RU2539353C2 - Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier - Google Patents

Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier Download PDF

Info

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
Application number
RU2013122504/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013122504A (en
Inventor
Георгий Алексеевич Шадрин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority to RU2013122504/07A priority Critical patent/RU2539353C2/en
Publication of RU2013122504A publication Critical patent/RU2013122504A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2539353C2 publication Critical patent/RU2539353C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: six-time magnetic semiconductor frequency multiplier is based on three-phase transformer and six double-winding saturable core reactors connected as per bridge circuit, which are coupled by the first diagonal line to secondary windings of the transformer and by the second wye-connected diagonal line to the load. Windings of one diagonal line for each saturable core reactor and load are shunted by single-period keys connected to the control unit through the key that shunts the load.
EFFECT: improved power parameters, widened range of output voltage symmetrical regulation at active and inductance load, reduced weight and dimensions.
2 dwg

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 semiconductor frequency multiplier 6 times contains a two-winding three-phase transformer 1, to the secondary windings 2, 3, 4 of which six saturable reactors 5-10 are connected with two windings 11-16, 11a-16a on each inductor, while the windings 11-16 and 11a-16a are connected by a bridge circuit. Some diagonals of the bridge are connected to the secondary windings 2, 3, 4 of the transformer 1, and the second are connected in two stars to the load 17. The windings 11-16 and load 17 are bridged with half-wave keys 18-24, which receive control signals from the control unit 25 through the key 24, installed parallel to the load 17 and acting as a zero valve to provide a discharge circuit of stored energy.

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 control unit 25, a key 18 is closed, which shunts the winding 11 of the phase A voltage of the inductor 5 saturated in the previous half-cycle. A loop is formed: winding 2 - key 18 - load 17 - winding 11a of the inductor 1 - secondary winding 2, and is applied to the load 17 voltage segment 26 (figure 2, a). When the switching angle α = α k = π / 6, the key 18 opens, and under the influence of the voltage of phase A, the saturation inductor 1 starts to magnetize and becomes saturated at the moment β k = 2π-α k . At the same time, under the influence of the phase C voltage, the inductor 10 is saturated, and after changing its polarity, the key 23 closes, while in the interval π / 6 α π / 2 the current flows through the circuit: first, winding 4 - winding 16a - load 17 - winding 16 and winding 4, and then 4-22-17-16a - phase 4, and voltage segments 27 and 28 of different polarity are formed on load 17 (Fig. 2, b). In the range of π / 2 α 5π / 6, phase B acts, first the inductor 7 is saturated, and then the key 20 shorts the winding 13. According to the contours: 3-13a-17-13-3, and then 3-20-17-13- 3, current flows and voltages 29 and 30 are applied to the load (FIG. 2, c). In the range of 5π / 6 α 7π / 6, phase A acts, with the first flowing current along the circuits: 2-12-17-12a-2, and after closing the key 19 along the circuit 2-19-17-12a-2, load formed voltage 31 and 32 (figure 2, g). Then phase C enters into action (Fig.2, d)). On the interval 7π / 6 α 3π / 2, the processes proceed in the inductor 9. It is saturated at first, and then the winding 15 is shunted by the key 22, and segments of sinusoids 33, 34 are applied to the load.

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 inductor 8 is saturated, and then the key 21 shorts the winding 14 of the inductor 8, forming a voltage of 35, 36 (Fig.2, e). In the last interval, at the moment β k = 2π-α k, the inductor 5 is saturated and the circuit flows: 2-11a-17-11-2, and a segment of sinusoid 37 is applied to the load 17. In the next voltage period, the processes are repeated.

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 load 17 with a frequency 6 times the frequency of the mains voltage.

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-inductive load 17 with the control angles α k π / 6 from the moment of opening the control keys 18-23 from the key control unit 25, rectangular PWM pulses are sent to the key 24, which performs the functions of the zero valve, according to which on the interval α k α β k current flows in a short-circuited load circuit, decreasing exponentially. Key 24 operates at a frequency six times greater than control keys 18-23.

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)

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в шесть раз, содержащий двухобмоточный трехфазный трансформатор и дроссели насыщения в каждой фазе сети, нагрузку и однополупериодные ключи, управляемые с блока управления, отличающийся тем, что обмотки дросселей насыщения соединены по мостовой схеме, одни диагонали которых подключены к вторичным обмоткам трансформатора, а вторые - 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. A six-fold magnetic semiconductor frequency multiplier containing a two-winding three-phase transformer and saturation chokes in each phase of the network, a load and half-wave keys controlled from the control unit, characterized in that the windings of the saturation chokes are connected by a bridge circuit, one diagonal of which is connected to the secondary windings transformer, and the second ones are connected in two stars, between which the load is connected, and the windings of one diagonal of each saturation inductor and the load are shunted half-time bubbled keys associated with the control unit via the key shunt load.
RU2013122504/07A 2013-05-15 2013-05-15 Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier RU2539353C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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