RU2475929C2 - Frequency multiplier by even factor n - Google Patents

Frequency multiplier by even factor n Download PDF

Info

Publication number
RU2475929C2
RU2475929C2 RU2010102439/07A RU2010102439A RU2475929C2 RU 2475929 C2 RU2475929 C2 RU 2475929C2 RU 2010102439/07 A RU2010102439/07 A RU 2010102439/07A RU 2010102439 A RU2010102439 A RU 2010102439A RU 2475929 C2 RU2475929 C2 RU 2475929C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
phase
terminals
windings
frequency
Prior art date
Application number
RU2010102439/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010102439A (en
Inventor
Михаил Иванович Бочаров
Олег Петрович Новожилов
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет"
Priority to RU2010102439/07A priority Critical patent/RU2475929C2/en
Publication of RU2010102439A publication Critical patent/RU2010102439A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2475929C2 publication Critical patent/RU2475929C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: frequency multiplier contains a converter of three-phase voltage into a system of N-phase output voltage with N magnetic circuits, each having three input windings, an output windings and a control winding positioned thereon, an external source of three-phase sine voltage and an external load connected to the output clamps, N controllable keys based on diodes and transistors, N straight-line capacitors.
EFFECT: reducing power losses.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве источника электропитания повышенных промышленных и более высоких частот.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used as a power source of increased industrial and higher frequencies.

Известен умножитель частоты в четное число N раз [1], содержащий источник внешнего синусоидального трехфазного напряжения, N магнитопроводов, на которых расположены обмотки преобразователя трехфазного напряжения в N-фазное, обмотки цепи подмагничивания постоянным током, обмотки цепи самоподмагничивания с промежуточной частотой и выходные обмотки, соединенные с конденсатором продольной компенсации в последовательную цепь, два выходных зажима, к которым подключена внешняя нагрузка.Known frequency multiplier an even number N times [1], containing an external sinusoidal three-phase voltage source, N magnetic circuits, on which the windings of the three-phase voltage to N-phase converter are located, windings of a DC bias circuit, windings of a self-biasing circuit with an intermediate frequency and output windings, connected to a longitudinal compensation capacitor in a series circuit, two output terminals to which an external load is connected.

Недостатком известного технического решения являются большие потери мощности, что обусловлено следующими причинами.A disadvantage of the known technical solution is the large power loss, due to the following reasons.

Магнитопроводы работают в режиме глубокого насыщения, в котором площадь петли гистерезиса ферромагнетика достигает наибольших размеров, поэтому потери мощности в магнитопроводах имеют максимальное значение. Кроме того, в этом режиме резко снижается индуктивность обмоток из-за чего в них протекают большие входные токи, что также приводит к увеличению мощности потерь.The magnetic cores operate in a deep saturation mode, in which the area of the hysteresis loop of the ferromagnet reaches its largest size, so the power loss in the magnetic cores is of maximum importance. In addition, in this mode, the inductance of the windings sharply decreases due to which large input currents flow in them, which also leads to an increase in power loss.

При умножении в четное число раз необходимо вводить цепи подмагничивания постоянным током, так как характеристики ферромагнетика представляют собой нечетную функцию. Для повышения эффективности умножения вводят цепи самоподмагничивания с промежуточной частотой. Наличие этих цепей приводит к дополнительному увеличению мощности потерь.When multiplying an even number of times, it is necessary to introduce DC magnetization circuits, since the characteristics of a ferromagnet are an odd function. To increase the efficiency of multiplication, self-magnetization circuits with an intermediate frequency are introduced. The presence of these circuits leads to an additional increase in power loss.

Целью изобретения является уменьшение потерь мощности.The aim of the invention is to reduce power losses.

Это достигается тем, что умножитель частоты в четное число раз N, содержащий преобразователь трехфазного напряжения в симметричную систему N фазного напряжения из N магнитопроводов с расположенными на каждом из них одной выходной обмоткой (ВО) и тремя входными обмотками (ВхО), соединенным последовательно и подключенными к выходам внешнего источника трехфазного синусоидального напряжения, а также первый и второй выходные зажимы, к которым подключена внешняя нагрузка, при этом первые выводы каждой ВО соединены между собой и подключены к первому выходному зажиму, введено N управляемых ключей (УК), N управляющих обмоток (УО), расположенных по одной на каждом из N магнитопроводов, и N конденсаторов (К), при этом первые силовые выводы (СВ) каждого УК подсоединены ко второму выводу ВО, управляющие выводы каждого УК подсоединены к соответствующим концам каждой УО, вторые СВ каждого УК соединены с первыми выводами каждого К, а вторые выводы каждого К соединены между собой и подключены ко второму выходному зажиму.This is achieved by the fact that the frequency multiplier is an even number of times N, containing a three-phase voltage converter into a symmetric system N of phase voltage from N magnetic circuits with one output winding (BO) and three input windings (BXO) located on each of them, connected in series and connected to the outputs of an external source of three-phase sinusoidal voltage, as well as the first and second output terminals to which an external load is connected, while the first terminals of each VO are interconnected and connected to In the output terminal, N controlled keys (CC), N control windings (CC), located one on each of N magnetic cores, and N capacitors (K) are introduced, while the first power terminals (CB) of each CC are connected to the second terminal BO , the control terminals of each UK are connected to the corresponding ends of each UO, the second CBs of each UK are connected to the first terminals of each K, and the second terminals of each K are connected to each other and connected to the second output terminal.

На фиг.1, в качестве одного из вариантов гармонического умножителя частоты в четное число раз, приведена схема учетверителя частоты (N=4).Figure 1, as one of the variants of a harmonic frequency multiplier an even number of times, shows a frequency quadrupler circuit (N = 4).

Гармонический умножитель частоты содержит преобразователь трехфазного напряжения 1 в симметричную систему четырехфазного напряжения, содержащий первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 магнитопроводы, с расположенными на каждом из них по одной выходной обмотке: первой ВО 6, второй ВО 7, третьей ВО 8, четвертой ВО 9 и трем ВхО, соединенным последовательно и образующих первую фазную цепь, состоящую из первой ВхО 10, второй ВхО 11, третьей ВхО 12 и четвертой ВхО 13, вторую фазную цепь, состоящую из пятой ВхО 14, шестой ВхО 15, седьмой ВхО 16 и восьмой ВхО 17, третью фазную цепь, состоящую из девятой ВхО 18, десятой ВхО 19, одиннадцатой ВхО 20 и двенадцатой ВхО 21, и подключенным к выходам внешнего источника трехфазного синусоидального напряжения 22, а также первый 23 и второй выходные зажимы 24, к которым подключена внешняя нагрузка 25, первый УК 26, второй УК 27, третий УК 28 и четвертый УК 29, первую УО 30, вторую УО 31, третью УО 32 и четвертую УО 33, расположенными на первом 2, втором 3, третьем 4 и четвертом 5 магнитопроводах соответственно, а также первый К 34, второй К 35, третий К 36 и четвертый К 37, при этом первый СВ 38 первого УК 26 подключен ко второму выводу первой ВО 6, первый СВ 39 второго УК 27 подключен ко второму выводу второй ВО 7, первый СВ 40 третьего УК 28 подключен ко второму выводу третьей ВО 8 и первый СВ 41 четверного УК 29 подключен ко второму выводу четверной ВО 9, первый УВ 42 первого УК 26 подсоединен к концу первой УО 30, первый УВ 43 второго УК 27 подсоединен к концу второй УО 31, первый УВ 44 третьего УК 28 подсоединен к концу третьей УО 32 и первый УВ 45 четвертого УК 29 подсоединен к концу четвертой УО 33, а второй УВ 50 первого УК 26 соединен с начальным выводом первой УО 30, второй УВ 51 второго УК 27 соединен с начальным выводом второй УО 31, второй УВ 52 третьего УК 28 соединен с начальным выводом третьей УО 32 и второй УВ 53 четверного УК 29 соединен с начальным выводом четверной УО 33, при этом второй СВ 46 первого УК 26 соединен с первым выводом первого К 34, второй СВ 47 второго УК 27 соединен с первым выводом второго К 35, второй СВ 48 третьего УК 28 соединен с первым выводом третьего К 36 и второй СВ 49 четвертого УК 29 соединен с первым выводом четвертого К 37, при этом вторые выводы первого К 34, второго К 35, третьего К 36 и четвертого К 37 соединены между собой и подключены ко второму выходному зажиму 24.The harmonic frequency multiplier contains a three-phase voltage converter 1 into a symmetrical four-phase voltage system, containing the first 2, second 3, third 4 and fourth 5 magnetic cores, with one output winding located on each of them: first BO 6, second BO 7, third BO 8 , the fourth BO 9 and three BXO, connected in series and forming the first phase chain, consisting of the first BXO 10, the second BXO 11, the third BXO 12 and the fourth BXO 13, the second phase chain, consisting of the fifth BXO 14, the sixth BXO 15, the seventh BXO 16 and eighth BXO 17, a phase circuit consisting of the ninth ВОО 18, the tenth ВХО 19, the eleventh ВХО 20, and the twelfth ВхО 21, and connected to the outputs of an external source of a three-phase sinusoidal voltage 22, as well as the first 23 and second output terminals 24, to which an external load 25 is connected, the first UK 26, the second UK 27, the third UK 28 and the fourth UK 29, the first UO 30, the second UO 31, the third UO 32 and the fourth UO 33 located on the first 2, second 3, third 4 and fourth 5 magnetic cores, respectively, and the first K 34, the second K 35, the third K 36 and the fourth K 37, while the first CB 38 p the first CC 26 is connected to the second terminal of the first BO 6, the first CB 39 of the second CC 27 is connected to the second terminal of the second BO 7, the first CB 40 of the third CC 28 is connected to the second terminal of the third BO 8 and the first CB 41 of the fourth CC 29 is connected to the second terminal of the fourth VO 9, the first HC 42 of the first UK 26 is connected to the end of the first UO 30, the first HC 43 of the second UK 27 is connected to the end of the second UO 31, the first HC 44 of the third UK 28 is connected to the end of the third UO 32 and the first HC 45 of the fourth UK 29 is connected to the end of the fourth UO 33, and the second HC 50 of the first UK 26 is connected to the initial output per howling MA 30, the second HC 51 of the second UK 27 is connected to the initial output of the second UO 31, the second HC 52 of the third UK 28 is connected to the initial output of the third MA 32 and the second HC 53 of the fourth UK 29 is connected to the initial output of the quad UO 33, while the second CB 46 of the first Criminal Code 26 is connected to the first terminal of the first K 34, the second CB 47 of the second Criminal Code 27 is connected to the first terminal of the second K 35, the second CB 48 of the third Criminal Code 28 is connected to the first terminal of the third K 36 and the second CB 49 of the fourth Criminal Code 29 is connected to the first terminal fourth K 37, while the second conclusions of the first K 34, the second K 35, the third K 36 and Th solid K 37 are interconnected and connected to the second output terminal 24.

На фиг.2 в качестве примера приведены два варианта схемных решений управляемого ключа, построенных на биполярном транзисторе и полупроводниковых диодах, а также подключенные к ним цепи. Все управляемые ключи идентичны, поэтому для пояснения их особенностей рассмотрим первый управляемый ключ 26.Figure 2 shows, as an example, two options for circuit solutions of a controlled key built on a bipolar transistor and semiconductor diodes, as well as circuits connected to them. All managed keys are identical, therefore, to explain their features, consider the first managed key 26.

В схеме на фиг.2,а управляемый ключ представляет собой мост, выполненный на первом полупроводниковом диоде (ПД) 54, втором ПД 55, третьем ПД 56, четвертом ПД 57 и транзисторе 58, включенном в одну из диагоналей моста. Другую диагональ моста образуют силовые выводы 38 и 46. Управляющие выводы 42 и 50 подсоединены к базе и эмиттеру транзистора 58 соответственно.In the circuit of FIG. 2, the controlled key is a bridge made on the first semiconductor diode (PD) 54, the second PD 55, the third PD 56, the fourth PD 57 and the transistor 58 included in one of the diagonals of the bridge. Another diagonal of the bridge is formed by the power terminals 38 and 46. The control terminals 42 and 50 are connected to the base and emitter of the transistor 58, respectively.

В схеме на фиг.2,б управляемый ключ 26 состоит из транзистора 59 и ПД 60, при этом эмиттер транзистора 59 и анод ПД 60 подключены к первому СВ 38, а коллектор транзистора 59 и катод ПД 60 - ко второму СВ 46. Первый УВ 42 и второй УВ 50 подсоединены к базе и эмиттеру транзистора 58.In the circuit of FIG. 2, b, the controlled key 26 consists of a transistor 59 and a PD 60, while the emitter of the transistor 59 and the anode of the PD 60 are connected to the first CB 38, and the collector of the transistor 59 and the cathode of the PD 60 to the second CB 46. The first HC 42 and the second HC 50 are connected to the base and emitter of the transistor 58.

Рассмотрим работу умножителя в предположении, что сопротивление нагрузки 25 близко к нулю.Consider the operation of the multiplier under the assumption that the load resistance 25 is close to zero.

Входное напряжение с частотой f, создаваемое источником синосуидального трехфазного напряжения 22, передается на входы преобразователя числа фаз 1 входного напряжения и преобразуется в симметричную систему четырехфазного напряжения, содержащего первый 2, второй 3, третий 4 и четвертый 5 магнитопроводы с расположенным на каждом из них по трем входным обмоткам преобразования, образующих первую фазную цепь (обмотки 10, 11, 12 и 13), вторую фазную цепь (обмотки 14, 15, 16 и 17) и третью фазную цепь (обмотки 18, 19, 20 и 21), соединенным последовательно. В результате на первой ВО 6, второй ВО 7, третьей ВО 8 и четвертой ВО 9 создается симметричная четырехфазная система напряжений u1, u2, u3 и u4 (фиг.3). Далее напряжение u1 поступает на первую последовательную цепь, образованную первым УК 26 и первым К 34, напряжение u2 поступает на вторую последовательную цепь, образованную вторым УК 27 и вторым К 35, напряжение u3 поступает на вторую последовательную цепь, образованную третьим УК 28 и третьим К 36, и напряжение u4 поступает на четвертую последовательную цепь, образованную четвертым УК 29 и четвертым К 37.An input voltage with a frequency f generated by a sinosuidal three-phase voltage source 22 is transmitted to the inputs of the number of phases 1 input voltage converter and converted into a symmetrical four-phase voltage system containing the first 2, second 3, third 4 and fourth 5 magnetic circuits with each three input conversion windings forming the first phase circuit (windings 10, 11, 12 and 13), the second phase circuit (windings 14, 15, 16 and 17) and the third phase circuit (windings 18, 19, 20 and 21) connected in series . As a result, on the first VO 6, the second VO 7, the third VO 8 and the fourth VO 9, a symmetric four-phase system of voltages u 1 , u 2 , u 3 and u 4 is created (Fig. 3). Further, the voltage u 1 is supplied to the first serial circuit formed by the first UK 26 and the first K 34, the voltage u 2 is supplied to the second serial circuit formed by the second UK 27 and the second K 35, voltage u 3 is supplied to the second serial circuit formed by the third UK 28 and the third K 36, and the voltage u 4 is supplied to the fourth serial circuit formed by the fourth UK 29 and the fourth K 37.

В результате на первой УО 30, второй УО 31, третьей УО 32 и четвертой УО 33, магнитно связанных с первой ВО 6, второй ВО 7, третьей ВО 8 и четвертой ВО 9 соответственно, образуются противофазные управляющие напряжения. Поэтому на интервалах времени Т/2 (Т - период входной частоты), когда u1, u2, u3 и u4 больше нуля, управляющие напряжения на первой УО 30, второй УО 31, третьей УО 32 и четвертой УО 33 также больше нуля, силовые выводы 38 и 46 первого УК 26, силовые выводы 39 и 47 второго УК 27, силовые выводы 40 и 48 третьего УК 28, силовые выводы 41 и 49 четвертого УК 29 замыкаются. В результате первый К 34, второй К 35, третий К 36, четвертый К 37 подключаются к первой ВО 6, второй ВО 7, третьей ВО 8, четвертой ВО 9 соответственно. При этом в течение положительной полуволны этих напряжений заряд q1 первого К 34, заряд q2 второго К 35, заряд q3 третьего К 36, заряд q4 четвертого К 37 повторяют форму выходных напряжений u1, u2, u3 и u4 соответственно (фиг.3, б). Поэтому по первой последовательной цепи, состоящей из первого УК 26 и первого К 34 протекает ток i1=dq1/dt (фиг.3, б), по второй последовательной цепь протекает ток i2=dq2/dt (фиг.3, б), по третьей последовательной цепи протекает ток i3=dq3/dt (фиг.3, б) и по четвертой последовательной цепи протекает ток i4=dq4/dt (фиг.3, б). Так как токи i1, i2, i3, i4 являются производными от заряда, то в первую четверть периода Т они протекают в одном направлении (на фиг.2 помечено знаком «+» и штриховкой), а во вторую четверть периода Т в обратном направлении.As a result, at the first UO 30, the second UO 31, the third UO 32 and the fourth UO 33, magnetically coupled to the first VO 6, the second VO 7, the third VO 8 and the fourth VO 9, respectively, antiphase control voltages are formed. Therefore, at time intervals T / 2 (T is the period of the input frequency), when u 1 , u 2 , u 3 and u 4 are greater than zero, the control voltages at the first UO 30, the second UO 31, the third UO 32 and the fourth UO 33 are also greater zero, power terminals 38 and 46 of the first Criminal Code 26, power terminals 39 and 47 of the second Criminal Code 27, power terminals 40 and 48 of the third Criminal Code 28, power terminals 41 and 49 of the fourth Criminal Code 29 are closed. As a result, the first K 34, the second K 35, the third K 36, the fourth K 37 are connected to the first VO 6, the second VO 7, the third VO 8, and the fourth VO 9, respectively. Moreover, during the positive half-wave of these voltages, the charge q 1 of the first K 34, the charge q 2 of the second K 35, the charge q 3 of the third K 36, the charge q 4 of the fourth K 37 repeat the form of the output voltages u 1 , u 2 , u 3 and u 4 respectively (figure 3, b). Therefore, the current i 1 = dq 1 / dt flows through the first serial circuit, consisting of the first CC 26 and the first K 34 (Fig. 3, b), the current i 2 = dq 2 / dt flows through the second serial circuit (Fig. 3, b), the current i 3 = dq 3 / dt flows along the third serial circuit (Fig. 3, b) and the current i 4 = dq 4 / dt flows along the fourth serial circuit (Fig. 3, b). Since the currents i 1 , i 2 , i 3 , i 4 are derived from the charge, then in the first quarter of the period T they flow in one direction (marked with a + sign in Fig. 2 and hatching), and in the second quarter of the period T in the opposite direction.

При схемной реализации управляемых ключей 26, 27, 28 и 29 в виде диодно-транзисторных цепей (фиг.2) управляющими выводами 42 и 50, 43 и 51, 44 и 52, 45 и 53 являются выводы база-эмиттер транзисторов, а силовыми выводами этих ключей 38 и 46, 39 и 47, 40 и 48, 41 и 49 являются выводы коллектор-эмиттер этих транзисторов.In the circuit implementation of the controlled keys 26, 27, 28 and 29 in the form of diode-transistor circuits (Fig. 2), the control terminals 42 and 50, 43 and 51, 44 and 52, 45 and 53 are the terminals of the base emitter of transistors, and the power terminals of these keys 38 and 46, 39 and 47, 40 and 48, 41 and 49 are the collector-emitter terminals of these transistors.

Ток iн, протекающий через внешнюю нагрузку 25, равен сумме iн=i1+i2+i3+i4. На фиг.3,в он выделен жирной линией и представляет колебание, частота которого в четыре раза превышает частоту f входного напряжения. Поэтому устройство является учетверителем частоты.The current i n flowing through the external load 25 is equal to the sum i n = i 1 + i 2 + i 3 + i 4 . Figure 3, in it is highlighted in bold and represents an oscillation whose frequency is four times the frequency f of the input voltage. Therefore, the device is a frequency quadrupler.

Как видно из фиг.3, в токи i1, i2, i3 и i4 протекают в двух направлениях: положительном и отрицательном. Причем среднее значение каждого из этих токов за период Т равно нулю, т.е. постоянная составляющая тока отсутствует. Поэтому потерь по постоянному току в этих цепях нет и, следовательно, преобразование частоты протекает с высокой эффективностью, ограниченной только омическими потерями в ключах, выходных и управляющих обмотках, потерями в материале сердечников и конденсаторов. При использовании современной элементной базы эти потери составляют несколько процентов в диапазоне достаточно высоких частот (до МГц и выше).As can be seen from figure 3, in the currents i 1 , i 2 , i 3 and i 4 flow in two directions: positive and negative. Moreover, the average value of each of these currents for the period T is zero, i.e. there is no DC component. Therefore, there are no DC losses in these circuits and, therefore, the frequency conversion proceeds with high efficiency, limited only by ohmic losses in the keys, output and control windings, and losses in the material of the cores and capacitors. Using a modern elemental base, these losses amount to several percent in the range of sufficiently high frequencies (up to MHz and higher).

При сопротивлении Rн внешней нагрузки 25, отличном от нуля, работа устройства несколько изменяется. Это обусловлено тем, что по законам коммутации ток, протекающий через выходные обмотки, имеющие индуктивное сопротивление, не может мгновенно измениться. В результате за счет конечности сопротивления Rн процесс нарастания токов i1, i2, i3 и i4 будет происходить не мгновенно, а более плавно, что приводит и к плавному нарастанию тока iн. Поэтому форма выходного тока будет приближаться к синусоидальной с частотой 4f.When the resistance R n of the external load 25, other than zero, the operation of the device varies slightly. This is due to the fact that, according to the laws of switching, the current flowing through the output windings having inductive resistance cannot instantly change. As a result, due to the finite resistance R n, the process of increasing currents i 1 , i 2 , i 3 and i 4 will occur not instantly, but more smoothly, which leads to a smooth increase in current i n . Therefore, the shape of the output current will approach a sinusoidal frequency of 4f.

Аналогичным образом работает устройство и при других кратностях умножения N.The device works in a similar way for other multiplications of N.

Реализация заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Преобразователь числа фаз 1 выполняет следующие функции [2]: преобразует малое выходное сопротивление источника трехфазного синусоидального напряжения 22 в малое выходное сопротивление преобразователя фаз 1, при котором достигается его максимальный коэффициент передачи; создает относительные фазовые сдвиги ФN=2π/N напряжений на выходных обмотках 6, 7, 8 и 9 (фиг.3, а).The implementation of the claimed device is as follows. The phase number converter 1 performs the following functions [2]: converts a small output impedance of a three-phase sinusoidal voltage source 22 into a small output impedance of a phase converter 1, at which its maximum transfer coefficient is achieved; creates relative phase shifts Φ N = 2π / N of the voltages on the output windings 6, 7, 8 and 9 (Fig. 3, a).

Первая функция реализуется известными методами теории цепей и взаимосвязана со второй, сводящейся к определению числа витков обмоток преобразователя числа фаз [2].The first function is realized by well-known methods of circuit theory and is interconnected with the second, which is reduced to determining the number of turns of the windings of the phase number converter [2].

Эта задача решена в [3] для любых N. При этом для N=4, относительное число витков входных обмоток составляет: первая обмотка 10 w1=(W1/W0)=0.118, вторая обмотка 11 w2=(W2/W0)=-0.118, третья обмотка 12 w3=(W3/W0)=-0,118, четвертая обмотка 13 w4=(W4/W0)=0.118, пятая обмотка 14 w5=(W5/W0)=0.043, шестая обмотка 15 w6=(W6/W0)=0.161, седьмая обмотка 16 w7=(W7/W0)=-0.043, восьмая обмотка 17 w8=(W8/W0)=-0.161, девятая обмотка 18 w9=(W9/W0)=0.161, десятая обмотка 19 w10=(W10/W0)=-0.143, одиннадцатая обмотка 20 w11=(W11/W0)=0.161 и двенадцатая обмотка 21 w12=(W12/W0)=-0.143, где Wn - число витков соответствующей входной обмотки преобразователя числа фаз, n=1, 2, 3…12 - номер обмотки, W0 - число витков, заданное исходя из конструктивных и габаритных размеров магнитопроводов. Знак минус перед нормированным значением числа витков означает встречное включение. Аналогичным образом с использованием [3] определяется число витков входных обмоток и для других кратностей умножения N.This problem was solved in [3] for any N. Moreover, for N = 4, the relative number of turns of the input windings is: the first winding 10 w 1 = (W 1 / W 0 ) = 0.118, the second winding 11 w 2 = (W 2 / W 0 ) = - 0.118, third winding 12 w 3 = (W 3 / W 0 ) = - 0.118, fourth winding 13 w 4 = (W 4 / W 0 ) = 0.118, fifth winding 14 w 5 = (W 5 / W 0 ) = 0.043, sixth winding 15 w 6 = (W 6 / W 0 ) = 0.161, seventh winding 16 w 7 = (W 7 / W 0 ) = - 0.043, eighth winding 17 w 8 = (W 8 / W 0 ) = - 0.161, ninth winding 18 w 9 = (W 9 / W 0 ) = 0.161, tenth winding 19 w 10 = (W 10 / W 0 ) = - 0.143, eleventh winding 20 w 11 = (W 11 / W 0 ) = 0.161 and the twelfth winding 21 w 12 = (W 12 / W 0 ) = - 0.143, where W n is the number of turns of the corresponding input winding p phase number converter, n = 1, 2, 3 ... 12 - winding number, W 0 - number of turns specified based on the structural and overall dimensions of the magnetic circuits. The minus sign in front of the normalized value of the number of turns means counter inclusion. Similarly, using [3], the number of turns of the input windings is determined for other multiplicities of multiplication N.

Для реализации преобразователя числа фаз 1 используют стандартные и нестандартные магнипроводы различной конструкции: стрежневые, броневые, витые, тороидальные и другие. Достоинства сердечников различных конструкции изложены в [4]. На каждом из этих магнитопроводов располагаются как входные обмотки, так выходные и управляющие обмотки.To implement the phase number converter 1, standard and non-standard magnitude wires of various designs are used: rod, armor, twisted, toroidal and others. The advantages of cores of various designs are described in [4]. At each of these magnetic cores, both input windings and output and control windings are located.

Материал магнитопроводов выбирается таким образом, чтобы обеспечить минимальные потери как на входной частоте f, так и выходной частоте Nf. В случае использования умножителей частоты в силовых промышленных установках в качестве материала могут использоваться различные электротехнические стали на частотах до двух килогерц. На более высоких частотах целесообразно использовать ферритовые магнитопроводы. При этом потери в магнитопроводах заявляемого устройства существенно меньше, поскольку они работают в линейном режиме.The material of the magnetic cores is selected in such a way as to ensure minimal losses both at the input frequency f and the output frequency Nf. In the case of using frequency multipliers in power industrial plants, various electrical steel steels at frequencies up to two kilohertz can be used as a material. At higher frequencies, it is advisable to use ferrite magnetic cores. In this case, the losses in the magnetic circuits of the claimed device are significantly less, since they operate in a linear mode.

При работе магнитопровода в линейном режиме существенно повышается область рабочих частот. Поэтому с использование заявляемого устройства можно умножать как промышленные частоты, так и более высокие частоты. При этом на более высоких частотах габариты сердечников получаются небольшими, поскольку преобразуемая мощность прямо пропорциональна частоте.When the magnetic circuit operates in linear mode, the range of operating frequencies significantly increases. Therefore, using the inventive device, you can multiply both industrial frequencies and higher frequencies. At the same time, at higher frequencies, the dimensions of the cores are small, since the converted power is directly proportional to the frequency.

Для работы заявляемого устройства необходимо выбрать оптимальные параметры конденсаторов, транзисторов и полупроводниковых диодов.For the operation of the inventive device, it is necessary to select the optimal parameters of capacitors, transistors and semiconductor diodes.

Емкость конденсаторов выбирается по реактивной мощности накапливаемой в этих элементах и определяется соотношениемThe capacitance of the capacitors is selected by the reactive power accumulated in these elements and is determined by the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где C - номинал конденсатора; U - амплитуда напряжения на его обкладках.where C is the capacitor rating; U is the amplitude of the voltage on its plates.

Для оптимальной работы устройства необходимо, чтобы реактивная мощность (1) в несколько раз превышала активную мощность, выделяемую во внешней нагрузке 25.For optimal operation of the device, it is necessary that the reactive power (1) is several times higher than the active power released in the external load 25.

Параметры используемых транзисторов выбираются по допустимым токам коллектора Iк доп, напряжениям коллектор-эмиттер Uк-э доп. При этом максимальный ток не должен превышать Iк доп. Амплитуда напряжений на транзисторах в рабочем режиме приблизительно равняется амплитуде U и должна в два раза быть меньше Uк-э доп. При этом необходимо выбирать транзистор с минимальным сопротивлением насыщения, который приводится в справочниках, либо определяется по выходным статическим характеристикам. Граничная частота транзисторов выбирается из условия, чтобы обеспечить малые коммутационные потери и на порядок должна превышать выходную частоту Nf.The parameters of the transistors used are selected according to the permissible collector currents I to additional , collector-emitter voltages U to-additional . In this case, the maximum current should not exceed I to extra . The amplitude of the voltages at the transistors in the operating mode is approximately equal to the amplitude U and should be half as much as U to-ext . In this case, it is necessary to choose a transistor with a minimum saturation resistance, which is given in the manuals, or is determined by the output static characteristics. The cutoff frequency of the transistors is selected from the condition to ensure low switching losses and should be an order of magnitude higher than the output frequency Nf.

Амплитуда напряжения между управляющими входами транзисторов должна составлять 1.5-2.5 В.The voltage amplitude between the control inputs of the transistors should be 1.5-2.5 V.

Полупроводниковые диоды выбираются также по допустимым прямому току и обратному напряжению.Semiconductor diodes are also selected for permissible forward current and reverse voltage.

При работе в диапазоне частот до нескольких мегагерц и выше имеется достаточно большая номенклатура транзисторов и полупроводниковых диодов, обеспечивающих КПД преобразования, близкий к 100%.When operating in the frequency range up to several megahertz and higher, there is a fairly large range of transistors and semiconductor diodes that provide conversion efficiency close to 100%.

Снижение потерь мощности в заявляемом устройстве обусловлено следующими факторами:The reduction in power loss in the inventive device is due to the following factors:

1) для умножения частоты используются цепи, составленные из управляемого ключа и конденсатора, которые потенциально не обладают потерями;1) to multiply the frequency, circuits made up of a controlled key and a capacitor are used, which potentially have no losses;

2) на магнитопроводы возложена только функция преобразования числа фаз, благодаря чему ферромагнетик работает без насыщения (в линейном режиме) и, следовательно, имеет малые потери. Кроме того, отпала необходимость в цепях подмагничивания постоянным током и самоподмагничивания током промежуточной частоты, что также сопутствует значительному снижению потерь мощности.2) only the function of converting the number of phases is entrusted to the magnetic circuits, due to which the ferromagnet operates without saturation (in linear mode) and, therefore, has small losses. In addition, the need for DC bias and self-biasing circuits with an intermediate frequency current has disappeared, which also accompanies a significant reduction in power losses.

К достоинству заявляемого устройства следует также отнести и то, что используемые для умножения конденсаторы выполняют также функции продольной компенсации индуктивного сопротивления преобразователя числа фаз, повышая cos φ умножителя частоты.The advantage of the claimed device should also include the fact that the capacitors used for multiplication also perform the functions of longitudinal compensation of the inductive resistance of the phase number converter, increasing the cos φ of the frequency multiplier.

Одно из наиболее перспективных областей применения предлагаемого технического решения - источники колебаний частотой 400 Гц, в качестве которых можно использовать умножители частоты 50 Гц с кратностью N=8.One of the most promising fields of application of the proposed technical solution is oscillation sources with a frequency of 400 Hz, for which frequency multipliers of 50 Hz with a multiplicity of N = 8 can be used.

Заявляемое устройство можно использовать для умножения и более высоких частот. Для этой цели имеется большая номенклатура сердечников [5], которые в линейном режиме имеют значительно меньшие потери по сравнению с известными устройствами [1, 4], в которых сердечники магнитопроводов работают в нелинейном режиме.The inventive device can be used for multiplication and higher frequencies. For this purpose, there is a large range of cores [5], which in the linear mode have significantly lower losses compared to the known devices [1, 4], in which the cores of the magnetic cores operate in a nonlinear mode.

Таким образом заявляемое устройство имеет существенные преимущества по сравнению с известными и отвечает требованиям промышленной реализуемости.Thus, the inventive device has significant advantages compared with the known and meets the requirements of industrial feasibility.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. А.с. 665378 (СССР). Ферромагнитный умножитель частоты в четное число раз. / Ю.А.Александров, А.Н.Богаченков, О.П.Новожилов - Опубл. 30.05.79. Бюл. №20.1. A.S. 665378 (USSR). Ferromagnetic frequency multiplier an even number of times. / Yu.A. Aleksandrov, A.N. Bogachenkov, O.P. Novozhilov - Publ. 05/30/79. Bull. No. 20.

2. Новожилов О.П. Ферромагнитные преобразователи числа фаз и частоты. // Электричество. - 1985, №12, С.49-51.2. Novozhilov O.P. Ferromagnetic converters of the number of phases and frequencies. // Electricity. - 1985, No. 12, S. 49-51.

3. Новожилов О.П. К расчету витков ферромагнитных преобразователей числа фаз и частоты. // Электричество. - 1987, №1, С.57-59.3. Novozhilov O.P. To the calculation of turns of ferromagnetic converters of the number of phases and frequency. // Electricity. - 1987, No. 1, P.57-59.

4. Ферромагнитные умножители частоты. / А.М.Бамдас, И.В.Блинов, Н.В.Захаров и др.; - М.: Энергия. - 1968. с 147-148.4. Ferromagnetic frequency multipliers. / A.M. Bamdas, I.V. Blinov, N.V. Zakharov and others; - M .: Energy. - 1968. from 147-148.

5. Сидоров И.Н., Христинин А.А., Скорняков С.В. Малогабаритные магнитопроводы и сердечники. - М.: Радио и связь. - 1989. - 384 с.5. Sidorov I.N., Khristinin A.A., Skornyakov S.V. Small-sized magnetic cores and cores. - M .: Radio and communication. - 1989. - 384 p.

Claims (1)

Умножитель частоты в четное число раз N, содержащий преобразователь трехфазного напряжения в симметричную систему N фазного напряжения из N магнитопроводов с расположенными на каждом из них одной выходной обмоткой (ВО) и тремя входными обмотками, соединенными последовательно и подключенными к выходам внешнего источника трехфазного синусоидального напряжения, а также первый и второй выходные зажимы, к которым подключена внешняя нагрузка, при этом первые выводы каждой ВО соединены между собой и подключены к первому выходному зажиму, отличающийся тем, что введено N управляемых ключей (УК), N управляющих обмоток (УО), расположенных по одной на каждом из N магнитопроводов, и N конденсаторов (К), при этом первые силовые выводы (СВ) каждого УК подсоединены ко второму выводу ВО, управляющие выводы каждого УК подсоединены к соответствующим концам каждой УО, вторые СВ каждого УК соединены с первыми выводами каждого К, а вторые выводы каждого К соединены между собой и подключены ко второму выходному зажиму. The frequency multiplier is an even number of times N, containing a three-phase voltage converter into a symmetric system N of a phase voltage of N magnetic circuits with one output winding (BO) located on each of them and three input windings connected in series and connected to the outputs of an external three-phase sinusoidal voltage source, as well as the first and second output terminals, to which an external load is connected, while the first terminals of each VO are interconnected and connected to the first output terminal, The fact is that N controlled keys (CC), N control windings (CC), located one on each of N magnetic cores, and N capacitors (K) are introduced, while the first power terminals (CB) of each CC are connected to the second terminal , the control terminals of each UK are connected to the corresponding ends of each UO, the second CBs of each UK are connected to the first terminals of each K, and the second terminals of each K are connected to each other and connected to the second output terminal.
RU2010102439/07A 2010-01-25 2010-01-25 Frequency multiplier by even factor n RU2475929C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102439/07A RU2475929C2 (en) 2010-01-25 2010-01-25 Frequency multiplier by even factor n

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010102439/07A RU2475929C2 (en) 2010-01-25 2010-01-25 Frequency multiplier by even factor n

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010102439A RU2010102439A (en) 2011-07-27
RU2475929C2 true RU2475929C2 (en) 2013-02-20

Family

ID=44753264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010102439/07A RU2475929C2 (en) 2010-01-25 2010-01-25 Frequency multiplier by even factor n

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475929C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU665378A1 (en) * 1978-01-30 1979-05-30 Московский Институт Электнного Машиностроения Ferromagnetic multiplier of frequency by even number
EP0487386A1 (en) * 1990-11-23 1992-05-27 Thomson-Csf Frequency doubler
RU93001744A (en) * 1993-01-11 1996-06-27 П.С. Райкин MULTIPLIENT FREQUENCY THREE-PHASE NETWORK
WO1998000905A1 (en) * 1996-06-28 1998-01-08 The Whitaker Corporation A transistor based frequency multiplier
RU2324284C1 (en) * 2006-10-03 2008-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Harmonic frequency multiplier

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2027291C1 (en) * 1993-01-11 1995-01-20 Поль Соломонович Райкин Frequency multiplier of the three-phase network
RU2110135C1 (en) * 1994-03-04 1998-04-27 Уфимский государственный авиационный технический университет Magnet-thyristor frequency multiplier (options)

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU665378A1 (en) * 1978-01-30 1979-05-30 Московский Институт Электнного Машиностроения Ferromagnetic multiplier of frequency by even number
EP0487386A1 (en) * 1990-11-23 1992-05-27 Thomson-Csf Frequency doubler
RU93001744A (en) * 1993-01-11 1996-06-27 П.С. Райкин MULTIPLIENT FREQUENCY THREE-PHASE NETWORK
RU96104226A (en) * 1996-03-04 1998-06-20 Уфимский государственный авиационный технический университет MAGNETIC THYristor Frequency Multiplier
WO1998000905A1 (en) * 1996-06-28 1998-01-08 The Whitaker Corporation A transistor based frequency multiplier
RU2324284C1 (en) * 2006-10-03 2008-05-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" Harmonic frequency multiplier

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010102439A (en) 2011-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11088632B2 (en) Multi-channel inverter systems including coupled inductors
Borage et al. Analysis and design of an LCL-T resonant converter as a constant-current power supply
Yang et al. A novel 24-pulse diode rectifier with an auxiliary single-phase full-wave rectifier at DC side
US9431918B2 (en) Grounding scheme for modular embedded multilevel converter
EP2234237A1 (en) Method for controlling single-phase DC/AC converters and converter arrangement
US8665617B2 (en) Plant for transmitting electric power
TW201212499A (en) Grid-tie inverter
CN105191100A (en) Bidirectional DC-to-DC converter
RU2517378C1 (en) Resonance power amplifier
CN113809922A (en) Resonant power converter
US10312825B2 (en) Five-level half bridge inverter topology with high voltage utilization ratio
Hashemizadeh Ashan et al. Generalised single‐phase N‐level voltage‐source inverter with coupled inductors
RU2475929C2 (en) Frequency multiplier by even factor n
RU76159U1 (en) TRANSFORMER WITH PAIR OUTPUT WINDING
EP2840699A2 (en) Multilevel converter system
CN111082646A (en) Current ripple eliminating circuit and power converter using same
RU2537374C2 (en) Four-time magnetic semiconductor frequency multiplier
Rusfa et al. Harmonics Suppression using a GaN-based Flying-Capacitor Multilevel Inverter with PWM Operation at 13.6 MHz
SU1667211A1 (en) Dc/dc voltage converter
RU77517U1 (en) INDUCTIVE CAPACITY CONVERTER
SU1457119A1 (en) Ferromagnetic converter of currency in 1:3 ratio
SU366536A1 (en) CONVERTER VOLTAGE CONVERTER TO STABILIZED SINUSOIDAL VOLTAGE
Lyubov et al. Hybrid magnetic systems as a way to obtain required magnetic properties
RU155285U1 (en) MAGNETIC SEMICONDUCTOR HIGH FREQUENCY POWER SUPPLY
RU2538182C2 (en) Magnetic-semiconductor frequency multiplier

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130126