Ферромагнитный учетверитель частоты

 

ФЕРРОМАГНИТНЫЙ УЧЕТВЕРИТЕЛЬ . ЧАСТОТЫ, содержарщй ферромагнитный элемент с расположенными на его магнитопроводе первичными и соединенными с выходными выводами вторичнымиобмотками , а также обмоткой подмагничивания постоянным током и обмоткой рамоподмагничивания током четвертой гармоники, замкнутой на конденсатор, и две пары входных выводов для подключения двух источников питания, выходные напряжения которых сдвинуты одно относительно другого на .90 эл. град., о тличающийс я тем, что, с целью улучшения .массогабаритных показателей, указанные обмотки расположены на одном сердечнике магнитопровода и введены два управляемых мостовьрс выпрямителя, вход каждого из которых соединен с одной из пар входных выводов, а вы- . ход - с одной из первичных обмоток, включенных с одинаковой полярностью.

союз сощтсних социмистичнжих

Респу блин зШ Н 02 И 5/16 (21) 3572855/24-07 (22) 06.04.83 . (46) 07.12.84. Бюл. № 45 (72) А.А.Пястолов, В.Т.Фролов и В.А.Кобозев (71) Челябинский ордена Трудового

Красного Знамени институт механизации и электрификации сельского хозяйства .(53) 621.314.26(088.8) (56) 1. Бамдас А.И. и др. Ферромагнитные умножители частоты. M. "Энергия", 1968, с. 90.

2. Авторское свидетельство СССР № 892618, кл. Н 02 M 5/16, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР № 570964, кл. Н 02 M 5/16, 1975. (54)(57) ФЕРРОМАГНИТНЫЙ УЧЕТВЕРИТЕЛЬ

ЧАСТОТЫ, содержащий ферромагнитный элемент с расположенными на его маг„„SU„„I 1 28349 А нитопроводе первичными и соединенными с выходными выводами вторичными обмотками, а также обмоткой подмагничивания постоянным током и обмоткой самоподмагничивания током четвертой гармоники, замкнутой на конденсатор, и две пары входных выводов для подключения двух источников питания, выходные напряжения которых сдвинуты одно относительно другого на

90 эл. град., о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью улучшения .массогабаритных показателей, указанные обмотки расположены на одном сердечнике магнитопровода и введены два управляемых мостовых выпрямителя, вход каждого из которых соединен с одной из пар входных выводов, а вы- . ход — с одной из первичных обмоток, включенных с одинаковой полярностью.

49 2 ники, замкнутой на конденсатор, и две пары входных выводов для подключения двух источников питания, выходные напряжения которых сдвинуты относительно друг друга на

90 эл. град. (3) .

Недостатком известного устройства являются плохие массогабаритные показатели, обусловленные наличием четырех стержней магнитопровода и значительного количества обмоток, а также пользованием в качестве нелинейных элементов дросселей насыщения и тем, что каждый из сердечников передает энергию нагрузке в течение

1/4 части периода входной частоты.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных IIQKазателей.

Поставленная цель достигается тем, что в ферромагнитном учетверителе частоты, содержащем ферромагнитный элемент с расположенными на его магнитопроводе первичными и соединенными с выходными выводами вторичными обмотками, а также обмоткой подмагничивания постоянным током и обмоткой самоподмагничивания током четвертой гармоники, замкн ой на конденсатор, и две пары входных выводов для подключения двух источников питания, выходные напряжения которых сдвинуты одно относительно другого на 90 эл.град., указанные обмотки расположены на одном сердечнике магнитопровода и введены два управляемых мостовых выпрямителя, вход каждого из которых соединен с одной из пар входных выводов, а выход - с одной из первичных обмоток, включенных с одинаковой полярностью.

На чертеже приведена принципиальная схема ферромагнитного учетверителя частоты.

Ферромагнитный учетверитель часто ты состоит из двух управляемых мостовых выпрямителей 1 и 2, входы ко° торых соединены с входными выводами для подключения двух источников переменного напряжения, а выходы в одинаковой полярности присоединены к первичным обмоткам 3 и 4, расположенным на сердечнике ферромагнитного элемента 5, на котором также расположены обмотка 6 поомагннчивания постоянным током, имеющая полярность, противоположную полярности первичных обмоток, обмотка 7 самоподмагничивания током четвертой гармоники, замкнутая на конденсатор 8, и выход1 11283

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям, и может быть использовано в качестве источника .питания потребителей тока частотой 200 Гц—

5 . электроприводов ручного инструмента, деревообрабатывающих станков, центрифуг, кроме того, оно может найти применение для питания индукционнных установок„ при электроимпульсной об- 10 работке металлов.

Известен ряд ферромагнитных учетверителей частоты, принцип действия которых основан на выделении гармонических составляющих из питающего напряжения при насыщении сердечников ферромагнитных элементов (1) .

Недостатком этих устройств являются плохие массогабаритные показатели. Коэффициейт использования активных материалов для этого типа умножителей составляет по отношению к обычным трансформаторам 0,35-0,4.

Недостаток вызван тем, что каждый из сердечников передает энергию нагрузке только в течение 1/4 части нериода входной частоты (в течение одного периода выходной частоты из четырех).

Известен также стабилизированный умножитель частоты, содержащий трехстержневой трансформатор с расположенными на его стержнях первичными, вторичными обмотками и обмотками самоподмагничивания постоянным током и током четвертой гармоники, причем первичные обмотки присоединены к

35 выходам двухполупериодных неуправляемых выпрямителей, а намагничивание сердечников постоянной составляющей ,токов компенсируется самоподмагничи40 ванием постоянным током (2) .

В выходном напряжении выпрямителей наиболее явно выражены постоянная составляющая и вторая гармоника, поэтому для выделения четвертой гар45 моники и компенсации постоянной составляющей требуется значительная мощность, что ухудшает энергетические показатели устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фер . 50 ромагнитный учетверитель частоты, содержащий ферромагнитный элемент с расположенными на его магнитапроводе первичными и соединенными с выходными выводами вторичными обмотками,, 55 а также обмоткой пацмагничивания постоянным такоМ и обмоткой самоподмагничивания токам четвертой гармо3 11283 ная обмотка 9, соединенная с выходными выводами. Выходные напряжения указанных источников сдвинуты на

90 эл.град.

Устройство работает следующим образом.

Известно, что в кривой выходного напряжения выпрямителей всегда содержатся гармонические составляющие, величина которых зависит от угла управления выпрямителем, а порядок— от числа пульсаций. Гармонический состав напряжения, приложенного к первичным обмоткам ферромагнитного умножителя частоты, определяется 15 формулой

11 42 0 чЯ О -- 61п — — ° 9 п !1 СОз щ с „ ,где Р = 4 — число пульсаций;

1,2 — порядковый номер гармо20 ники (при P - =4 четвертой гармонике соответствует 1 = 1), К вЂ” угол управления выпрями25 телем, отсчитываемый от момента естественной коммутации неуправляемого вентиля, который сдвинут по фазе от момента перехода через нуль соответствующего напряжения на 45 (при числе пульсаций P = I).

Ферромагнитный элемент всегда обладает индуктивностью, поэтому в первичных обмотках возникает ЭДС самоиндукции, действующее значение которой на холостом ходу равно дейст.вующему значению прямого приложенного напряжения. При возрастании активной 40 составляющей тока в первичных обмотках (при нагрузке) ЭДС самоиндукции уменьшается. Постоянная составляющая тока в первичных обмотках вызывает вынужденное намагничивание сердечни- 45 ка, которое компенсируется действием потока постоянного намагничивания от обмотки 5. Действие этого потока поддерживает ЗДС самоиндукции, которая и при нагруженном ферромагнитном учетверителе частоты равна ЭДС само49 4 индукции холостого хода. Четвертая гармоника потока в ферромагнитном элементе дополнительно усиливается благодаря наличию контура самоподмагничивания: обмотка 7 — конденсатор 8, в результате выходное напряжение изменяется с частотой, в четыре раза превышающей входную частоту, и имеет форму, близкую к синусоидальной.

При питании от трехфазной сети любое фаэное напряжение сдвинуто по фазе относительно линейного, образованного двумя другими фазами, на угол 90, следовательно линейное о изменяется по закону косинуса и дополнительных источников питания не требуется.

Из зависимости (1) следует, что наиболее эффективное учетверение частоты обеспечивается при угле упо равления с = 90, для регулирования величины выходного напряжения от нуля до максимума необходимо изменять угол управления в пределах

135 33 < > 90 . Уменьшение угла управ ления менее 90 нецелесообразно с о энергетической точки зрения.

При однофазном исполнении необхо, димо ограничивать наводимую в обмот .ке подмагничивания постоянным током переменную ЗДС, например, с помощью дросселя. В трехфазном исполнении при последовательном соединении обмоток подмагничивания ЭДС взаимоуничтожаются.

Таким образом, предлагаемое устройство имеет более простую коиструк цию (при условии использования стандартных выпрямительных устройств) и более высокий коэффициент полезного действия при использовании обычных трансформаторных сталей, поскольку в этом случае прямое сопротивление вентилей значительно меньше сопротив" ления обмоток насыщенного АерроМагнитного элемента, а также обеспечивает резкое уменьшение веса активных материалов и числа последовательно соединенных обмоток и тем самым улуч шает технико-экономические показатели.

1 128349

Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений н открытий

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

Заказ 9080/41

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

Составитель Л.Устинкина

Редактор Т.Кугрышева Техред Т.Фанта Корректор А.Зимокосов