Способ ферродиодного умножения частоты переменного тока и статический ферромагнитный преобразователь частоты

Способ ферродиодного умножения частоты переменного тока и статический ферромагнитный преобразователь частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Соцмапмстмчеснмх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) fl,îï0ëíèòåëüíîå к авт. свнд-ву(22)Заявлено 26.04.79 (21) 2758938/24-07 с присоелинением заявки № (23) Приоритет (51)M. Кл.

H 02 M 5/16

Гооударствсииый комитет по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.11.82. Бюллетень № 42

Дата опубликования описания 1 8 . 1 1 . 82 (53) УЙК 621.

° 314.26 (088.8) (72) Автор» изобретения

В.А. Кузин, Л.Н; Алимпиев и Г.В. Шеронин

s$

f ! ! (7I) Заявитель

Горский сельскохозяйственный институт (54) СПОСОБ ФЕРРОДИОДНОГО УМНО)(ЕНИЯ ЧАСТОТЫ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА И СТАТИЧЕСКИЙ

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к электромашиностроению, и может быть использовано при создании статических умножителей частоты, применяемых в качестве промышленных источников питания.

В современном электромашиностроении при создании статических умножителей частоты применяется способ, основанный на насыщении сердечников

1о многообмоточных трансформаторов за счет намагничивания постоянным током. При этом намагничивание постоянным током осуществляют непрерывно в

15 течение всего периода изменения основного потока, созданного входным напряжением(1)-.

Однако при встречном направлении

МДС тока намагничивания с основным потоком происходит увеличение реактивной составляющей входного тока преобразователя частоты, что снижает его коэффициент полезного действия из-за дополнительных потерь в меди обмоточных проводов.

Устройство по этому способу )I) из-за увеличения реактивного тока имеет завышение расхода обмоточного провода, что приводит к увеличению веса преобразователя частоты.

Наиболее близок к предлагаемому способ умножения частоты путем насыщения каждого из сердечников многообмоточных трансформаторов за счет однополупериодного намагничивания постоянным током, находящимся в фазе с основным потоком, созданным входным напряжением (2 ).

Величина МДС постоянного тока выбирается такой, что при согласном ее направлении с основным потоком, создаваемым питающим напряжением, сердечник насыщается. При изменении направления основного потока МДС постоянного тока становится равной нулю эа счет отключения обмотки намагничивания от выпрямителя и сердечник

97452

30 перемагничивается в противоположном направлении, не достигая насыщения.

Согласно известному способу умножения частоты для достижения насыщения сердечников энергии постоянного тока расходуется в 3-4 раза больше, чем это необходимо. 8 связи с этим снижается коэффициент полезного действия при умножении частоты.

Наиболее близок к предлагаемому 10 преобразователь частоты, содержащий диоды и трансформаторы, на сердечниках которых расположены входные обмотки, соединенные между собой попарно, например последовательно-встреч- !5 но, выходные обмотки, включенные между собой параллельно-встречно через конденсаторы, и обмотки намагничивания постоянным током (2).

В устройстве преобразователя час- 20 тоты, изготовленного по этому способу, завышен расход провода на обмотку намагничивания, что приводит к увеличению веса преобразователя. !

Целью изобретения является увеличение коэффициента полезного действия и улучшения массо-габаритных показателей устройства, реализующего данный способ.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу ферре } иодного умножения частоты переменного тока путем насыщения каждого из сердечников многообмоточных трансформаторов эа счет однополупериодного намагничивания постоянным током, находящимся в фазе с основным потоком, созданным входным напряжением, насыщение каждого сердечника осуществляют импульсом постоянного тока в течение времени, равного времени перехода сердечника в насыщенное состояние.

В предлагаемом статическом ферромагнитном преобразователе частоты каждая обмотка намагничивания постоянным током включена через диод параллельно-встречно входной обмотке, расположенной на том же сердечнике.

На фиг, 1 представлена электрическая схема статического ферромагнитного преобразователя частоты, где U inst, U cos tot - входное напряжение преобразователя;

Ы,1 - обмотки намагничивания постоянным током (обмотки уп- 55 равления), каждая из которых через соответствующий .диод

О,-. 04 включена параллельно2 4 встречно одной из входных обмоток И„;

И - выходные обмотки, включенные между собой параллельновстречно через выходные конденсаторы С„-.С4, 0 — выходное напряжение; на фиг. 2 — кривые изменения некоторых параметров преобразователя частоты в функции времени, где U — входное напряжение. .1

1 ток намагничивания (управу ления);

В, — индукция основного потока, созданного входным напряжением;

Š— ЭДС, наводимая в выходной обмотке каждого сердечника; на фиг. 3 — характеристика намагничивания магнитопровода s функции напряженности, где В„ — индукция основного потока;

В> - индукция насыщения;

Н вЂ” напряженность магнитного поля; на фиг. 4 - принцип формирования выходного напряжения из ЭДС каждого сердечника.

В статическом ферромагнитном преобразователе частоты, например учетверителе с трехфазным выходом, входное трехфазное напряжение преобразуется в двенадцатифазное. Это преобразование осуществляют с помощью входных обмоток W многообмоточных трансформаторов, соединяемых в "треугольник и "звезду . В результате такого соединения к одной группе входных обмоток И„ прикладывается напряжение 0„ э1п мс„ а к другой группе - Uq cos и)й.

На фиг. 1 для простоты представлена электрическая схема одной фазы рассматриваемого преобразователя частоты, учитывая что все его фазы симметричны.

Многообмоточные трансформаторы объединены попарно за счет последовательного соединения их входных обмоток Ы„, Обмотки намагничивания (управления) W > обеспечивают поочередное насыщение сердечников.

В прототипе насыщение сердечников осуществляют однополупериодным постоянным током намагничивания в течение времени, когда он совпадает по направлению с основным потоком в сердечнике.

974522

Однако для достижения насыщения сердечников достаточно одного импульса постоянного тока в течение этого времени.

При этом амплитуда импульса не S превышает амплитуду постоянного тока при. однополупериодном намагничивании.

Действительно, для создания амплитуды индукции насыщения В необходима 1 опредленная амплитуда тока намагничивания. После достижения насыщения поток в сердечнике практически не зависит от величины амплитуды тока намагничивания, если даже он достигает нулевого значения (фиг. 3). Поэтому для достижения насыцения достаточно одного импульса тока. Но зато переход от однополупериодного намагничивания к импульсному позволяет в 3-4 раза сократить расход энергии постоянного тока.

Реализовать способ импульсного намагничивания сердечников позволяет параллельное включение через диод обмотки намагничивания W с входной обмоткой Ч (фиг. 1).

При условно положительном направлении входного напряжения U< по обмотке управления W с отставанием на ЗО четверть периода из-за индуктивности обмотки, как и по обмотке W, начинает протекать ток также в положительном направлении. При этом происходит сложение MQC этих обмоток, результирующей амплитуде которых соответствует индукция потока в сердечнике.

При достаточной величине амплитуды тока намагничивания происходит на- сыщение сердечника. При наступлении насыщения индуктивное сопротивление обмотки начинает падать и стремиться к нулю. Это приводит к тому, что входное напряжение 0„ на этой обмотке такие стремится к нулю и начинает прикладываться к другой парной обмотке W, где включение диода 02 препятствует протеканию тока через параллельно-включенную обмотку Ы„.

Снятие входного напряжения с насыщаюцегося сердечника вызывает обесточивание обмотки намагничивания И этого сердечника.

В результате ток намагничивания приобретает импульсный характер, обеспечивающий насыщение сердечника.

Процесс намагничивания сердечника иллюстрируется на фиг. 2. Здесь показан импульс тока намагничивания создающий индукцию насыщения Ц,, В течение полупериода, пока ток входной обмотки не изменяет своего з Ъка за счет входного напряжения, сердечник остается насыщенным (фиг. 3), и ЭДС выходной обмотки W этого сердечника равна нулю (фиг. 2).

В следующий полупериод времени ц t изменение знака входного тока обмотки М< вызывает перемагничивание сердечника в другом (отрицательном) направлении. Так как теперь уже по обмотке намагничивания W из-за запер9 того состоянил диода 01 ток не протекает, то сердечник не достигает насыцения, а на вторичной обмотке находитсл ЭДС Е . Эта ЭДС имеет крутой фронт нарастания и спадания, который характеризует время включения и выключения магнитного ключа, в режиме которого работает рассматриваемый многообмоточный трансформатор.

Суммирование вторичных ЭДС E всех четырех сердечников позволяет получить выходное напряжение учетверенной частоты (фиг. 4). Это суммирование осуществляют за счет встречнопараллельного включения выходных обмоток W2 каждого сердечника через конденсаторы С„, С, С, С . Конденсаторы С -С,1 выбираются такими, чтобы по каждой обмотке И протекал ток только частото" 50 Гц при минимальном уравнительном токе. Кроме того, эти конденсаторы должны осуществлять компенсацию реактивной составляющей тока нагрузки g<, для повышения cos Q умножителя частоты.

Таким образом, намагничивание сердечников трансформаторов <импульсом постоянного тока, когда он находится в фазе с основным потоком, созданным входным напряжением, снижает расход энергии постоянного тока. Это увеличивает коэффициент полезного действия.

Устройство для осуществления данного способа позволяет сократить расход меди обмоточных проводов цепи намагничивания, что уменьшает вес преобразователя частоты.

Формула изобретения

1. Способ ферродиодного умножения частоты переменного тока путем насыщения каждого из сердечников много974522 обмоточных трансформаторов за счет однополупериодного намагничивания постоянным током, находящимся в фазе с основным потоком, созданным входным напряжением, о т л и ч а ю- 5 шийся тем, что, с целью увеличения КПД и улучшения массо-габаритных показателей устройства, реализующего данный способ, насыщение каждого сердечника осуществляют импульсом постоянного тока в течение времени, равного времени перехода сердечника в насыщенное состояние.

2. Статический ферромагнитный преобразователь частоты, содержащий дио- 1 ды и трансформаторы, на сердечниках которых расположены входные обмотки, соединенные между собой попарно, например последовательно-встречно, выходные обмотки, включенные между собой параллельно-встречно через конденсаторы, и обмотки намагничивания" постоянным током, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения КПД и улучшения массо-габаритных показателей, каждая обмотка намагничивания постоянным током включена через диод параллельно-встречно входной обмотке, расположенной на том же Сердечнике.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 550072, кл. H 02 М P/16, 1977 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2689911/07, кл. H 02 M 5/16, 1978.