Ферромагнитный делитель частоты на два

 

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ . ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ НА ДВА, содержащий основной магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, вентиль и конденсатор возбуждения , причем основной магнитопровод выполнен в виде прямоугольного параллеле - 1 пипеда с четырьмя сквозными окнами, соединяющими две параллельные плоркости противоположных граней параллелепипеда и расположенными на диагоналях граней симметрично относительно оси симметрии магнитопровода , проходящей перпендикулярно к упомянутым граням, а обмотки размеще11Ы в окнах, их плоскости совпадают с диагояалями магнитопровода и расположены крестнакрест друг относительно друга, последовательно первичной обмотке включен вентиль , а параллельно вторичной - конденсатор возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и улучщения формы выходного напряжения, он снабжен дополнительными магнитопроводами С.-образной формы с окнами и с i немагнитными зазорами, размещенными вдоль одной из диагоналей плашмя на гра (Л ни основного магнитопровода, причем окна основного и дополнительных магнитопроводов совпадают друг с другом. ,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

g(51) Н 02 М 5/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

4Р

CO

CO

Cb

СЮ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 33995 14/24-07 (22) 22.02.82 (46) 23.10.83. Бюл. № 39 (72) В. С. Аркатов, А. П. Разгонов, Ю. А. Кравцов, В. С. Лучинин, Г. И. Стаднийчук, P. А. Вайнштейн, М. М. Молдавский и Ю. И. Лункина (71) Днепропетровский ордена, Трудового

Красного Знамени институт. инженеров железнодорожного транспорта им. М;И. Ка; линина (53) 621.314.26 (088.8) (56) 1. Патент США № 2445557, кл. 821-5, 1948.

2. Авторское свидетельство СССР № 661697, кл. Н 02 М 5/16, 1976. (54) (57) ФЕРРОМАГНИТНЫИ . ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ НА ДВА, содержащий основной магнитопровод, первичную и вто-. ричную обмотки, вентиль и конденсатор воз- буждения, причем основной магнитопровод выполнен в виде прямоугольного параллеле„„SU„„1050063 А пипеда с четырьмя сквозными окнами, соединяющими две параллельные плоскости противоположных граней параллелепипеда и расположенными на диагоналях граней симметрично относительно оси симметрии магнитопровода, проходящей перпендикулярно к упомянутым граням, а обмотки размещены в окнах, их плоскости совпадают с диагоналями магнитопровода и расположены крестнакрест друг относительно друга, последовательно первичной обмотке включен вентиль, а параллельно вторичной — конденсатор возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе и улучшения формы выходного напряжения, он снабжен дополнительными магнитопроводами С.-образной формы с окнами и с немагнитными зазорами, размещенными вдоль одной из диагоналей плашмя на грани основного магнитопровода, причем окна основного и дополнительных магнитопроводов совпадают друг с другом.!

050063

Кроме того, в спектре выходного напряжения появляется значительная по уровню вторая гармоника, которая затрудняет применение этого прибора в качестве источника питания фазочувствительных рельсовых цепей частотой 25 Гц в системах железнодорожной автоматики при электрической тяге на переменном токе.

Наиболее близкой к изобретению является конструкция ферромагнитного делителя частоты на два, содержащая основной магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, вентиль и конденсатор возбуждения, причем основной магнитопровод выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с четырьмя сквозными окнами, соединяющими две параллельные плоскости противоположных граней параллелепипеда и расположенными на диагоналях граней симметрично от носительно оси симметрии магнитопровода, проходящей перпендикулярно к упомянутым граням, а обмотки размещены в окнах, их пЛоскости совпадают с диагоналями магнитопровода и расположены крест-накрест

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника электропитания потребителей переменного тока пониженной частоты, требующих стабилизации подводимого напряжения, например рельсовых цепей систем железнодорожной автоматики.

Известна. конструкция ферромагнитного делителя частоты на два, содержащая магнитопровод, две первичных и одну вторичную обмотки, резистор, вентиль и конденсатор возбуждения, причем магнитопровод выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с четырьмя сквозными окнами, соединяющими две параллельные плоскости противоположных граней параллелепипеда и ра15 сположенными на диагоналях граней симметрично относительно оси симметрии магнитопровода, проходящей перпендикулярно к упомянутым граням, а обмотки размещены в окнах плоскости первичных и вторичных обмоток совпадают с диагоналями магнитопровода и расположены крест-накрест друг относительно друга, одна из первичных обмоток выполнена с возможностью подсоединения к источнику переменного тока, другая подсоединена к резистору через вентиль а вторичная обмотка присоединена к конденсатору возбуждения (1) .

Недостатками этого устройства являются пониженная надежность работы и искаженная форма кривой выходного напряжения обусловленные малой шириной зоны устойчивой генерации частоты, что в условиях колебания входного напряжения питания приводит к срыву генерации частоты и сбоям в работе, а также тем, что в области максимальных значений питающего напряжения коэффициент гармоник достигает сравнительно большого значения. друг относительно друга, последовательно первичной обмотке включен вентиль, а параллельно вторичной — конденсатор возбуждения (2).

Недостатком ее также являются пониженная надежность работы и искаженная форма кривой выходного напряжения, обусловленные усложнением за счет использования дополнительного источника постоянного тока и отдельной обмотки подмагничивания, а также тем, что в области максимальных значений питающего напряжения коэффициент гармоник достигает сравнительно большого значения.

Целью изобретения является повышение надежности .в работе и улучшение формы выходного напряжения.

Цель достигается тем, что ферромагнитный делитель частоты на два, содержащий основной магнитопровод, первичную и вторичную обмотки, вентиль и конденсатор возбуждения, причем основной магнитопровод выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с четырьмя сквозными окнами, соединяющими две параллельные плоскости противоположных граней параллелепипеда и расположенными на диагоналях граней симметрично относительно оси симметрии магнитопровода, проходящей перпендикулярно к упомянутым граням, а обмотки размешены в окнах, их плоскости совпадают с диагоналями магнитопровода и расположены крест-накрест друг относительно друга, последовательно первичной обмотке включен вентиль, а параллельно вторичной конденсатор возбуждения, снабжен дополнительными магнитопроводами С-образной, формы с окнами и с немагнитными зазорами, размещенными вдоль одной из диагоналей плашмя на грани основного магнитопровода, причем окна основного и дополнительных магнитопроводов совпадают друг с другом.

На фиг. 1 изображен ферромагнитный делитель частоты на два, общий вид; на фиг. 2диаграмма зависимости зоны устойчивой генерации половинной частоты в контуре делителя частоты предлагаемой конструкции.

Ферромагнитный делитель частоты на два содержит основной магнитопровод 1, первичную 2 и вторичную 3 обмотки вентиль 4 и конденсатор 5 возбуждения, причем основной магнитопровод 1 выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда с четырьмя сквозными окнами, соединяющими две параллельные плоскости противоположных граней параллелепипеда и расположенными на диагоналях граней симметрично относительно оси симметрии магнитопровода, проходящей перпендикулярно к упомянутым граням, а обмотки 2 и 3 размещены в окнах, их плоскости совпадают с диагоналями магнитопровода 1 и расположейы крест-накрест друг относительно друга, по 1050063

3 следовательно первичной обмотке " включбн вентиль 4, а параллельно вторичной 3— конденсатор 5 возбуждения.

Кроме того, устройство снабжено дополнительными магнитопроводами 6 С-образной формь1 с окнами и с немагнитными зазорами, размещенными вдоль одной из диагоналей плашмя на грани основного магнитопровода 1, причем она основного и дополнительных магнитопроводов совпадают друг

Принцип работы ферромагнитного делителя частоты основан на явлении параметрического резонанса, обусловленного периодическим изменением индуктивности вто15 ричной обмотки. При подключении входной цепи к питающей сети и определенных параметрах схемы — величина емкости конденсатора 5, число витков обмоток 2 и 3, объем стали магнитопровода 1, напряжение питания и др., на выходе делителя частоты возникают и устойчиво поддерживаются субгармонические колебания с частотой, кратной частоте питающей сети. Индуктивность вторичной обмотки изменяется вследствие периодического изменения магнитного состояния средней части магнитопровода 1, выпол неного шихтованным из листов электротехнической стали. В силу упомянутого расположеиия обмоток, напряжение с частотой питающей сети во вторичной обмотке не наводится, поскольку потоки обмоток 30 расположены взаимно перпендикулярно.

Наиболее легко получить режим деления частоты на два, при этом, однако, необходимо первичную обмотку подключить к сети через вентиль, либо обеспечить подмагничивание сердечников постоянным током по отдельной обмотке.

На приведенной диаграмме (фиг. 2) зона устойчивой генерации частоты (рабочая зона) ограничена кривыми 7 и 8, причем кривая 7 характеризует начало генерации 40 в режиме номинальной нагрузки, ; а кривая

8 — возбуждение колебаний после короткого замыкания в режиме холостого хода (наихудший случай в смысле ширины зоны).

В этой зоне устойчивые колебания половинной частоты после их срыва, вызванного, 45 например, изменением параметров схемы или коротким замыканием, самопроизвольно восстанавливаются, если параметр вновь примет первоначальное значение.

В практических условиях важно, чтобь возможный диапазон изменения напряжения питающей сети находился внутри зоны устойчивой генерации. Вместе с тем, при консольном энергоснабжении устройств автоматической блокировки на железнодорожном транспорте, где широко применяются 55 делители частоты, напряжение питающей сети может достигать «-20п/о от номинального напряжения, что сопровождается отказами с другом. о

Устоойство работает следующим обра- . зом.

4 д< лителей частоты, поскольку nðè кратковременных отключениях сети и преде.:;-ных значениях напряжения сети генерация частоты становится невозможной.

Зона, ограниченная кривыми 9, 7 (зона жесткого режима возбуждения колебаний), характерна тем, что колебания на выходе существуют в ней устойчиво, но после их срыва по любой причине они не восстанавливаются.

Зона, расположенная между кривыми !О.

8 называется зоной перевозбуждения. В этой зоне колебания, если оНН по каким-либо причинам прекратились, также не возникают. Положениe;ò от величины и характера нагрузки делителей частоты.

Введение дополнительных магнитопроводов 6 с зазором, охватывающих выходную обмотку, существенно расширяет рабочую зону. Установлено, что эффект расширения рабочей зоны зависит от величины индуктивности вторичной обмотки, создаваемой дополнительными магнитопроводами. Если за критерий выбора параметров (сечения, величины зазора и др.) этих магнитопроводов принять с запасом (согласно ГОСТУ, пределы изменения питающего напряжения установлены +10 /0 — 5% Uwh) ширину рабочей зоны. ограниченную пределами изменения питающего напряжения - 1,2 Ь„о, тогда индуктивность вторичной обмотки, создаваемой только с учетом магнитопроводов

6, должна составить не менее 0,06 — 0,12 от индуктивности этой обмотки с учетом только основного магнитопровода, причем последняя определяется в режиме деления частоты. При этом дополнительные магнитопроводы должны иметь площадь сечения не менее 0,25 q, и зазор не менее 0,003 Ip„ где qo — площадь сечения основного магнитопровода, 1 — средняя длина силовой линии дополнительных магнитопроводов.

Эффект расширения зоны устойчивой генерации достигается также и в случае, когда дополнительные магнитопроводы устанавливаются на две другие секции с окнами, в которых расположена входная обмотка делителя частоты.

Механизм расширения рабочей зоны можно пояснить кратко следующим образом.

Ширина рабочей зоны делителя частоты определяется степенью нелинейности характеристики намагничивания стали магнитопроводов. Опыты показывают, что в пределах рабочей зоны для стали марки Э 42 изменение индукции входной обмотки мало и не превышает 0,20 — 0,2& Т„. Поэтому одним из путей расширения рабочей зоны является уменьшение степени нелинейности характеристики намагничивания стали. В предлагаемом устройстве эта задача решена путем применения дополнительных магнитопроводов 6, что эквивалентно введению в контур неизменной по величине индуктивности.

1050063

О оп

П8Ф г!

Составитель Л. Федосов

Редактор А. Шандор Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 8448 54 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ЦПП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В результате этого, изменение индуктивности первичной обмотки в пределах рабочей зоны увеличено до 0,5 — 0,6 Т . При этом, в заданном диапазоне входного напряжения снижается степень изменения глубины модуляции индуктивности контура и, как следствие этого, ослабляется действие расстроечного механизма (расстройка контура по частоте) срыва колебаний половинной частоты, Наряду с эффектом расширения рабочей зоны делителя частоты при введении дополнительных магнитопроводов 6, наблюдается резкое улучшение формы выходного напряжения, особенно в области повышенного питающего напряжения (вблизи кривой 8 на фиг. 2). При этом в спектре выходного напряжения полностью исчезают четные гармоники и в сильной степени снижается уровень нечетных гармоник. Последнее обстоятельство особенно ценно при использовании делителей частоты в-качестве источника опорного сигнала фазочувствительных схем или реле индукционного типа.

Преимуществом предлагаемого устройства является возможность применения для магнитопроводов холоднокатаной стали вместо горячекатаной, с более крутой характеристикой намагничивания.

Коэффициент полезного действия и другие характеристики делителя частоты сохраняются на прежнем уровне или становятся предпочтительнее в сравнении с такими же характеристиками существующих делителей частоты.