklad wykonania. Jak uwidoczniono na fig. 1 na idzeniu ferromagnetycznym o nieprostokatnej petli histerezy nawiniete sa trzy uzwojenia to jest robocze Zo, przeciwsobnie nawiniete uzwojenie sterujace Zs oraz pomocnicze Zp, przy czym uzwojenie robocze Zo wytwarza strumien 0o, zas uzwojenie sterujace wytwarza strumien 0s przeciwnie skierowany do strumienia 0o, natomiast uzwojenie Zp pomocnicze wytwarza strumien 0p skierowany zgodnie ze strumieniem 0o. Uzwojenie Zo robocze wlaczone jest do napiecia U1 sieci, poprzez prostownik Pi i rezystci Ro. Natomiast uzwojenie Zs sterujace wlaczone jest poprzez klucz K i prostownik P2 do napiecia U2. Uzwojenie Zp pomocnicze wlaczone jest do napiecia stalego Up, poprzez uklad UOP ogranicznika pradu i prostownik P3.

Na figurze 2 uwidoczniony jest zlinearyzowany przebieg petli histerezy we wspólrzednych prostokatnych, okreslajacy indukcje B w funkcji natezenia pola H. Wartosciom przemagnesowania rdzenia od wartosci indukcji nasycenia +Bns do wartosci indukcji nasycenia —Bns odpowiada wartosc maksymalna natezenia pola Hmaks.

Uwidocznione na fig. 3 wartosci chwilowe wyjsciowego napiecia U1 skutecznego, przemagnesowujacego U2 oraz pradu obciazenia io w uzwojeniu Zo i wypadkowego pradu is, wynikajacego z przeplywów magnetycznych uzwojen Zs i Zp wyrazone sa w funkcji czasu out, gdzie oj — jest pulsacja pradu. Katowi fazowemu a z odpowiada kat ans nasycenia. Zamkniecie obwodu sterowania przy kacie fazowym az powoduje przeplyw pradu is sterujacego, a w nastepujacym po nim pólokresie roboczym przy kacie ans = ir — az nastepuje nasycenie rdzenia i przeplyw pradu io roboczego. Tak wiec w kazdej fazie kata az fazowego, zamknieciu obwodu sterujacego odpowiada kat ans nasycenia, a zatem srednia wartosc pradu roboczego.

Uklad dziala w sposób nizej opisany. Uzwojenie robocze Zo zasilane rapieciem sieci U1 w czasie trwania pólokresu roboczego powoduje przemagnesowanie rdzenia w kierunku indukcyji Bns nasycenia przyjetym za dodatni — strumien óo. W koncu kazdego pólokresu roboczego indukcja magnetyczna w rdzeniu ma wartosc równa+Bns. W czasie trwania pólokresu sterujacego, noczynajac od jego poczatku az do zamkniecia sie klucza K wlaczajacego uzwojenie sterujace Zs, stan dodatniego magnesowania rdzenia je^t utrzymywany przez przeplyw pradu w uzwojeniu pomocniczym Zp — strumien 0p, przy ^zym wartosc tego pradu wynosi: Hmaks • IFe * > ¦ lp JA) gdzie: Hmaks — oznacz? maksymalna wartosc natezenia pola, odpowiadajaca punktowi nasycenia sie rdzenia, IFe — oznacza dlugosc sredniej drogi magnetycznej rdzenia, Z — oznacza liczbe zwojów uzwojenia Zp pomocniczego.

W momencie zamkniecia klucza K napiecie U2 zaczyna przemagnesowywac rdzen od wartosci +Bns w kierunku do —Bns. Wartosc pradu magnesujacego w uzwojeniu sterujacym Zs jest powiekszona o wartosc pradu lp plynacego przez uzwojenie pomocnicze Zp, ograniczonego co do wartosci przez uklad ogranicznika pradu UOP. Uklad ogranicznika pradu UOP nie pozwala na transformowanie sie pradu zwarcia z obwodu sterujacego do obwodu pomocniczego, którego impedencja jest bardzo mala. Poziom ogrniczenia pradu w uzwojeniu pomocniczym Zp ma wartosc wynikajaca z zaleznosci lp = HmaK| * IFe jaj Prostownik P3 w obwodzie pomocniczym uniemozliwia przeplyw pradu w tym obwodzie podczas pracy uzwojenia Zo roboczego. Prostowniki P1 i P2 odlaczaja na przemian od sieci zasilajacej uzwojenia Zo i Zs tak, aby wdanym104 236 3 pólokresie napiecia zasilajacego bylo wlaczone tylko jedno z nich. W koncu pólokresu napiecia sterujacego indukcja w rdzeniu osiaga wartosc zalezna od fazy zamkniecia klucza K co zwiazane jest z kolei z wartoscia kata ans = 7T — az, «z - kat fazowy nasycenia rdzenia w nastepnym pólokresie roboczym i wartoscia srednia pradu ioroboczego. k W przypadku granicznym, kiedy faza zamkniecia klucza K jest równa katowi -n liczac od poczatku pólokresu sterowania, wartosc prcjdu io roboczego osiaga swoja maksymalna wartosc, w likajaca zwartosci napiecia sieci U1 oraz rezystancja obciazenia Ro.

Claims (2)

1. Zastrzezenie patentowe Bezinercyjny wzmacniacz magnetyczny sterowany fazowo, posiadajacy uzwojenie sterujace i uzwojenie robocze, znamienny tym, ze jeden koniec nawinietego na rdzen z materialu ferromagnetycznego uzwojenia roboczego (Zo) jest polaczony ze zródlem napiecia sieci (U1) poprzez prostownik napiecia (Pl^drugi koniec uzwojenia roboczego (Zo) jest polaczony ze zródlem napiecia sieci (U1) poprzez odbiornik (Ro) a uzwojenie (Zs) sterujace tworzy wspólny obwód szeregowy ze zródlem napiecia zmiennego (U2) zsynchronizowany fazowo z napieciem sieci (U1), oraz z dwupozycyjnym kluczem pradowym (K)y polaczonym szeregowo z prostownikiem napiecia (P2) oraz, ze posiada uzwojenie pomocnicze (Zp) polaczone ze zródlem napiecia stalego (Up), poprzez uklad ogranicznika pradu (UOP), o wartosci maksymalnej pradu odpowiadajacej natezeniu pola magnetycznego Hmaks indukcji nasycenia idzenia (Bns), prz, czym uzwojenie robocze (Zo) i uzwojenie pomocnicze (Zp) jest nawiniete przeciwsobnie w stosunku do uzwojenia sterujacego (Zs). Fig. 1-104 236 Fig

2. Uf <4 / N to 0ki2iT«z v \ cot Fig. 3 Prac. Poligraf. UP PRL naklad 120 + 18 Cena 45 zl