Трансформаторноключевой преобразователь частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, и м.б. использовано для электромагнитного перемешивания металлического расплава в электронно-лучевой вакуумной технологии , а также в электроприводе и устройствах автоматики. Целью является повышение надежности за счет снижения коммутационных перенапряжений и уменьшения влияния на питающую сеть.Устр-во содержит управляемые ключи 2 и 3, подключенные к двум первичным обмоткам 4 и 5. Третья обмотка 7 включена согласно с обмот ками 4 и 5. Обмотки размещены соответственно на крайних и среднем стержнях трехстержневого магнитопровода 1. Обмотки 4 и 5 периодически замыкаются ключами 2 и 3, на управляющие входы которых через формиро (Л со Oi О5 со

СОЮЗ СОВЕТО (ИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1690 А1 (19) (11) 51) 4 Н 02 М 5/27

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4046922/24-07 (22) 31 . 03. 86 (46) 23. 12. 87. Бюл. N- 47 (71) Винницкий политехнический институт (72) В.А.Кравчук и В.А,Логиненко (53) 621 .31 4 . 27 (088 .8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 851689, кл. H 02 145/16, !981.

Авторское свидетельство СССР

Ф 930531, кл. Н 02 М 5/27, 1982.

Авторское свидетельство СССР

N9 1152075, кл. Н 02 M 5/27, 1983. (54) ТРАНСФОРМАТОРНО-КЛ10ЧЕВОЙ ПРКОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано для электромагнитного переме" шивания металлического расплава в электронно-лучевой вакуумной технологии, а также в электроприводе и устройствах автоматики. Целью явля- ется повышение надежности за счет снижения коммутационных перенапряжений и уменьшения влияния на питающую сеть.устр-во содержит управляемые ключи 2 и 3, подключенные к двум первичным обмоткам 4 и 5. Третья обмотка 7 включена согласно с обмотками 4 и 5. Обмотки размещены соответственно на крайних и среднем стержнях трехстержневого магнитопровода 1. Обмотки 4 и 5 периодически замыкаются ключами 2 и 3, на управляющие входы которых через формиро136169 ватель 12 и распределитель импульсов 11 подается сигнал с выхода нуль-индикатора 13 входного напряжения. Обмотки 4 и 5 включены между собой последовательно-встречно. Две вторичные обмотки 8 и 9 находятся на боковых стержнях и включены согласно-последовательно с нагрузкой. Деление частоты происходит путем непрерывного суммирования противофазных. напряжений на вторичных обмотках.

1 з.п.ф-лы. 2 ил.

10,15

40

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в спецэлектрометаллургии (установки перемешивания металлического расплава в вакуумных печах), электро. приводе и устройствах автоматики.

Целью изобретения является повышение надежности за счет снижения коммутационных перенапряжений на элементах преобразователя и уменьшения влияния на питающую сеть.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 — диаграммы работы устройства.

Трансформаторно-ключевой преобразователь частоты состоит из трехстержневого магнитопровода 1, управляемых ключей 2 и 3, подключенных параллельно двум первичным обмоткам

4 и 5. Одни концы этих обмоток образуют входные выводы 6 преобразователя, а другие концы подключены к третьей первичной обмотке 7, которая с обмотками 4 и 5 включена согласно. Вторичные обмотки 8 и 9 включены согласно и последовательно с нагрузкой 10. Ключи 2 и 3 управляются от распределителя 11 импульсов, длительность импульсов задается формирователем 12, а их частота — тактовым сигналом нуль-индикатора 13 входного напряжения. Распределитель

11 импульсов состоит из инвертора 14, триггера со счетным входом 15 и четырех схем 2И 16 — 19. В качестве управляемых ключей 2 и 3 могут быть применены, например, транзисторы или тиристоры. Нуль индикатор 13 мо-. жет быть построен, например, на интегральном операционном усилителе. с соответствующими цепями, коррекции, работающем в режиме компаратора по переходу входного напряжения через нуль. Формирователь 12 строится по принципу укорочения импульсов.

На фиг.2 изображены временные диаграммы: 20 — входного напряжения сети, 21 — напряжения на выходе нуль-индикатора,. 22 — напряжения на выходе формирователя, 23 — напряжения управления на ключе 2, 24 — нап— ряжения на вторичной обмотке 9, 25 — напряжения ..управления на ключе 3, 26 — напряжения на вторичной обмотке 8, 27 — выходного напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При разомкнутых ключах ? и 3 (когда сигнал управления отсутствует) вследствие указанного соединения первичных обмоток 4,5 и 7, а также равенства чисел витков обмоток 4 и 5 и вторичных обмоток 8 и 9 напряжение на нагрузке 10 равно нулю. При включении системы управления на выходе нуль-индикатора 13 формируются импульсы, передний и задний фронты которых совпадают с моментами перехода входным напряжением сети нулевого уровня (диаграмма 21). С выхода нуль-индикатора 13 эти импульсы поступают на вход формирователя 12, который формирует узкие импульсы с частотой, равной частоте входного напряжения (диаграмма 22). Выходные импульсы формирователя 12 управляют работой распределителя 11, выходные сигналы которого (диаграммы 23 и 25) подаются на управляющие входы ключей 2 и 3 и поочередно коммутируют их. Длительность выходных импульсов 23 и

1361690

25 распределителя 11 равна периоду входного напряжения. При замыкании, например, ключа 2 (ключ 3 разомкнут) управляющим сигналом 23 напряжение на вторичной обмотке 8 близко нулю (диаграмма 24), а на вторичной обмотке 9 присутствует напряжение, определяемое коэффициентом трансформации между первичными обмотками 5 и 7 и вторичной обмоткой 9 (диаграмма 26). На следующем цикле, когда вЫходной импульс распределителя подан на управляющий вход ключа 3 (диаграмма 25), напряжение на вто-. 15 ричной обмотке 9 близко нулю, а на обмотке 8 имеется напряжение, определяемое коэффициентом трансформации между обмотками 4 и 7 и обмоткой 8. Причем напряжение на одной 20 вторичной обмотке на данном цикле замкнутого состояния соответствующего ключа противоположно по фазе напряжению на другой вторичной обмотке на последующем цикле -(диаграммы 24 на обмотках 8,26 и 9) . Суммирование напряжений на вторичных обмотках 8 и 9 дает кривую выходного напряжения (диаграмма 27).

Особенность описанного преобразователя, обеспечивающая положительный эффект, заключается в том, что исходя из необходимого коэффициента трансформации суммарное число виткой средней (третьей) и соответствующей крайней обмоток (Ж + W, или

W + W ) остается равным числу витков соответствующей первичной (управляющей обмотки известного транс- 40 форматора. Вместе с тем индуктивность коммутируемых первичных обмоток уменьшена по сравнению с вариан-. том силовой части по схеме известного трансформатора, когда коммутируются полные первичные обмотки крайних стержней. Количественно уменьшение коммутируемой индуктивности может быть оценено из следующего условия;

L (W ) К (н )а

II

+ Ис 2 а

= (— — — - -) = (1+К)

w"

3 где L — индуктивность управляющей (первичной) обмотки известного трансформатора; индуктивность управляющей обмотки секции) предлагаемого устройства;

I Ц

R u R — магнитные сопротивления м м для соответствующих обI моток, причем R R.

W — число витков средней обс мотки.

Таким образом, коэффициент уменьшения индуктивности коммутируемой оомотки, равный

К„= (1+К ), I

1 1сР W t где К= — „— = ф 4 зависит от соотношения между числом витков средней и крайней обмоток, что и определяет повышение надежности и облегчение работы узла коммутации за счет снижения скачков напряжения на зажимах размыкающейся управляющей обмотки.

Заметим, что перераспределять о витки управляющей обмотки с крайнего, стержня на средний, т.е.изменять коэффициент К, имеет смысл в пределах К = О+1, так при К > 1 не- определенно возрастает ток ключа и становится соизмеримым с током нагрузки.

Наряду с укаэанным положительным эффектом разделение первичной абмот» ки трансформатора на две крайние и среднюю позволяет уменьшить параметры рассеяния, которые определяют быстродействие трансформаторно-ключевых структур, уменьшающих искажающее влияние устройства на питающую сеть. Снижение параметров рассеяния повышает также входной коэффициент мощности, что следует из рассмотрения схемы замещения трансформатора. Кро ме того, уменьшаются габариты транс- форматора и достигается экономия меди, так число витков обмоток на крайних стержнях уменьшается на величину Ы, а добавляется только одна средняя секция с таким же количеством витков, которая является составной частью первичной обмотки на каждом цикле работы делителя.

Ф о р м у л а и з О б p e т е н и я

1.Трансформаторно-ключевой преобразователь частоты, содержащий трехстержневой магнитопровщ с располо13616

2f гг

Составитель Г.Мыцык

Редактор Н.Лазаренко Техред М. Ходанич Корректор И.Муска

Заказ 6301/55 Тираж 659 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул. Проектная, 4 женными на крайних его стержнях двумя первыми концами встречно связанными первичными обмотками, вторые концы которых образуют входные выво-. ды преобразователя, причем каждая иэ обмоток зашунтирована управляемым ключом переменного тока, и с двумя согласно включенными одними концами и расположенными на тех же крайних стержнях. вторичными обмотками, дру=; гие концы которых образуют выходные выводы преобразователя, а также блок управления в виде последовательно связанных между собой задатчика частоты и распределителя импульсов, выходами связанного с .управляющими входами указанных ключей переменного тока, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности за счет снижения коммутационных перенапряжений на элементах преобразователя и уменьшения влияния на питающую сеть, он снабжен третьей первичной обмоткой, включенной между указанными первыми концами двух первичных обмоток °

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что для обеспечения режима деления частоты сети в целое число раз эадатчик частоты содержит посследовательно включенные нуль-индикатор входного напряжения, входом подключенный к входным выводам преобразователя, и формирователь импульсов.