Преобразователь постоянного напряжения в @ -фазное на основе эффекта холла

 

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью изобретения является расширение области применения и упрощение устройства. I образователь в трехфазном варианте содержит три элемента Холла в виде трех полупроводниковых пластин 1. На первой паре противолежащих боковых сторон размещены секционированные электроды 2, а на второй паре боковых сторон размещены электроды 3, которые через последовательное соединение всех пластин подключают к источнику постоянного напряжения. Пластины 1 размещены в магнитных зазорах трех магнитных систем А. В, С, на которых расположены секционированные обмотки 5 и 6 возбуждения и выходные обмотки 7. Секции обмоток возбуждения соседних магнитных систем соединены последовательно и подключены к одной паре секционированных электродов 2. Преобразователь обладает свойством самовозбуждения. 4 ил. « Ё О ел 00 OJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (эцэ Н 02 М 7/48

ГОСУДАРСТВЕН%з и КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юг I (21) 4398553/07 (22) 28,03.88 (46) 23.06.91. Бюл. М 23 (71) Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта им.С.М.Кирова (72) С,Е.Дворчик, И.З.Скрыпин, С.P.Òðîèöкий и Л.Ю.Устименко (53) 621,314.572 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1265950, кл. Н 02 M 7/44, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО

НАПРЯЖЕНИЯ В m-ФАЗНОЕ НА ОСНОВЕ

ЭФФЕКТА ХОЛЛА (57) Изобретение относится к силовой преобразовательной технике. Целью изобретения является расширение области применения и упрощение устройства. Пре„„ Ц„„1658341 А1 образователь в трехфаэном варианте содержит три элемента Холла в виде трех полупроводниковых пластин 1, На первой паре противолежащих боковых сторон размещены секционированные электроды 2, а на второй паре боковых сторон размещены электроды 3, которые через последовательное соединение всех пластин подключают к источнику постоянного напряжения. Пластины 1 размещены в магнитных зазорах трех магнитных систем А, В, С, на которых расположены секционированные обмотки 5 и 6 возбуждения и выходные обмотки 7.

Секции обмоток возбуждения соседних магнитных систем соединены последовательно и подключены к одной паре секционированных электродов 2. Преобразователь обладает свойством самовозбуждения. 4 ил, Ф

1658341

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении инверторов централизованного типа.

Цель изобретения — расширение области применения и упрощение преобразователя.

На фиг.1 схематически показано устройство блока одной фазы полупроводникового преобразователя (беэ электрических соединений); на фиг.2 — схема электрических соединений трехфазного полупроводникового преобразователя; на фиг.3— временные диаграммы, поясняющие процессы в преобразователе; на фиг.4 — векторные диаграммы. е-фазный преобразователь содержит m идентичных фаэных блоков (на фиг.2 m-3).

Фаэный блок на фиг.1 содержит полупроводниковую пластину 1 с секционированными электродами 2 на боковых поверхностях. подключенную через электроды 3 на торцах к источнику постоянного тока и размещенную в зазоре между парами полюсов магнитопровода 4 магнитной системы.

Собственная обмотка 5 возбуждения (СОВ) и обмотка 6 связи (ОС), охватывающие магнитопровод 4, выполнены из отдельных секций (секции показаны на фиг.1 одинаковыми). В m-фаэном варианте (фиг.2) секции, охватывающие разные магнитопроводы, соединены последовательно и подключены к секционированным электродам, а нагрузка подключена к отдельным нагрузочным обмоткам 7, охватывающим каждый из т магнитопроводов.

Самовоэбуждение и работа преобразователя на фиг.2 объясняются следующим образом.

Активный элемент 1 Холла (фиг.2), по которому через электроды на торцах 3 протекает продольный ток от приложенного извне напряжения, находится в магнитном поле собственной обмотки 6 возбуждения, подключенный к электродам на боковых сторонах 2. Описанная система является неустойчивой. ю При случайном возникновении ïîëåречного тока, протекающего через собственную обмотку возбуждения, созданное им магнитное поле увеличивает этот ток, в результате происходит усиление магнитного поля, дальнейшее увеличение тока и т.д.

Рост поперечного тока приводит к появлению и росту продольной электродвижущей силы, препятствующей протеканию продольного тока, который уменьшается по сравнению с начальным значением, Пренебрегая падением напряжения на активном сопротивлении обмоток, включен5

55 ных в цепь поперечного тока, можно показать, что установившееся состояние достигается, когда отношение плотностей поперечного тока к продольному будет равно В.Х, где  — индукция магнитного поля, Х вЂ” коэффициент Холла материала активного элемента. Можно показать, что величина продольного тока в этом случае не зависит от приложенного напряжения, От величины напряжения, приложенного к продольной цепи, зависит сам факт самовозбуждения (существует минимальное напряжение для самовоэбуждения) и величина поперечного тока.

Процесс самовоэбуждения развивается при определенном направлении продольного тока (включении обмотки, создающей магнитное поле), но направление, в котором этот процесс развивается, определяется только начальным возмущением, т.е. направление, в котором протекает установившийся поперечный ток, может быть любым.

Соответственно с этим любое направление может иметь магнитное поле.

На фиг.2, где изображена схема электрических соединений преобразователя, видно, что поперечный ток любой фазы (в дальнейшем просто "ток фазы"), обтекая собственную обмотку возбуждения. обтекает и обмотку связи другой фазы.

Однако рост тока другой фазы происходит не одновременно с ростом магнитного поля, созданного обмоткой связи, а с некоторым запаздыванием, которое объясняется наличием индуктивности в цепи поперечного тока.

Поскольку хотя бы одна из фаэ индуктивного преобразователя находится в состоянии возбуждения, величина продольного тока постоянна, а величина поперечного тока определяется продольным напряжением этой фазы. Суммарное продольное напряжение на всех фазах постоянно, поэтому рост тока любой иэ фаз вызывает падение напряжения на остальных фазах.

Таким образом, случайно возникший в фазе А ток вызовет в ней переходный процесс, который приведет к росту тока в ней самой и падению напряжения на остальных фазах. Развивающийся с некоторым запаздыванием процесс в фазе В дает старт развитию процесса в фазе С. Продольное напряжение фазы В растет, следовательно, напряжение на фазах А начинает уменьшаться, магнитное поле фазы А оказывается

"слишком большим" для уменьшенного напряжения, ток начинает уменьшаться и процесс в фазе А начинает идти в обратную сторону, Затем максимального значения до1658341 стигает ток фазы В, а рост тока фазы С приводит к падению напряжения на фазе В и дает старт росту тока фазы А и т.д.

Приводимые на фиг.3 и 4 графики иллюстрируют описанный процесс.

Обозначения на фиг.3: Фд, Фв, Фс— потоки (индукции) магнитного поля в зазоре магнитопроводов фаэ А, В, С соответственно эти потоки определяются суммой намагничивающих поперечных сил токов в собственной обмотке возбуждения и обмотке связи );Iva, Ive,Ivñ -поперечные (холловские) токи в фазах А, В. С соответственно; Uxa. Uxe Uxc продольные напряжения на активных элементах фаэ А, В, С соответственно (эти напряжения определяются произведением поперечного тока и индукции в каждой фазе, в связи с чем частота продольных напряжений является удвоенной по сравнению с частотой токов; сумма этих напряжений в установившемся режиме постоянна).

Существуют предельные значения индуктивности нагрузки, которые зависят от величины тока нагрузки и соотношения чисел витков в обмотках возбуждения. При увеличении индуктивности нагрузки происходит снижение напряжения, что уменьшает активную мощность. Это обстоятельство иллюстрируется векторной диаграммой токов, ЭДС и намагничивающих сил, приведенной на фиг.4, где обозначено: FA, Fc— намагничивающие силы фазы А, создаваемые собственной обмоткой возбуждения и обмоткой связи соответственно; FN1 и FN2 намагничивающие силы, создаваемые током нагрузки!м присоз р1 и сов р соответственно; Pap — злектродвижущая сила фазы

А в режиме холостого хода; Ut и Ю вЂ” напряжения на нагрузке при первом и втором значении коэффициента мощности нагрузки.

Развитие колебаний возможно при определенном значении приложенного посто5

1О

40 янного напряжения и определенных значениях активных и индуктивных сопротивлениях цепей. Благодаря идентичности блоков временной сдвиг между магнитными потоками и всеми одноименными переменными блоков различных фаз одинаков, как одинаковы и амплитуды этих переменных.

Предлагаемый преобразователь по сравнению с известным имеет меньший вес (за счет отсутствия трансформатора), а за счет постоянного наличия цепи между секционированными электродами на боковых сторонах полупроводниковой пластины, обеспечивается работа в более широком нагруэочном, что расширяет область применения преобразователя.

Формула изобретения

Преобразователь постоянного напряжения в m-фаэное на основе эффекта Холла, содержащий m элементов Холла в виде полупроводниковых пластин с секционированными электродами на первой паре противолежащих боковых сторон и с электродами на второй паре боковых сторон, предназначенными для подключения их к источнику постоянного напряжения через последовательное соединение всех пластин, а также m магнитных систем, каждая с двумя обмотками возбуждения и с магнитным зазором, в котором размещена одна из пластин, причем обмотки возбуждения соседних магнитных систем связаны последовательно, образуя замкнутую электромагнитную систему, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области применения и упрощения, обмотки возбуждения выполнены из отдельных секций, секции этих обмоток, принадлежащие соседним магнитопроводам, соединены последовательно и подключены к одной из пар электродов, расположенных на первой паре боковых сторон соответствующей пластины, выходная обмотка каждой фазы размещена на соответствующем мэ питон поводе.

1658341

1658341

Составитель Г. Мыцык

Техред М.Моргентал

Редактор В. Данко

Корректор М. Кучерявая

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1720 Тираж 398 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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