RU2539353C2 - Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier - Google Patents
Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539353C2 RU2539353C2 RU2013122504/07A RU2013122504A RU2539353C2 RU 2539353 C2 RU2539353 C2 RU 2539353C2 RU 2013122504/07 A RU2013122504/07 A RU 2013122504/07A RU 2013122504 A RU2013122504 A RU 2013122504A RU 2539353 C2 RU2539353 C2 RU 2539353C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- windings
- frequency multiplier
- winding
- key
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, умножителям частоты, и может быть использовано в качестве источников питания быстроходных двигателей, ручного электроинструмента, для выпрямителей, для регулируемых источников питания электротехнологических установок, например, индукционного нагрева и т.п.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to converter technology, frequency multipliers, and can be used as power sources for high-speed engines, hand-held electric tools, for rectifiers, for regulated power sources of electrotechnological installations, for example, induction heating, etc.
Известен магнитно-полупроводниковый умножитель частоты, принятый в качестве аналога (авт. свид. №497695, БИ, №48, 1975), содержащий многообмоточный трансформатор с насыщенными сердечниками, обмотки подмагничивания постоянным током и обмотки самоподмагничивания с конденсаторами.Known magnetic semiconductor frequency multiplier adopted as an analogue (ed. Certificate. No. 497695, BI, No. 48, 1975), containing a multi-winding transformer with saturated cores, DC magnetizing windings and self-magnetizing windings with capacitors.
Недостатками аналога являются: большие масса и габариты, инерционность, зависимость амплитуд гармоник выходной частоты от уровня тока подмагничивания, низкие энергетические показатели.The disadvantages of the analog are: large mass and dimensions, inertia, the dependence of the amplitudes of the harmonics of the output frequency on the level of the bias current, low energy performance.
Известен магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в четное число раз, принятый в качестве аналога (авт. свид. №782084, БИ, №43, 1980), содержащий трехфазный преобразователь числа фаз удвоенной кратности умножения и однополупериодные ключи, подключенные к вторичным обмоткам упомянутого преобразователя, и однофазный трансформатор.Known magnetic semiconductor frequency multiplier an even number of times, adopted as an analogue (ed. Certificate. No. 782084, BI, No. 43, 1980), containing a three-phase converter of the number of phases of double multiplication frequency and half-wave switches connected to the secondary windings of the aforementioned converter, and single phase transformer.
Недостатками аналога являются: большие масса и габариты, низкие энергетические показатели вследствие применения фазового управления ключами по углу включения, ограниченный диапазон регулирования при активно-индуктивной нагрузке.The disadvantages of the analogue are: large mass and dimensions, low energy performance due to the use of phase control of the keys along the switching angle, limited control range with active-inductive load.
Известен магнитно-полупроводниковый умножитель частоты, принятый в качестве прототипа (авт. свид. №232364, БИ, №1, 1969, фиг.2), содержащий многообмоточный трансформатор, к вторичным обмоткам которого подсоединены ключи, дроссели, нагрузка, установленная между двух звезд, и блок управления ключами.Known magnetic semiconductor frequency multiplier, adopted as a prototype (ed. Certificate. No. 2323364, BI, No. 1, 1969, figure 2), containing a multi-winding transformer, to the secondary windings of which are connected the keys, inductors, the load installed between two stars , and a key management unit.
Недостатками аналога являются: низкие массогабаритные показатели, зависимость настройки частоты от параметров дросселей, невысокая надежность работы умножителя частоты.The disadvantages of the analog are: low overall dimensions, the dependence of the frequency settings on the parameters of the chokes, low reliability of the frequency multiplier.
Задачей изобретения является: повышение энергетических показателей, расширение диапазона регулирования выходного напряжения при активно -индуктивной нагрузке, улучшение массогабаритных показателей и упрощение конструкции.The objective of the invention is: to increase energy performance, expand the range of regulation of the output voltage at an active inductive load, improve overall dimensions and simplify the design.
Поставленная цель достигается тем, что в магнитно-полупроводниковом умножителе частоты в шесть раз, содержащем трехфазный двухобмоточный трансформатор и дроссели насыщения в каждой фазе сети, нагрузку и однополупериодные ключи, управляемые от блока управления, обмотки дросселей насыщения соединены по мостовой схеме, одни диагонали которых подключены к вторичным обмоткам указанного трансформатора, а вторые диагонали соединены в две звезды, между которыми подключена нагрузка, причем обмотки одной диагонали каждого дросселя насыщения и нагрузка зашунтированы однополупериодными ключами, связанными с блоком управления через ключ, шунтирующий нагрузку.This goal is achieved by the fact that in a magnetic semiconductor frequency multiplier six times, containing a three-phase two-winding transformer and saturation chokes in each phase of the network, a load and half-wave keys controlled from the control unit, the windings of saturation chokes are connected according to a bridge circuit, one diagonals of which are connected to the secondary windings of the specified transformer, and the second diagonals are connected in two stars, between which the load is connected, and the windings of one diagonal of each saturation inductor Half-wave load shunted keys associated with the control unit via the key, shunt load.
Сущность изобретения заключается в том, что замыкание шунтирующим ключом обмотки дросселя насыщения осуществляется в начале положительного полупериода на время α π/6, а с момента его размыкания сердечник дросселя насыщения перемагничивается и насыщается в момент βk=2π-αk, однозначно связанный с углом коммутации регулирующих ключей, где αk - длительность замкнутого состояния регулирующего ключа. На нагрузке формируется напряжение, в 6 раз превышающее частоту сети, а все другие гармоники ниже шестой при сложении взаимно компенсируются. При активно-индуктивной нагрузке с момента α=αk размыкания регулирующего ключа первичная обмотка трансформатора закорачивается нулевым ключом, обеспечивая протекание тока в прежнем направлении и свободный обмен энергией между сетью и нагрузкой.The essence of the invention lies in the fact that the shunt key closes the winding of the saturation inductor at the beginning of the positive half-cycle for the time α π / 6, and from the moment of its opening, the core of the saturation inductor is magnetized and saturated at the moment β k = 2π-α k , which is uniquely associated with the angle switching regulatory keys, where α k is the duration of the closed state of the regulatory key. A voltage is formed at the load, which is 6 times higher than the mains frequency, and all other harmonics below the sixth when added are mutually compensated. With an active-inductive load, from the moment α = α k the control switch opens, the primary winding of the transformer is short-circuited with a zero key, ensuring current flow in the previous direction and free exchange of energy between the network and the load.
На фиг.1 представлена схема магнитно-полупроводникового умножителя частоты, а на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип его работы.Figure 1 presents a diagram of a magnetic semiconductor frequency multiplier, and figure 2 is a timing diagram explaining the principle of its operation.
Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в 6 раз содержит двухобмоточный трехфазный трансформатор 1, к вторичным обмоткам 2, 3, 4 которого подключены шесть дросселей 5-10 насыщения с двумя обмотками 11-16, 11а-16а на каждом дросселе, при этом обмотки 11-16 и 11а-16а соединены по мостовой схеме. Одни диагонали моста подключены к вторичным обмоткам 2, 3, 4 трансформатора 1, а вторые - соединены в две звезды к нагрузке 17. Обмотки 11-16 и нагрузка 17 зашунтированы однополупериодными ключами 18-24, которые получают сигналы управления от блока 25 управления через ключ 24, установленный параллельно нагрузке 17 и выполняющий функции нулевого вентиля для обеспечения контура сброса запасенной энергии.The magnetic
На фиг.1 представлена схема умножителя частоты в 6 раз, а фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы при угле коммутации αk=π/6.In Fig.1 shows a diagram of a frequency multiplier by 6 times, and Fig.2 is a timing diagram explaining the principle of operation at a switching angle α k = π / 6.
В начале полупериода с блока 25 управления замыкается ключ 18, шунтирующий обмотку 11 насыщенного в предыдущий полупериод напряжения фазы A дросселя 5. Образуется контур: обмотка 2 - ключ 18 - нагрузка 17 - обмотка 11а дросселя 1 - вторичная обмотка 2, и к нагрузке 17 прикладывается отрезок напряжения 26 (фиг.2, а). При угле коммутации α=αk=π/6 ключ 18 размыкается, и под действием напряжения фазы A дроссель 1 насыщения начинает перемагничиваться и насыщается в момент βk=2π-αk. Одновременно, под действием напряжения фазы C насыщается дроссель 10, а после изменения ее полярности замыкается ключ 23, при этом в интервале π/6 α π/2 ток протекает по цепи: вначале обмотка 4 - обмотка 16а - нагрузка 17 - обмотка 16 и обмотка 4, а затем 4-22-17-16а - фаза 4, и на нагрузке 17 формируются отрезки напряжения 27 и 28 разной полярности (фиг.2, б). В диапазоне π/2 α 5π/6 действует фаза B, вначале насыщается дроссель 7, а затем ключ 20 закорачивает обмотку 13. По контурам: 3-13а-17-13-3, а затем по 3-20-17-13а-3 протекает ток, и к нагрузке прикладываются напряжения 29 и 30 (фиг.2, в). В диапазоне 5π/6 α 7π/6 действует фаза A, при этом вначале ток протекает по контурам: 2-12-17-12а-2, а после замыкания ключа 19 по контуру 2-19-17-12а-2, и на нагрузке формируются напряжения 31 и 32 (фиг.2, г). Затем в действие вступает фаза C (фиг.2, д)). На интервале 7π/6 α 3π/2 процессы протекают в дросселе 9. Он вначале насыщается, а затем обмотка 15 шунтируется ключом 22, и к нагрузке прикладываются отрезки синусоид 33, 34.At the beginning of the half-cycle from the
На интервале 3π/2 α 11π/6 работает фаза B; вначале насыщается дроссель 8, а затем ключ 21 закорачивает обмотку 14 дросселя 8, формируя напряжения 35, 36 (фиг.2, е). На последнем интервале в момент βk=2π-αk насыщается дроссель 5 и по цепи: 2-11а-17-11-2 протекает ток, а к нагрузке 17 прикладывается отрезок синусоиды 37. В следующий период напряжения процессы повторяются.In the interval 3π / 2 α 11π / 6, phase B operates; first, the
Следовательно, за период напряжения фазы A к нагрузке 17 прикладывается синфазное напряжение с частотой, в 6 раз превышающей частоту напряжения сети.Therefore, during the phase A voltage period, a common-mode voltage is applied to the
При активно-индуктивной нагрузке 17 с углами регулирования αk π/6 с момента размыкания регулирующих ключей 18-23 с блока 25 управления ключами поступают прямоугольные ШИМ-импульсы на ключ 24, выполняющий функции нулевого вентиля, по которому на интервале αk α βk протекает ток в короткозамкнутом контуре нагрузки, спадая по экспоненте. Ключ 24 работает с частотой, в шесть раз большей, чем регулирующие ключи 18-23.When the active-
Для магнитопроводов дросселей насыщения следует использовать магнитные материалы с узкой, прямоугольной петлей гистерезиса, а в качестве ключей - транзисторы: биполярные, типа IGBT, MOSFET или тиристоры с конденсаторной коммутацией, либо GTO, IGCT и другие.Magnetic materials with a narrow, rectangular hysteresis loop should be used for magnetic circuits of saturation chokes, and transistors should be used as keys: bipolar, such as IGBT, MOSFET or thyristors with capacitor switching, or GTO, IGCT and others.
Таким образом, в предлагаемом умножителе частоты в 6 раз обеспечивается регулирование выходного напряжения в широком диапазоне без сдвига гармоник независимо от характера и параметров нагрузки, при этом повышаются массогабаритные показатели, надежность и энергетические показатели. Инерционность магнитно-полупроводникового регулирующего органа не превышает полупериода частоты сети.Thus, in the proposed frequency multiplier, the output voltage is regulated 6 times over a wide range without shifting harmonics, regardless of the nature and parameters of the load, while the overall dimensions, reliability and energy indicators are increased. The inertia of the magnetic semiconductor regulatory body does not exceed a half-period of the network frequency.
Умножители частоты в 6 раз (300 Гц) могут быть изготовлены мощностью в несколько сотен киловатт.Frequency multipliers of 6 times (300 Hz) can be made with a power of several hundred kilowatts.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013122504/07A RU2539353C2 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013122504/07A RU2539353C2 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013122504A RU2013122504A (en) | 2014-11-20 |
RU2539353C2 true RU2539353C2 (en) | 2015-01-20 |
Family
ID=53288635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013122504/07A RU2539353C2 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2539353C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU232364A1 (en) * | В. А. Кухтин | VENTILATED MULTIPLE OF FREQUENCY | ||
US3715647A (en) * | 1971-03-31 | 1973-02-06 | Ajax Magnethermic Corp | Frequency converter for converting multiphase low frequency alternating current into single-phase higher frequency alternating current |
SU782084A1 (en) * | 1978-06-30 | 1980-11-23 | Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе | Magneto-thyristor frequency multiplier by even number with direct coupling |
-
2013
- 2013-05-15 RU RU2013122504/07A patent/RU2539353C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU232364A1 (en) * | В. А. Кухтин | VENTILATED MULTIPLE OF FREQUENCY | ||
US3715647A (en) * | 1971-03-31 | 1973-02-06 | Ajax Magnethermic Corp | Frequency converter for converting multiphase low frequency alternating current into single-phase higher frequency alternating current |
SU782084A1 (en) * | 1978-06-30 | 1980-11-23 | Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе | Magneto-thyristor frequency multiplier by even number with direct coupling |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013122504A (en) | 2014-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110268616B (en) | Resonant converter comprising a flying capacitor | |
Kjaer et al. | A primary-switched line-side converter using zero-voltage switching | |
Arrillaga et al. | A current reinjection scheme that adds self-commutation and pulse multiplication to the thyristor converter | |
RU2460246C1 (en) | Conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter and method to control conversion device for induction heating based on parallel bridge resonant inverter | |
Borst et al. | Voltage control by means of power thyristors | |
RU2539353C2 (en) | Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier | |
RU2505899C1 (en) | Integrated apparatus for melting ice and compensation of reactive power | |
RU115132U1 (en) | AUTONOMOUS INVERTER VOLTAGE CONVERTER | |
RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
RU2469457C1 (en) | Converter of three-phase ac voltage into dc voltage (versions) | |
RU2613340C2 (en) | Device for controlling voltage and control method thereof | |
RU2540403C2 (en) | Magnetic semiconductor frequency tripler | |
RU2537975C2 (en) | Eight-time magnetic semiconductor frequency multiplier | |
WO2015124461A1 (en) | Apparatus and method for reducing harmonics | |
RU2538182C2 (en) | Magnetic-semiconductor frequency multiplier | |
RU2537374C2 (en) | Four-time magnetic semiconductor frequency multiplier | |
Ahmad et al. | A novel DC-to-AC controlled multi-level inverter | |
RU2619079C1 (en) | Thyristor frequency converter | |
Xu | Research on fast response characteristic of magnetic control reactor | |
Emanuel et al. | Six-pulse converter atypical harmonics caused by second harmonic voltage | |
SU547016A1 (en) | Straightener | |
CN203416173U (en) | Power supply apparatus controlling power semiconductor devices valve group | |
RU184367U1 (en) | Impulse voltage converter | |
RU117744U1 (en) | CONVERTER | |
RU91236U1 (en) | DEVICE FOR CONTROLLING AN ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR ON A VEHICLE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150516 |