SU547945A1 - Однофазный умножитель частоты в четное число раз - Google Patents

Description

на нелинейные элементы в виде диодов и расширить преобразовательные и технические возможности однофазного умножител  частоты в четное число раз за счет: соединени  его обмоток подмагничивани  с

выходными обмотками через вспомогательньш конденсатор; размещени  на одном стержне каждого трансформатора по одной первичной обмотке одной мостовой схемы; размещени  на одном стержне каждого трансформатора по две первичных обмотки одной мостовой схемы; дополнени  его еще одной аналогичной мостовой схемой, при этом сдвиг фаз между напр жени ми, питающими мостЫ; равен 90 эл. град, первой гармоники.

На фиг. 1 изображена схема одномостового однофазного умножител  частоты в четное число раз, равное 2, выполненна  на двух трансформаторах; на фиг. 2 - то же, на одном трансформаторе; на фиг. 3 - схема двухмостового однофазного умножител  частоты в четное число раз, равное 4, вьшолненна  на одном Ш-образном сердечнике трансформатора и одном объединенном сердечнике дросселей; на фиг. 4 - график изменени  напр жени  и тока на выходе однофазного умножител  частоты; на фиг. 5 - график изменени  тока в первичной и подмагничивающей обмотках одного из трансформаторов; на фиг. 6 - график изменени  напр жений на первичной обмотке и конденсаторе, расположенных в одном плече схемы.

Однофазный умножитель частоты в четное число раз (см. фиг. 1) получает питание через зажимы А-X входной диагонали моста и содержит диоды 1 и 2, подключенные их общей точкой к входному зажиму А и образующие два смежных плеча, трансформаторы 3 и 4, первичную обмотку 5 с конденсатором 6 и конденсатор 7 с первичной обмоткой 8, образующие два других смежных плеча моста, подмагничивающие обмотки 9 и 10, совместно с дросселем 11 включенные на выходную диагональ моста а-б.

Вторичные выходные обмотки 12 и 13 соедине-ны через вспомогательный конденсатор 14с обмотками подмагничивани . Первичные обмотки 5 и 8 включены в диагонале моста согласно.

Диодами 1 и 2 в первый полупериод переменного питающего напр жени  к внещнему источнику подключаютс  элементы плеча а-X, а во второй полупериод - элементы плеча Х-б. Цепь подмагничивающих обмоток 9 и 10 совместно с дросселем 11 подключаетс  диодами 1 и 2 к внешнему источнику в оба полупериода согласно.

Характер изменени  тока , проход щего через обмотку 5, а также тока D , проход щего через обмотку 9, показан на графике, изображенном на фиг. 5.

Переменные ампервитки тока, создаваемые обмоткой 5, могут быть представлены в виде гармонического р да, содержащего синусоиднук функщ1ю тока первой гармоники и сумму косинусных функций тока четырех гармоник.

Аналогичное изменение имеют ампервитки тока

обмотки 8, но со сдвигом по фазе на полупериод первой гармоники.

Так как вторичные обмотки 12 и 13 включены тоже согласно, то в них вьщел етс  напр жение, пропорциональное удвоенной сумме ампервитков косинусных членов гармонических р дов четных гармоник тока обмоток 5 и 8. Наибольшей величиной этих р дов  вл етс  амплитуда второй гармоники , что и обеспечивает вьщеление во вторичной цепи напр жени  второй гармоники. Обмотки 5 и 8 оказьшают небольшое сопротивление току первой гармоники. Перва  гармоника напр жени  вьщел етс  на конденсаторах 6, 7, что обеспечивает повышение коэффициента мощности всей схемы.

Цепь обмоток подмагничивани  содержит дроссель 11, поэтому через обмотки подмагничиванн  проходит посто нный ток.

Обмотки подмагничивани  9 и 10 осуществл ют выравнивание изменени  магнитного потока в сердечниках трансформаторов 3 и 4 на одинаковую величину в обоих направлени х, что повьшшет использование ферромагнитного материала трансформаторов . В первый полупериод питающего напр жени  работает трансформатор 3, трансформатор 4 в это врем  частично вьшолн ет функпин дроссел  в цепи подмагничивающих обмоток.

Аналогично работают трансформаторы и во второй полупериод, что обеспечивает возможность уменьшени  дроссел  11.

На диагонали моста а-б вьщел етс  напр жение посто нной составл ющей и переменное напр жение четных гармоник, втора  гармоника из которых имеет наибольшее значение. Это обеспечивает возможность съема второй гармоники напр жени  с диагонали а-б моста во вторичную цепь через конденсатор 14 и одновременно электромагнитным путем через сердечники трансформаторов 3 и 4.

При этом оба канала съема напр жени  второй гармоники возможно включить последовательно или параллельно. На фиг. 1 показано последовательное включение каналов съема второй гармоники .

Ампервитками обмоток подмагничивани  9 и 10 возможно произвести полное симметрирование изменений магнитного потока в обоих направлени х сердечников трансформаторов 3 и 4 или неполное (частичное) симметрирование, что обеспечивает (с учетом насьпцени  ферромагнитного материала ) улучшение формы кривой выходной второй гармоники однофазного умножител  частоты в четное число раз.

На фиг, 2 показана одно мостова  схема однофазного умножител  частоты в четное число раз, равное 2, вьшолненна  на одном подмагничиваемом трансформаторе 15, содержаща  диод 16, первичную обмотку 17 и конденсатор 18, подключенные к входной диагонали моста, вторичную обмотку 19, дроссель 20, нагрузку посто нного тока 21, вклк ченные в выходнзто диагональ моста, диод 22, первичную обмотку 23, конденсатор 24, подключенные к входной диагонали моста, вторичную обмотку 25 Указанна  схема работает аналогично схеме, показанной на фиг. 1. Первичные обмотки 17 и 23 имеют сильную электромагнитную св зь, так как они размещены на одном сердечнике трансформатора, в св зи с чем ток первой гармоники в этих обмотках не встречает сопротивлени  даже при холостом ходе работы схемы, Ток первой гармоники полностью идет на зар дку конденсаторов 18 и 24, в св зи с чем на выходной диагонали моста увеличиваетс  посто нна  составл юща  напр жени , котора  может быть использована нагрузкой посто нного тока 21, включенной последовательно с дросселем 20 в цепь обмотки 19 подмагничивани . Дл  обеспечени  симметрировани  изменени  магнитного потока в обоих направлени х сердечни ка трансформатора 15 подмагничивающа  обмотка 19 включена согласно с первичными обмоткамн 17 и 23. На фиг. 3 изображена схема однофазного умножител  частоты в четное число раз, равное 4, содержаща  трансформатор 26, выполненньш на трехстержневом сердечнике, и дросселе 27. Элементами первого моста  вл ютс  диод 28, первичные обмотки 29 и 30, конденсатор 31, обмотка подмагничивана  32 и обмотка дроссел  33, диод 34, первичные обмотки 35 и 36, конденсатор 37, а элементами второго моста  вл ютс  диод 38, первичные обмотки 39 и 40, конденсатор 41, обмотка подмагничивани  42 и обмотка дроссел  43, диод 44, первичные обмотки 45 и 46, конденсатор 47, вторичные обмотки 48 и 49. Схема, приведенна  на фиг. 3, содержит общее число мостовых схем, равное 2. Каждое плечо каждой мостовой схемы дополнено нечетным числом первичных обмоток. В данном случае это дополнение равно 1, и общее число первичных обмоток  вл етс  четным. Число сердечников, на которых размещены первичные обмотки, равно числу первичных обмоток в одном плече одной мостовой схемы. В данном случае число первичных обмоток одного плеча одной мостовой схемы равно 2, на двух боковых сердечниках соответственно размещены первичные обмотки. Все первичные обмотки однофазного умножител  частоты в четное число раз размещены на трехстержневом трансформаторе, число таких трансформаторов равно половине числа первичных обмоток одного плеча одной мостовой схемы. В данном случае число первичных обмоток одного плеча одной мостовой схемы равно 2, на двух боковых сердечниках соответственно размещены первичные обмотки. Обмотки подмагничивани  32 и 42 обоих мостовых схем расположены на центральном стержне трехстержневого трансформатора 26. Обе обмотки дросселей 33 и 43 обоих мостов размещены на одном сердечнике и включены встречно по магнитному потоку посто нной составл ющей ампервитков тока, проход щего через эти обмотки, что улучшает работу дроссел . Обе мостовые схемы однофазного умножител  частоты по схеме на фиг. 3 получают питание от двух фаз А-X и С-В, имеющих сдвиг по начальной фазе на 90 эл. град, первой гармоники. Переменные ампервитки пары первичных обмоток 29 и 35 имеют пульсирующий характер и содержат только р ды суммы косинусных функций четных гармоник. Такой же характер изменени  имеют ампервитки обмоток 30 и 36. Пары обмоток 39,45 и 40,46 второго моста имеют аналогичный характер изменени  ампервитков. Так как второй мост получает питание от второй фазы, имеющей сдвиг по отнопюнию к первой фазе в 90 эл. град, первой гармоники, то суммы косинусных функций четных гармоник ампервитков первичных обмоток обоих мостов отличаютс  только знаком перед нечетными членами составл ющих косинусных р дов. Косинусные функции ампервитков диода 2, конденсатора 6, обмотки 10 и других гармоник первичных обмоток обоих мостов имеют разные знаки перед функцией, а косинусные функции ампервитков трансформатора 4, обмоток 8,12 и других гармоник имеют одинаковые знаки перед функци ми. Таким образом, сумма ампервитков первичных обмоток обоих мостов, размещенных на одном сердечнике согласно, взаимно исключает переменные ампервитки элементов 2, 6, 10 и других гармоник и удваивает ампервитки элементов 4,8, 12 и других гармоник. Разность же указанных ампервитков при встречном включении первичных обмоток одного моста с аналогичными обмотками второго моста взаимно исключает переменные ампервитки элементов 4,8,12 и других гармоник и удваивает по амплитуде ампервитки элементов 2,6,10 и других гармоник. На схеме фиг. 3 первичные обмотки обоих мостов на боковых стержн х включены встречно по магнитному потоку. При таком включении первичных обмоток обоих мостовых схем, размещенных на одном стержне, исключаютс  также и посто нные составл ющие ампервитков, создаваемые пульсирующим характером их изменени . Симметрировани  изменени  магнитного потока в боковых стержн х в данном случае не требуетс . Таким образом, на-боковых стержн х общего магнитопровода всеми первичными обмотками обоих мостов вьщел ютс  переменные ампервитки элементов 2, 6, 10 и других гармоник, причем в обоих боковых стержн х они взаимно складываютс , а в центральном сердечнике вычитаютс . При наложении подмагничивающих витков обмоток 32 и 42 на центральный стержень трансформатора 26 боковые стержни магнитопровода пол ризуютс , что обеспечивает преобразование второй гармоники в четвертую известным способом. При этом, если вторичные обмотки 48 и 49 включены взаимно последовательно и согласно, на выходе выдел етс  четверта  гармоника, а при последовательном и взаимно встречном их включении выдел етс  втора  гармоника улучшенного качества.

Первичные обмотки обоих мостовых схем .размещенных на одном сердечнике по схеме на фиг. 3, возможно включить согласно по магнитному потоку .

В этом случае на боковых стержн х действуют гармоники переменных ампервитков элементов 4,8,12 и другие гармоники, при этом посто нные составл ющие пульсирующих ампервитков обоих мостов складываютс , что приводит к асимметрии изменени  магнитного потока. Дл  компенсации посто нной составл ющей сзтммарных ампервитков в боковых стержн х в этом случае необходимо на них размещать обмотки подмагничивани  (см. схемы на фиг. 1 и 2).

Это обеспечивает симметричное изменение магнитного потока с частотой четвертой гармоники по общему контуру боковых стержней общего магнитопровода трансформатора 26.

Далее (и в этом случае) известным наложением на центральный сердечник трансформатора обмотки подмагничивани  осзтцествл етс  магнитна  пол ризаци  боковых сердечников и вьщеление восьмой гармоники во вторичной общей обмотке.

При последовательном и встречном включении обмоток 48 и 49 в этом на выходе выдел етс  напр жение четвертой гармоники улучшенной формы кривой.

Таким образом, умножение частоты в четное число раз на одном трехстержневом сердечнике происходит сначала с помощью диодов, которые осуществл ют первую ступень преобразовани . Затем , использу  несколько мостовых схем, по две обмотки которых размещены на одном стержне трансформатора, осуществл етс  выделение нулевой гармоники, общей дл  всех мостов. Суммированием ампервитков первичных обмоток нескольких мостов на одном сердечнике осуществл етс  втора  ступень умножени . В качестве третьей ступени умножени  используетс  магнитна  пол ризаци  сердечников.

Во всех случа х частота, получаема  на выходе, равна пор дку нулевой гармоники, вьщел емой суммарными переменными ампервитками всех обмоток всех мостов на одном сердечнике трансформатора и умноженной на два.

Использу  приведенные принципы умножени  частоты, возможно на одном трехстержневом сердечнике с помощью одной мостовой схемы получить на выходе преобразовател  четвертую гармонику (на чертежах на показано).

Дл  этого на каждом боковом стержне трансформатора размещаютс  по две первичных обмотки одной мостовой схемы и включаютс  согласно по создаваемому ими переменному потоку по общему контуру боковых сердечников.

Изменени  магнитных потоков симг.ктрируютс 

в боковых стержн х трансформатора с помощьк обмоток подмагничивани . Этим самым производитс  вьщеление нулевой второй гармоники потока в боковых стержн х. Далее наложением обмоток

подмагничивани  на центральный стержень трансформатора производитс  вьщеление на выходе четвертой гармоники.

Все обмотки подмагничивани  (обмотки симметрировани  на боковых стержн х и обмотки

пол ризации на центральном стержне) включены последовательно в общую цепь с дросселем и подключены к выходной диагонали моста.

Возможно также дальнейшее развитие использовани  одномостовой схемы однофазного умножител  частоты при различном увеличении числа одновременно работающих на одном трансформаторе мостов.

В общем случае число мостовых схем не соответствует числу фаз m питающей фазной системы. При этом важно то, что все используемые мосты получают питание от фаз со сдвигом начального напр жени  .

При этом на стержне вьщел етс  нулева  последовательность ампервитков всех мостовых схем,

преобразованных диодами токов.

Например, при использовании m числа мостовых схем, получающих питание от m фаз с фазным сдвигом 2К Im, возможно за счет размещени  на одном сердечнике m первичных обмоток всех m мостов выделить переменные ампервитки нулевой удвоенной последовательности и еще раз их удвоить за счет магнитной пол ризации стержней сердечника магнитопровода трансформатора по тому же принципу , как это вьшолнено по схеме на фиг. 3.

В этом случае на выходе трансформатора вьщел ютс  2т гармоники улучщенной формы кривой 4т-и гармоники, крива  которой имеет характер, близкий к пульсирующему.

Возможно также использование вьщеллемой в

этом случае удвоенной гармоники нулевой (2т) последовательности изменени  магнитного потока непосредственно в самом сердечнике за счет индукционных потерь на нагрев.

При зтом возможно предварительно иоюльзовать увеличение гармоники тока нулевой последовательности питающей сети за счет включени  нелинейных дросселей в цепь каждой фазы m фазной системы, осуществл ющей питание m мостовых схем.

Возможны и другие варианты использовани  сложени  ампервитков разных чисел мостов на одном или нескольких трансформаторах.

Сравнива  схему однофазного умножител  частоты в четное число раз, приведенную на фиг. 3.

со схемой, приведенной в книге Бамдаса и др.

(стр. 90, рис. 4-1 ,г), можно заключить, что предла гаема  схема содержит меньшее число ферромагнитных сердечников и обмоток трансформаторов. Эта разница становитс  значительной нри переходе к схемам, осуществл ющим преобразование многофазных напр жений одной частоты в многофазные системы напр жени  повышенной частоты.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1. Однофазный умножитель частоты в четное число раз, содержащий по крайней мере один подмагничиваемый трансформатор с общим четным числом первичных обмоток, соединенных с конденсаторами и включенных с ними в схему моста причем конденсаторы включены в два смежных плеча и их обща  точка подключена к одному входному зажиму, а обмотки подмагничивани  включены последовательно с дросселем, отличающийс  тем, что, с пелью повьш1ени  козффициента мощности и зшрощени , он снабжен диодами, образуюишми два других смежных плеча моста, и их обща  точка подютючена к другому входному зажиму, а соответствующие первичные обмотки расположены с конденсаторами в одном плече, причем обмотки подмагничивани  включены в выходную диагональ моста

   2. Умножитель по п. 1, отличающийс  тем, что его обмотки подмагничивани  соединены с выходными обмотками через вспомогательный конденсатор.
2. 53. Умножитель по п. 1, отличающийс 

   тем, что каждый из трансформаторов содержит на одном стержне одну первичную обмотку одной мостовой схемы.

   4.Умножитель по п. 1, отличающийс  0 тем, что каждый из трансформаторов содзржит на

   одном стержне по две первичных обмотки одной мостовой схемы.

   5.Умножитель по п. 1,отличающийс  тем, что, с целью улучшени  формы напр жени 

   5 1ромежуточной второй и выходной четвертой гармоник , он снабжен дополнительной аналогичной мостовой схемой, при этом сдвиг фаз между напр жени ми , питающими мосты, равен 90 эл. град, первой гармоники.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

   1.Рожанский Л Л. Статические электромагнитные преобразователи частоты, Госэнергоиздат,

   1959.

   2.Бамдас А. М. и др. Ферромагнитные умножители частоты, М., 1968, стр. 33 (прототип).

   18

   4

   20

   .гу|ух

   21

   2t

   fl25

   I

   2f иг. 2