Однофазный удвоитель частоты

Однофазный удвоитель частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ „„аозо„

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДВТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву.2 (22) Заявлено 30.06.75(21)2148025r07 (51) М. Кл.

Н 02 И 5/16 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Государственный немнтет

CoBBTd Мнннетрев СССР не делам нзееретеннй н етнрытнй (43) Опубликовано 15 .04.78.Бюллетень № 14 (5З) УДК 621,314. .27 (088.8 ) (46) Дата опубликования опнсаиия22.03.78 (72) Авторы изобретения

A. В. Кобзев и Г. A. Шадрин

Научно-исследователь|..кий институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (71) Заявитель (54) ОДНОФАЗНЫЙ УДВОИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразователям частоты и числа фаз и может быть использовано, например, в электроприводе, в выпрямительных устройствах источников питания радио и электронной аппаратуре и других устройствах автоматики.

Известны удвоители частоты, выполненные на двухсердечниковем дросселе насьпцения, с обмстгками, подключенными к источни- 1а ку питания (1Ц2) . Известен также однофазный удвоитель частоты, который содержит вентили, силовой ключ со схемой управления и нелинейный дроссель HB двух сердечниках с обмотками, соединенными с источником питания (31 .

Известное устройство обладает широкими функциональными возможностями, поскольку работоспособно как при активной, так и при активно-индуктивной нагрузках, обеспечивая gp симметричное выходное напряжение.

Недостатком известного удвоителя часто» ты является то, что при нагрузке с активным характером и при работе на выпрямитель силовая цепь и схема управления излишне усложнены. Это связано с тем, что для управления двумя силовыми ключами. подключенными параллельно обмоткам, схема управления содержит синхронизатор, широтно-импульсный модулятор и распределитель импульсов.

С целью стабилизации выходного напряжения и упрошения удвоителя частоты к выходным выводам источника питания подключены вентили, образующие совместно с обмотками нелинейного дросселя мост, в диагональ которого включен силовой ключ, à схема управления выполнена в виде последовательно соединенных вспомогательного ключа и ограничительного резистора и включена между общей точкой соелинения вентилей и источником питания через вспомогательный диод, причем цепь управления вспомогательного ключа связана с одним из выводов схемы управления через последовательно включенные переключаюший диод и датчик тока нагрузки. Вспомогательный диод соединен с нулевым выводом источника питания, например, трансформатора.

60307»

В качестве ключей могут использоваться транзисторы или тиристоры с принудительной коммутацией.

На фиг. 1 и 2 приведены варианты схемы мостового удвоителя частоты, на фиг. 3 и 4- к удвоителя частоты, соединенного по дифферепиальной.(нулевой) схеме на транзисторах и тиристорах с принудительной коммутацией, соответственно, на фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие принцип их работы.

Удвоитель частоты (фиг. 1-4) содержит нелинейный дроссель на сердечниках 1 и 2 с обмотками 3 и 4, которые подключены; K исто нику питания 5, например, к питающей 5 сети или к трансформатору. Вентили 6 и 7 подключенные к источнику питания 5, образуют совместно с обмотками 3 и 4 нелинейного дросселя мост, в диагональ которого включен силовой ключ 8, соединенный со щ схемой управления 9. Последняя выполнена р виде послеповательно соединенныхогранн- . чительного резистора. 10 -и вспомогатель. ного ключа 11, управляющий электрод которого соединен с переклйчающим диодом 12 й5 и,цатчиком тока 13. В качестве датчика тока 13 использован трансформатор тока, первичвая обмотка которого включена после довательно с нагрузкой 14.

При включении полуобмоток 3-1, 3-2 З0 (обмотка 3) и 4-1, 4-2 (обмотка 4) по мостовой схеме вводятся вспомогательные вентили 15 и 16 (фиг. 1, 2), образующие совместно с вентилями 6 и 7 выпрямительный мост, в диагональ которого включены 3й схема управления 9. Если удвоитель выполнен по дифференциальной (нулевой) схеме (фиг. 3, 4), то схема управления включается между обшей точкой соединения вентилей

6 и 7 и одним из вспомогательных венти- 40 лей, соединенным с нулевым выводом источника питания 5; например, вторичных обмоток трансформатора.

Датчик тока 13 введен последовательно с переключающим диодом 12 так, что обра- 45 зует положительную обратную связь по току.

Ключи 8 и 11 работают в противофазе, т.е. когда один замкнут — другой разомкнут, и, наоборот.

B схемах удвоителей на транзисторах 50 (см. фиг. 1, 3) это обеспечивается подключением базы силового транзистора к коллектору вспомогательного ключа 11, а для удвоителей на тиристорах (см. фиг. 2, 4)— подключением ко ммутирующего конденса- бб тора 17, соединенного параллельно с силовым ключом 8 и схемой управления 9 и коммутирующего дросселя 18, включенного последовательно со схемой управления 9.

При этом управляющий переход" силового

4 ключа 8 подключен к импульсному датчику

19 перехода напряжения источника питания 5 через ноль. Датчик 19 синхронизиро- . ван с источником питания 5 либо отдельной обмоткой, либо вспомогательным трансформатором (см. фиг. 2,4).

Рассмотрим принцип действия удвоители, приведенного на фиг. 1

В положительный полупериод напряженки

20 сети (полярность показана без скобок) открывается управляющий переход ключа 8 но цепи; источник 5 — вентиль 6 — эмиттербаза транзистора 8 — резистор 10 — вентиль 16 — источник 5 (сеть). Ключ 8 замыкается и по контуру: сеть -диод 6 -эмиттер-коллектор транзистора 8 — датчик тока

13 — нагрузка 14 — обмотка 3-2 на сердечнике 1 — сеть, начинает протекать ток, при этом вспомогательный ключ 11 разомкнут, поскольку заперт переключающий диод динйстор 12.

В предыдущий полупериод сердечник 1 был насыщен и при смене полярности напря жения 20 сети он должен бы выходить из иасьпцения. Однако, из-за того, что с момента а(.=0 полуобмотка 3-1 закорочена ключом. 8, индукция в нем практически не изменяется и он:остается насьцценным. Падение напряжения на обмотке 3 будет давно нулю (кривая 2 1), а к нагрузке 1 4 и к обмотке

4 на сердечнике 2 прикладывается напряжение

20 (кривые 22,23) . В момент ФИ пробивается динистоо 12, замыкается вспомогательный ключ

11, а ключ 8 размыкается. При этом напряжение 2 2 на нагрузке 14 становится равным нулю, а на обмотках 3 и 4 нелинейного дро селя оно равно половине напряженчя 20 сети (на фиг. 5 - кривые 21, 23). Сердечник 1 начинает размагничиваться (кривая 24), а сердечник 2 продолжает намагничиваться и насьпцается при Ik "= Pg (кривая 25). Паде ние напряжения на обмотке 4 будет равно нулю (кривая 23), а на нагрузке 14 и обмотке 3 напряжению 20 сети (см. фиг. 5- кривые 22, 21). Ток нагрузки меняет направление, протекая через полуобмотку 4-2 ° датчик тока 13, нагрузку 14 и полуобмотку . 4-1. Естественно, что полярность выходного напряжения 22 меняется, хотя полярность напряжения 20 сети остается неизменной в течение этого полупериода. Во втором полупериоде (полярность показана в скобках) процессы протекают аналогично, но теперь функцию сердечника 1 выполняет сердечник

2, вентилей 6 и 16 — вентили 7, 17.

Работа схемы (фиг. 2) не отличается от рассмотренной (на фиг. 1). Разница состоит лишь s том, что при перемагничивании к обмоткам 3 и 4 дросселя насьпцения приклады603071

5 ваегся двойное напряжение 20 (суммарное со вторичных обмоток трансформатора 5).

Отличие в работе удвоителей частоты на тиристорных ключах (фиг. 3, 4); аключается в том, что в начале каждого полупериода импульсы с датчика 19 при переходе напряжения питающей сети через нуль отпирается силовой тиристор 8, при этом коммутирующий конденсатор 17 заряжается полярностью показанной на фиг. 3 без !

О скобок, по цепи: -сеть — вентиль 6 (7) тиристор 8 — дроссель 18 — вентиль 16(15)сеть. В момент oL = --о(. пробивается динистор

12 и отпирается вспомогательный кщоч 11, а силовой тиристор 8 запирается. При этом конденсатор 17 начинает разряжаться по контуру: обкладка — датчик тока 13 — нагрузка — полуобмотка 3-2 — сеть — вентиль

6 — ключ 11 — резистор 10 - обкладка и заряжается обратной полярностью. 20

После пеоезаряда конденсатора 17 сердечник 1 начинает размагничиватьсн, а сердечник 2 продолжает намагничиваться и насьпцается при А = Pig (см. фиг. 5). В это время конденсатор 17, заряженный по- 25 лярностью, приведенной на фиг. 3 в скобках, начинает разряжаться через дроссель

18, вентиль 16 (15), сеть, полуобмотку

4-2(3-2), нагрузку 14 и датчик тока 13, а вспомогательный ключ 11 запирается. 30

В начале следующего полупериода конденсатор 17 вновь заряжается полярностью, показанной без скобок.

Из вышеописанного видно, что динистор будет пробиваться при вполне определенной Зэ амплитуде напряжения, что приводит к изменению угла коммутации ключей Й.-"- Ф-1„, Э при колебании входного напряжения. Если изменяется ток или входное напряжение, то динистор пробивается раньше или позже, 40 тем самым обеспечивая стабилизацию выходного напряжения 22. Поскольку датчик тока нагрузки обеспечивает положительную обратную связь по току, то выходное напряжение будет поддерживаться более точно и нагрузочная характеристика получится более жесткой.

Включение нагрузки через выпрямитель обеспечивает хопошие энергетические. показатели устройства, снижает мощность ус50 тановленного оборудования.

Процессы в сердечниках 1., 2 удвоителя частоты протекают независимо от нагрузки угла насыщения сердечника P. Я (P =2) .@ 1) з ( однозначно определяются углами коммутации d.1, <, а выходное напряжение синфазно с сетевым., Таким образом, описываемый однофазный удвоитель частоты гораздо проще известных и является одновременно параметрическим стабилизатором напряжения как с выходом на переменном, так и на постоянном токе и может быть изготовлен на любые мощности. формула изобретения

1. Однофазный удвоитель частоты, содержащий вентили, силовой ключ со схемой управления и нелинейный дроссель на двух сердечниках с обмотками, соединенными с источником питания, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью стабилизации выходного напряжения и упрощения, к выходным выводам источника питания подключены вентили, обоазующие совместно с обмотками нелинейного дросселя мост, в диагональ которого включен силовой ключ, а схема управления выполнена в виде последовательнс. соединенных вспомогательного ключа и ограничительного резистора и включена между общей точкой соединения вертилей и источником питания через вспомогательный диод, причем цепь управления всопомогательного ключа связана с одним из выводов схемы управления через последовательно. включенные переключающий диод и датчик тока нагрузки.

2. Однофазный удвоитель частоты по п.1, отличающийся тем, что вспомогательный диод соединен с нулевым выходом источника питания, например, транс- форматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР кл. Н 02 М 5/16, Л 296157, 1971.

2, Авторское свидетельство Л . 458935, кл. Н 01 F 21/00, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР

Л". 484609, кл. Н 02 М 5/16, 1975 r.

603071

Составитель Е. Дорошин

Редактор Л- Баглай ТехредН. Бабурка Корректор Е. П

Заказ: 1870/52 Тираж 892 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскаи наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4