Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты



Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты
Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты
Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты

 


Владельцы патента RU 2538182:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) (RU)

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты относится к преобразовательной технике и может быть использован в качестве статического регулируемого источника питания электротехнологических установок. Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности, обеспечение независимости диапазона регулирования от характера нагрузки, снижение массы и габаритов. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты содержит в каждой фазе трехфазной сети (17, 18, 19) последовательно соединенные обмотку дросселя насыщения (1, 2. 3) и первичную обмотку трансформатора (9), параллельно которым установлены однополупериодные регулирующий (4, 5, 6) и нулевой (13, 14, 15) ключи, при этом вторичные обмотки трансформатора (10, 11, 12) соединены в открытый треугольник, подключенный к однофазной нагрузке (16). Блок управления (7) выполнен на базе широтно-импульсного модулятора, сигналы управления с которого поданы на встречно соединенные упомянутые ключи. Регулирование выходного напряжения осуществляется симметрично середине каждого полупериода напряжения сети, решая поставленную задачу и обеспечивая технический результат: повышение энергетических показателей - коэффициента мощности и КПД, снижение массы и габаритов, обеспечивая независимость диапазона регулирования от характера параметров нагрузки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве статического регулируемого источника питания электротехнологических установок.

Известен статический регулируемый источник напряжения с трехфазным входом и однофазным выходом, выбранный в качестве аналога (Бамдас A.M. Ферромагнитные умножители частоты. - М.: Энергия, 1968, рис.3.4,6, с.64), содержащий три броневых сердечника с первичными и вторичными обмотками на средних стержнях, соединенных согласно, и обмотками подмагничивания, включенных встречно и размещенных на крайних стержнях.

Недостатками являются большая масса и габариты, инерционность, наличие четных гармоник потока, зависимость частоты от величины тока подмагничивания, вплоть до «опрокидывания фазы» выходного напряжения.

Известен магнитно-тиристорный умножитель частоты в нечетное число раз с непосредственной связью, выбранный в качестве аналога (авт. св. №819908, БИ №13, 1981), содержащий трансформатор с первичными обмотками, подключенными к трехфазной сети, и биполярные тиристоры, подсоединенные к вторичным обмоткам с нулем, причем между нулем и общей точкой тиристоров установлена нагрузка.

Недостатками аналога являются низкие энергетические показатели, свойственные преобразователям с естественной коммутацией тиристоров, ограниченный диапазон регулирования при активно-индуктивной нагрузке.

Известен m-фазный магнитно-тиристорный умножитель частоты, выбранный в качестве прототипа (авт. св. №587574, БИ №1, 1978), содержащий в каждой фазе пару биполярных ключей, например, тиристоров, образующих m-лучевую звезду, и односердечниковые дроссели насыщения, подключенные параллельно с биполярными ключами.

Недостатками прототипа являются низкие энергетические показатели, свойственные преобразователям с естественной коммутацией - дополнительное потребление реактивной мощности, ограниченный диапазон регулирования при активно-индуктивной нагрузке.

Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности, обеспечение независимости диапазона регулирования от характера нагрузки, снижение массы и габаритов.

Поставленная задача достигается тем, что в каждую фазу магнитно-полупроводникового умножителя частоты, содержащего трехфазную сеть, к каждой фазе которой подключен односердечниковый дроссель насыщения с обмоткой, зашунтированный однополупериодным регулирующим ключом, и однофазную нагрузку, введены двухобмоточный трансформатор, первичные обмотки которого соединены с соответствующими дросселями насыщения, а вторичные обмотки соединены в открытый треугольник и подключены к нагрузке, и однополупериодные нулевые ключи, соединенные параллельно первичным обмоткам трансформатора, и включенные встречно шунтирующим ключам, а также блок управления ключами на базе широтно-импульсного модулятора, причем входы всех упомянутых ключей подключены к блоку управления.

При питании от трехпроводной сети первичные обмотки трансформатора соединяются по схеме звезда с нулевой точкой или по схеме треугольник.

Сущность изобретения заключается в том, что замыкание шунтирующего ключа обмотки дросселя насыщения осуществляется в начале положительного полупериода каждой фазы сети на время α π/3, а с момента его размыкания сердечник дросселя насыщения перемагничивается и насыщается в момент βk=2π-αk, где αk - длительность замкнутого состояния регулирующего ключа. На выходе открытого треугольника формируется напряжение из кратных трем гармоник ЭДС отдельных вторичных обмоток фаз, а все другие гармоники при сложении взаимно компенсируются, и к нагрузке прикладывается напряжение утроенной частоты.

При активно-индуктивной нагрузке с момента α=αk размыкания регулирующего ключа первичная обмотка трансформатора закорачивается нулевым ключом, обеспечивая протекание тока нагрузки в прежнем направлении, при этом происходит свободный обмен энергией между сетью и нагрузкой.

На фиг.1 представлена схема магнитно-полупроводникового умножителя частоты в три раза с подключением первичных обмоток трансформатора по схеме звезда с нулем, на фиг.2 - схема с соединением первичных обмоток трансформатора в треугольник, а на фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы утроителя частоты при активно-индуктивной нагрузке.

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты содержит односердечниковые дроссели насыщения 1, 2, 3, обмотки которых зашунтированы однополупериодными регулирующими ключами 4, 5, 6 с управлением от блока 7 управления с широтно-импульсной модуляцией, и трехфазный трансформатор 8, первичные обмотки 9 которого подключены к обмоткам дросселей насыщения 1, 2, 3, а его вторичные обмотки 10, 11, 12 соединены открытым треугольником. Параллельно первичным обмоткам 9 трансформатора 8 установлены однополупериодные нулевые ключи 13, 14, 15, которые, как и ключи 4, 5, 6, получают сигналы переключения от широтно-импульсного модулятора, входящего в блок управления 7. Нагрузка 16 подключена к вторичным обмоткам 10-12 трансформатора 8.

Фазы напряжения сети А-17, В-18, С-19 сдвинуты между собой на угол 120° (фиг.3,a).

Вначале рассмотрим принцип работы магнитно-полупроводникового умножителя частоты в три раза по фиг.1 при максимальном угле αk=π/3=60°.

Суть работы заключается в следующем. В начале полупериода фазы 17 в момент α=0 замыкается регулирующий ключ 4, при этом сердечник 1 дросселя насыщения остается насыщенным с индукцией - Bs (фиг.3,в). Через регулирующий ключ 4 потечет ток; к обмоткам 9, 10 трансформатора 8 и к нагрузке 16 прикладывается напряжение 20 (фиг.3,б). В момент α=α=π/3 размыкается регулирующий ключ 4, сердечник дросселя насыщения 1 начинает размагничиваться по кривой 21 на величину ΔB и одновременно в момент βk=2π-αk насыщается сердечник дросселя насыщения 2 фазы 18, формируя в обмотках 10, 16 трансформатора 8 отрицательную полуволну напряжения 22 (фиг.3,г). При α=2π/3 замыкается регулирующий ключ 5 фазы 18, сердечник дросселя насыщения 2 начинает размагничиваться на величину индукции ΔB, и одновременно насыщается сердечник дросселя насыщения 3 фазы 19 (фиг.3,д), формируя отрицательную полуволну напряжения 24. В момент α=4Δπ/3 замыкается регулирующий ключ 6 фазы 19, и к нагрузке 16 через трансформатор 8 прикладывается полуволна напряжения 25 (фиг.3,д). В момент α=5π/3 насыщается сердечник дросселя насыщения 1 фазы 17, который намагничивался с момента α=π, и на интервале α 5π/3-2π к нагрузке 16 прикладывается отрицательная полуволна напряжения 26 (фиг.3,б).

Следовательно, за период напряжения, например, фазы 17 на нагрузке 16 формируется напряжение 27 утроенной частоты (фиг.3,е).

При регулировании напряжения в активно-индуктивной нагрузке с углом коммутации αk<π/3 (эти углы показаны тонкой линией) в противофазе с регулирующим ключом 4 замыкается нулевой ключ 13, шунтируя первичную обмотку 9 трансформатора 8, и по ее короткозамкнутому контуру продолжает протекать ток 30, спадая до нуля. Ток 31 нагрузки 16, как следует из фиг.3, состоит из тока 29, протекающего по регулирующему ключу 4, тока 30, протекающего по нулевому ключу 13, и тока 28 через обмотку дросселя насыщения 1. Процессы, протекающие по элементам других фаз однофазной сети с нулем, аналогичны, но по времени сдвинуты на 120° и 240°. Аналогично протекают процессы и в утроителе частоты на фиг.2, с той лишь разницей, что к элементам утроителя частоты прикладывается линейное напряжение.

В качестве ключей можно использовать тиристоры типов GTO, IGCT или транзисторы IGBT с отсекающими диодами, а для дросселей насыщения - магнитопроводы с прямоугольной петлей гистерезиса - нанокристаллические сплавы 5БДСР типа П, Т или «Гаммамет» ГМ 32 ДС и др.

Таким образом, в предлагаемом магнитно-полупроводниковом умножителе частоты: обеспечивается регулирование выходного напряжения в широком диапазоне независимо от параметров активно-индуктивной нагрузки, без сдвига гармоник; повышается коэффициент мощности на 8-12% (по сравнению с прототипом); уменьшаются масса и габаритная мощность трансформатора; повышается КПД.

1. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты, содержащий трехфазную сеть, к каждой фазе которой подключен односердечниковый дроссель насыщения с обмоткой, зашунтированный однополупериодным регулирующим ключом, и однофазную нагрузку, отличающийся тем, что в каждую фазу введены двухобмоточный трансформатор, первичные обмотки которого соединены с соответствующими дросселями насыщения, а вторичные обмотки соединены в открытый треугольник и подключены к нагрузке, и однополупериодные нулевые ключи, соединенные параллельно первичным обмоткам трансформатора, и включенные встречно шунтирующим ключам, а также блок управления ключами на базе широтно-импульсного модулятора, причем входы всех упомянутых ключей подключены к блоку управления.

2. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты по п.1, отличающийся тем, что первичные обмотки трансформатора соединены по схеме звезда с нулевой точкой.

3. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты по п.1, отличающийся тем, что первичные обмотки трансформатора соединены по схеме треугольник.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в восемь раз выполнен на базе восьми двухобмоточных дросселей насыщения, соединенных по мостовой схеме, которые подключены одной диагональю к двум четырехпроводным сетям, сдвинутым между собой на угол α=±/4, а второй диагональю - к двухобмоточным трансформаторам.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в четыре раза содержит трехфазный трансформатор с искусственной нулевой точкой в первичной обмотке и двумя вторичными обмотками с одинаковым уровнем выходного напряжения.

Изобретение относится к области полупроводниковой преобразовательной техники и может быть использовано для получения регулируемого и стабилизированного трехфазного переменного напряжения, причем качество выходного тока остается высоким.

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры. .

Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может использоваться в регуляторах температуры с автоматическим резервированием каналов управления.

Изобретение относится к преобразователям переменного напряжения в постоянное и может быть использовано при создании блоков питания магнетронов непрерывного генерирования в станциях активных помех радиолокации, в микроволновых СВЧ печах и других устройствах подобного типа.

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при изготовлении точных, быстродействующих стабилизаторов переменного напряжения. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования напряжения, в частности в точных, быстродействующих стабилизаторах переменного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к производству, преобразованию и распределению электрической энергии, и может быть использовано для регулирования температуры различных объектов, содержащих электрические нагревательные элементы, в частности в промышленности переработки термопластичных, резинотехнических и других полимерных материалов для многоканального регулирования температуры зон обогрева экструдеров, вакуумформовочных и литьевых машин.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в восемь раз выполнен на базе восьми двухобмоточных дросселей насыщения, соединенных по мостовой схеме, которые подключены одной диагональю к двум четырехпроводным сетям, сдвинутым между собой на угол α=±/4, а второй диагональю - к двухобмоточным трансформаторам.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты в четыре раза содержит трехфазный трансформатор с искусственной нулевой точкой в первичной обмотке и двумя вторичными обмотками с одинаковым уровнем выходного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока и преобразовательных подстанций для питания электрифицированных железных дорог, в электрометаллургической и химической промышленности.

Предлагаемое изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока и состоит из понижающего автотрансформатора, имеющего три катушки (1, 2 и 3) первичной обмотки и шесть соединенных между собой узлами A, B, C, D, E, F катушек (4, 5, 6, 7, 8, 9) вторичных обмоток, имеющих каждая по две отпайки (10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21) от витков.

Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в качестве устройства симметрирования напряжений кабеля при обрыве любой его фазы. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в многофазных полупроводниковых преобразователях, в частности в выпрямителях, инверторах и преобразователях частоты.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков для повышения их быстродействия.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании выпрямителей для регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока.

Изобретение относится к электроэнергетике а именно к высоковольтным линиям электропередач. .

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока для станков, а также на преобразовательных подстанциях.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности задания требуемого времени восстановления напряжения. Для этого заявленное устройство содержит клеммы кабеля А, В, С, три реле постоянного тока контроля фаз, каждое из которых содержит источник питания, составленный из однофазного двухобмоточного трансформатора, однофазного мостового выпрямителя, емкостного фильтра и электромагнита постоянного тока, содержащего последовательно соединенные добавочный резистор и обмотку, размещенную на сердечнике, причем указанный резистор шунтирован конденсатором, при этом каждое реле снабжено одним размыкающим и замыкающими контактами, которые управляют тиристорными ключами с тремя фазовосстанавливающими конденсаторами и тремя фазосдвигающими дросселями, и три выходные клеммы. Первичные обмотки указанных трансформаторов включены на линейные напряжения соответствующих фаз, а вторичные обмотки включены в диагонали собственных выпрямителей. Положительные выводы выпрямителей соединены с положительными выводами емкостных фильтров, шунтирующего конденсатора и добавочного резистора, а отрицательные выводы - с отрицательными выводами емкостных фильтров и свободными выводами обмоток электромагнитов. Тиристорные ключи с фазовосстанавливающими конденсаторами включены параллельно названным трансформаторам, а тиристорные ключи с фазосдвигающими дросселями включены последовательно между клеммами кабеля и соответствующими выходными клеммами. Все тиристорные ключи идентичны и каждый из них содержит три параллельные цепи: первая и третья цепь образованы тиристорами прямого и обратного включения, а вторая цепь образована последовательно соединенными диодом прямого включения, контактной группой, резистором и диодом обратного включения, причем контактная группа тиристорных ключей содержит последовательно соединенные замыкающий контакт отстающей фазы и размыкающий контакт собственной фазы, контактная группа второй цепи шунтирующих тиристорных ключей образована замыкающим контактом отстающей фазы. 1 ил.
Наверх