Удвоитель частоты

Удвоитель частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 71 и - И9830

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06.03.74 (21) 2003435/07 (51) М. Кл.- еН 02М 5/16 с присоединением заявки №

Государственньй комитет (23) Приоритет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.76. Бюллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 19.07.76 (53) УДК 621.314.263 (088.8) (72) Авторы изобретения А. В. Кобзев, 1О. М. Лебедев, В. П. Обрусник и Г. А. Шадрин (71) Заявитель Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики (54) УДВОИТЕЛ Ь ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к регуляторам переменного напряжения, умножителям частоты и числа фаз.

Известен удвоитель частоты, выполненный по мостовой схеме и содержащий нелинейный дроссель, обмотки которого расположены на двух сердечниках, и цепь нагрузки.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что параллельно каждой из указанных обмоток, а также цепи нагрузки включен управляемый ключ.

Это позволяет повысить быстродействие устройства, энергетические показатели, исключить перенапряжения на элементах удвоителя и упростить устройство.

На фиг. 1 приведена функциональная схема двухсердечникового мостового удвоителя частоты; на фиг. 2, 3, 4 даны временные диаграммы.

Удвоитель частоты (фиг. 1) содержит два ферромагнитных сердечника 1 и 2, на каждом из которых расположены обмотки 3, 4 и 5, 6 соответственно, соединенные согласно по мостовой схеме. Параллельно обмоткам 3 и 5 включены ключи 7 и 8. B диагональ моста включена нагрузка 9, а параллельно ей— ключ 10.

В качестве ключей могут быть применены любые коммутационные элементы, например реле, транзисторы, тиристоры и т. д.

В исходном состоянии, когда обмотки 3, 5 не закорочены, сердечники 1, 2 не поляризованы и постоянное магнитное поле в них отсутствует. Индукция в сердечниках изменяет5 ся по закону, представленному кривой 11 (фиг. 2), а поскольку мост симметричен, то напряжение на нагрузке 9 равно нулю. При поочередном закорачивании обмоток 3 (например, в момент 2л„) и 5 (в момент тт(2п+

10 + 1) изменение индукции в сердечниках задерживается и на время закороченного состояния она равна индукции насыщения (+В.— для сердечника 1 и — В.— для сердечника 2). После снятия закоротки с обмо15 ток 3 или 5, сердечники перемагничиваются по прежнему закону и насыщаются в моменты, однозначно связанные с длительностью закороченного состояния обмоток 3 или 5. На фиг. 2, кривая 12 иллюстрирует изменение

20 индукции в сердечнике 1, а кривая 13 — в сердечнике 2, при этом относительно исходной кривой 11 кривая 12 смещена на величину постоянной составляющей Воь а кривая

13 — на величину Во . Если интервалы закоро25 ченного состояния обмоток одинаковы, то

Во — — Воа. Таким образом, создается эффект поляризации сердечников 1, 2 без применения посторонних источников подмагничивания.

В интервалах, когда сердечники 1, 2 насы30 щепы, либо закорочены обмотки 3, 5, к нагрузке 9 прикладывается напряжение (кривая

519830

14), мгновенное значение которого равно напряженшо сети (кривая 15).

Интервалы насыщения одного сердечника и закороченного состояния обмотки другого сердечника не должны перекрываться, в связи с чем обмотки закорачиваются на время не более четверти периода. Пунктирная кривая 14 (фиг. 2) обозначает напряжение на нагрузке при работе удвоителя в режиме максимальной отдачи.

С целью исключения перенапряжений на элементах удвоителя частоты в каждый момент снятия закоротки с обмоток пропускают ток по короткозамкнутому контуру нагрузки и прерывают его при насыщении одного из сердечников 1 или 2. Так как к моменту насыщения сердечников ток нагрузки не успевает достичь нуля, то закорачиванием обмотки насыщающегося сердечника образуется контур возврата избыточной реактивной энергии нагрузки в сеть.

Устройство работает следующим образом.

При переходе напряжения сети (кривая 15) через нуль (фиг. 3) и установления в момент а=О полярности, указанной на фиг. 1 без скобок, устройством управления замыкается ключ 7, который закорачивает обмотку 3 на сердечнике 1. В предыдущий полупериод сердечник 1 был насыщен и при смене полярности напряжения сети должен бы размагничиваться, но поскольку в момент а=О ключ 7 закорачивает обмотку 3, то индукция в сердечнике 1 практически не меняется и он попрежнему остается насыщенным.

Падение напряжения на обмотках 3, 4 равно нулю (кривая 16), а к нагрузке 9 (кривая

14) и к обмоткам 5, 6 (кривая 17), расположенным на сердечнике 2, прикладывается напряжение сети.

В момент a=a> принудительно размыкается ключ 7, при этом напряжение на нагрузке

9 становится равным нулю, а на обмотках 3, 4 и 5, 6 — равным половине напряжения сети (кривые 16 и 17 фиг. 3). Сердечник 1 начинает размагничиваться (кривая 18), а сердечник 2 продолжает намагничиваться и насыщается при a=Pal (кривая 19). В этом случае напряжение на обмотках 5, 6 (кривая 17) становится равным нулю, а на нагрузке 9 (кривая 14) и на обмотках 3, 4 (кривая 16) напряжению сети.

Естественно, что полярность напряжения на нагрузке 9 меняется, хотя полярность напряжения сети остается неизменной в течение этого полупериода. Во второй полупериод, т. е. в момент а=я, устройством управления замыкается ключ 8, который закорачивает обмотку 5 на сердечнике 2.

Процессы, происходящие в сердечнике 2, аналогичны процессам в сердечнике 1. Таким образом происходит удвоение частоты.

Пунктиром на фиг, 3 показаны диаграммы, иллюстрирующие работу удвоителя в режиме максимальной отдачи, когда угол коммутации ключей 7 и 8 равен u> — — u> — — а=-/2.

4

В случае активно-индуктивной нагрузки 9 процессы, происходящие до размыкания ключей 7 и 8 в моменты и=и. —— uq(-.I2, не изменяются. При размыкании же ключей 7 и 8, в зависимости от полярности напряжения сети, на элементах удвоителя частоты возникают опасные перенапряжения, обусловленные э. д. с. самоиндукции индуктивности нагрузки. Здесь удвоитель частоты работает следующим образом. В начале полупериода (на фиг. 1 полярность показана без скобок) замыкается ключ 7 и начинает проводить ток (кривая 20 на фиг. 4) при угле и=уь когда ток (кривая 21) нагрузки 9 становится равным нулю и меняет свое направление. В некоторый момент u=u> ключ 7 принудительно размыкается, а синхронно замыкается ключ

10 и ток (кривая 21), поддерживаемый в прежнем направлении за счет э.д. с. самоиндукции индуктивности нагрузки, замыкается по его цепи (кривая 22 на фиг. 4). Напряжение нагрузки 9 становится равным нулю, а процессы перемагничивания сердечников 1 и

2 протекают аналогично описанным при активной нагрузке. При u=P> насыщается сердечник 2, ключ 10 размыкается, а дополнительно замыкается ключ 8, по которому протекает ток (кривая 23). Напряжение на нагрузке меняет знак на противоположный, а ток (кривая 21) нагрузки при этом замыкается по цепи: нагрузка 9 — ключ 8 — сеть — обмотка 6 — нагрузка 9 и спадает до нуля в момент а=бь Ключ 8 переходит в непроводящее состояние, ток (кривая 21) изменяет свое направление и, поскольку. сердечник 2 насыщен, протекает по обмоткам 5 и 6 (кривая

24 на фиг. 4) .

В начале следующего полупериода (на фиг. 1 полярность напряжения приведена в скобках) устройством управления замыкается ключ 8, который начинает проводить с момента и=, и далее процессы повторяются, но только функции ключа 7 выполняет ключ

8, а обмоток 3, 4 на сердечнике 1 — обмотки

5, 6 на сердечнике 2. Этот период тока (кривая 21) нагрузки 9 складывается из следующих составляющих: тока (кривая 25) через ключ 8, тока (кривая 26) через ключ 10, тока (кривая 27) через ключ 7 при его повторном замыкании и тока (кривая 28) через обмотки 3, 4 при насыщении сердечника 1. Такая последовательность работы ключей 7, 8, 10 и сердечников 1 и 2 с обмотками 3, 4, 5, 6 обеспечивает независимость формы напряжения удвоенной частоты на нагрузке 9 от ее характера. Поскольку в любой момент времени обеспечен контур протекания тока нагрузки, то принципиально исключаются перенапряжения на элементах удвоителя частоты.

Кроме того, процессы перемагничивания сердечников 1 и 2 протекают независимо от нагрузки. Углы насыщения и Pq сердечников

1 и 2 однозначно определяются углами регулирования е> и а>, а выходное напряжение синфазно с сетевым.

519830

Формула изобретения

Удвоитель частоты, выполненный по мостовой схеме и содержащий нелинейный дроссель, обмотки которого расположены на двух сердечниках, и цепь нагрузки, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения быстродействия, энергетических показатслей, исключения перенапряжений на элемента.; удвоителя и упрощения, параллельно каждой из обмоток, а также цепи нагрузки включен управляемый ключ.

5i9830

Составитель Л. Устинкина

Тскред Е. Подурушина

Корректор Н. Аук

Редактор В. Каширин

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 15!3/14 Изд. № 1431 Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5