Делитель частоты многофазного напряжения

 

О П И C -А Н И Е 26I552

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21d>, 12/03

Заявлено 13.1 I l.1965 (№ 946958/24-7) с присоедзтнением заявки № 1206497/24-7

Приоритет

Опубликовано 13.l.1970. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 14Х.1970

Комитет по делам изобретений и открытий лри Совете Министров

СССР

МПК Н 02m

УДК 621,314.27(088.8) Автор изобретения

О. Ф. Меньших

Заявитель

ДЕЛИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ МНОГОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Известен делитель частоты многофазного напряжения, содер?кащ ий многофазные трансформаторы с первичными и вторичными обмотками, распределенными на различных ферромагнитных кернах, и диоды. Однако такой делитель не обеспечивает работу в широком диапазоне частот.

Предлагаемый делитель частоты отличается от известного тем, что в нем керны образуют два многофазных симметричных трансформаторных магнитопровода, причем каждая из вторичных обмоток первого трансформатора соединена через диоды с двумя первичными обмотками второго трансформатора, расположенными на противополо?кных кернах магнитопровода, а каждая из первичных обмоток второго трансформатора распределена на двух соседних кернах магнитопровода по ходу вращения вектора магнитного поля.

Такое выполнение делителя обеспечивает широкополосное деление частоты, например, на два.

На чертеже представлена принципиальная схема описываемого делителя частоты.

Делитель состоит из двух многофазных трансформаторов 1 и 2 и шести полупроводниковых диодов 8 — 8. Первичная обмотка трансформатора 1 подключается к исходному источнику трехфазного тока, а вторичная обмотка трансформатора 2 является выходной.

Первичная шестиполюсная оимметричная обмотка трансформатора 2, состоящая из обмоток 9 — 14, насаженных на связанный шести5 полюсный магнитопровод 15, соединена через диоды с вторичной обмоткой трансформатора

1, состоящей из трех симметричных обмоток

1б — 18, насаженных на магнитосвязанный сердечник 19.

10 В основу работы делителя положен принц ип деления скорости вращевия магнитного поля в трансформаторе 2 на целое число, в данном случае на два. Действительно, если скорость вращения магнитного поля трансфорзт атер а 2 вдвое ниже скорости |вращения магнитного поля в трансформаторе 1, то на входе дел ителя частота многофазного напряжения вдвое выше частоты выходного многофазного сигнала. Для понижения вдвое скорости вращения поля в трансформаторе 2 используются диоды 8 — 8, попарно коммутирующие каждую из трех обмоток 1б — 18 трансформатора 1 на соответствующие две оппозитные обмотки 9 и 12, 10 и 18, 11 и 14 трансформатора 2. Кроме того, в качестве магнитного хтатер иала магнитопровода 15 используется материал с нелинейной характеристикой намагничивания, а обмотки 9 — 14 распределены на шести кернах магнитопровода 15 так, ЗО что каждая из обмоток наложена на два

261552 смежных керна по ходу вращения магнитного поля в трансформаторе 2.

Если в начальный момент времени наибольший положительный потенциал вози икает на конце обмотки lб, то д иоды 8 и б являются проводящими, m по обмоткам 9 и 12 протекает ток. Направление магнитного поля в кернах магн итопровода 15, на которых наложены обмотки 9 и 12, противоположно. Так как обмотки 9 — 14 строго идентичны я симметричны, то результирующий магнитный поток в магнитопроводе (для соответствующих его кернов в данный момент времени) равен нулю. При этом в обмотках 9 и 12 протекает ток большой величины, так как вследствие магнитной связи кернов м агнитопровода в соответствующях обмотках практ|ически не возникает противо-э.д.с. Большая величина тока в обмотках 9 и 12 способствует возн икновению нелинейного режима намагничивания сердечника (для соответствующих его кернов). Такое же положение имеет место и через /з пер иода для обмоток 10 и 18, когда проводящими являются диоды 4 и 7 (при питании от обмотки 17), а также через >/з периода, когда проводящими являются диоды

5 я 8 (при питаниями обмоток П я 14 от обмотки 18). Так им образом, результирующее ма пнитное !поле в течение всего iIIepHopa в магнитопроводе 15 равно нулю в случае, если дос1.игнута полная симметрия электрических и магнитных характеристик первичной цепи трансформатора 2, несмотря на то, что в обмотках 9 — 14 в соответствующие моменты времен и протекает ток значительной величины.

При этом во вторичной обмотке трансформатора 2 вообще не индуцируется никакого сиги ал а (выходное н апр яжение отсутствует) .

При внесении неоднородности в магнитное поле, т. е. язмененяи в начальный момент времени величины м агн итного поля внешним воздействием вблизи обмотки 9 (внесение внешнего поля кратковременно, т. е. намного меньше периода гармонического колебания, действующего на входе устройства), соответствующие керны магнитопровода 15 обладают некоторым постоянным (однонапр авленным) намагничиванием. Направление внешнего магнитного поля неоднородности для одной из составляющих магнитного поля, наведенного током в обмотках 9 и 12, является совпадающим, а для другой — противоположным.

Для определенности напряжение, наведен|ное внешним магнитным полем неоднородности, совпадает по направлению с током,,протекающим в обмотке 9. Тогда магнитное поле, вози икающее в керне, связанном с обмоткой 12, противоположно по напр авлению внешнему полю неоднородности. При этом реактивное сопротивление обмоток 9 и 12 различно: реактивное сопротивление обмотки 9 меньше реактивного сопротивления обмотии 12. Вследствие этого вел ичина тока в обмотке 9 больше величины тока в обмотке 12. Это, в свою очередь, вызывает дополнительное постоянное

БО

65 намагничивание сердечника, совпадающее по направлению .с направлением внешнего поля неоднородности, что также способствует увеличению разностя токов, протекающих в оомотках 9 и 12. Если бы в нешнее поле было бы противоположным указанному, то наоборот ток в обмотке 12 был бы существенно больше, чем ток в обмотке 9. Такая оистема эквивалентна б|истабильному элементу, причем величина внешнего поля неоднородности может быть небольшой.

Таиим образом, внесение поля неоднородности приводит к образованию ситуации с перераспределенными токами в соответствующ их парах обмоток (9 и 12, 10 и 18, 11 и 14) в определенные (чередующиеся) моменты времени. При этом вектор результирующего магнитного поля отл ичен от нуля, Динамика процесса деления такова, что в начальный момент времен и вектор результирующего магнитного поля вертикален (совпадает с направлением внешнего поля неоднородности или, что то же, направлен верт иKBJIbHo вверх от точки соединения всех обмоток 9 — 14 при расположениями магнитопровода 15 указанном на чертеже), Через /3 периода входного колебания питающая обмотка 17 обеспечивает протекание тока в обмотках 10 и 18. При этом возникает аналопичная ситуация, но внешним полем неоднородности является то магнитное поле, которое образуется от протекания тока в обмотке 9 — второй ее части,:наложенной на керн, расположенный под углом 60 по часовой стрелке относительно вертикального керна. Таким образом, через /з периода входного колебания результирующее магнятное поле характеризуется вектором, повернутым относительно вертикального (первоначального) по ходу часовой стрелки на 60 . При этом вектор магнитного поля в тр ансформ аторе l,повернут под углом 120 по отношению к вертикальному исходному вектору по ходу часовой стрелками. Еще через /з периода, т. е. через 2/з периода, считая от начала, результирующий вектор магнитного поля в трансформаторе 2 повертывается на угол 120 по ходу часовой стрелки, в то время как вектор магнитного поля в трансформаторе 1 — на угол 240 . Также в качестве внешнего поля неоднородности для системы кернов, повернутых на угол 120 отнооительно вертикальных кернов, выступает поле, образованное током во второй части обмотки 10, наложенной,на керн, повернутый под углом 120 . Через период входного колебания внешнее поле неоднородности (остаточное поле), занимая вертикальное положен не, но противоположное первоначальному направлению, приводит к тому, что питающая обмотка lб обеспечивает наличие токов в обмотках 9 и 12, но теперь уже ток в обмотке 12 существенно IIpBBocxojI!HT ток в обмотке 9, так что результирующий вектор магнитного поля в трансформаторе 2 занимает положение, характеризуемое сдвигом (поворотом) на 180 по отношению к первоначальному положению вектора этого поля. В дальнейшем процесс аналогичен, т. е. в течение второго периода входного колебания вектор результирующего магнитного поля в трансформаторе 2 повертывается по ходу часовой стрелки еще на 180 .

Через два полных периода входного колебан ия магнитное состояние магнитопровода 15 приблизительно такое же, как в начальный момент времен и, но с той существенной разницей, что внешнего магнитного поля неоднородности теперь не требуется. Его заменяет остаточное магнитное, поле, возникшее от протекания тока в обмотке 14 — второй ее части, наложенной на вертикальный керн м агнитопровода 15.

Таким образом, в то время, как вектор магнитного поля в трансформаторе 1 совер шает два,полных оборота (что соответствует двум периодам входного колебания), вектор (результирующий) магнитного поля в тра нсформаторе 2 совершает только один полный оборот (что соответствует одному пер иоду колебания в составе выходного сигнала). Следовательно, делитель осуществляет деление частоты входного напряжения,на два. Первоначально принято, что существует строгая симметрия электрических и магнитных параметров первичной цепи трансформатора 2. Поэтому для запуска работы устройства требуется внешнее (импульсное) магнитное поле рассогласования (неоднородности), так как в силу расчленения обмоток 9 — 14 на две .половины, каждая,из которых наложена на два смежных керна магнитопровода 15 по ходу часовой стрелки, в устройстве автоматически и поочередно образуется поле неоднородности, что обеспечивает упорядоченное вращение вектора результирующего магнитного поля трансформатора 2 в одном направлени и. Однако в реальных устройствах всегда имеют место различные неоднородности, приводящ ие к асимметрии величин возникающих магнитных полей в оппозитно расположенных кернах магнитопровода (прои протекания тока в соответствующих обмотках). Поэтому исчезает потребность в возбуждени и в начальный момент времени внешнего магнитного поля неоднородности. При такой коммутации обмоток трансформаторов 1 и 2 направление вращения вектора магнитного поля в трансформаторе 1 должно быть обязательно по ходу часовой стрелки, что выбирается соответствующим подключением полюсов первичной обмотки трансформатора 1 к источнику трехфазного тока.

К, п.д. предлагаемого делителя недостаточно высок, Увеличение к.п.д. достигается применением магнитного материала магн итопровода 15, обладающего нелинейной .кривой на- магничивания (напр имер, пермаллоя). Для увеличения к.п.д. делителя необходимо обеспечить большую разницу реактивных сопротивлений катушек (оппоз итно расположенных) первичной обмотки трансформатора 2, 5

15 сдающего его оригинала.

Применен не делителя в технике связки позволяет простыми и надежными средствами

З0

60 по которым в рассматриваемые моменты времени (поочередно) протекает ток, что определяется в основном магнитными свойствами применяемого для магнитопровода матер нала, а также правосильным расчетом обмоток тр ан сф орм атор ов.

Несмотря на то, что в обмотках 1б — 18 трансформатора 1 протекает всегда только пульсирующий ток, сердечник 19 не имеет постоянного намагничивания, и р абота тр ансформатора 1 происходит точно так же, как если бы во вторичной обмотке трансформатора 1 протекал бы переменный ток.

Широкополосность делителя определяется ширакополосностью применяемых в нем трансформаторов 1 и 2 и может быть достаточно большой.

В тех случаях, когда необходимо осуществить деление частоты на три, первичная обмотка должна состоять из девяти симметричных обмоток. При этом в схеме, применяются также девять диодов, объединенных в три тройки, каждая из которых своим входом соединена с одной из трех обмоток вторничной цепи трансформатора 1, а тремя выходами— с тремя симметрично (под углом 120 ) расположенными обмоткам и первичной цепи (девятиполюсной) трансформатора 2. IIlpH делении с коэффициентом деления и, ape n=2, 3, 4 ... — целое число, необходимо,иметь k n диодов и k и-полюсную первичную обмотку трансформатора 2. Отдельные делители могут объединяться в последовательный ряд для увеличения коэффициента деления.

Применение описываемого делителя частоты разнообразно. Например, в технике связи по радио сокращение объема передаваемой информации может быть обеспечено сокращением полосы частот для данного информац ионного канала (например, в связной телефони и). Деление частоты модулирующих колебаний в передающем канале системы связки эквивалентно сокращению в соответствующее число раз объема передаваемой информации. В настоящее время для деления частоты модулирующ их колебаний применяются весьма сложные я громоздкие устройства, часто весьма критичные к настройке. На приемной станции осуществляется обратное преобразование частоты модулирующих колебаний— умножение частоты в то же число раз, во сколько модулирующая частота была поделена в передающем канале системы связи. Кроме сокращения объема информации системы связи IIpaI этом достигается скрытность связи: при приеме такой информации на обычный приемник (без умножителя частоты) выходной сигнал существенно отличается от созсократить объем передаваемой информации.

261552.Предмет изобретения

Составитель А. Дулькии

Редактор А. Ю. Пейсоченко Техред А. А. Камышиикова Корректор Н. А. Митрохина

Заказ 1113/1 Тираж 500 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Делитель частоты многофазного напряжения, содержащий многофазные трансформаторы с первичными,и вторичными обмотками, распределенными на р азл ичных ферром агнитных кернах, и диоды, отличающийся тем, что, с целью обеспечения широкополосного деления частоты, например, на два, в нем керны образуют два многофазных симметричных тр анс форм аторных м агнитопровода, причем каждая из BTOplHчных обмоток первого трансформатора соединена через диоды с двумя первичными обмотками второго трансформа5 тора, расположенными на противоположных кернах магнитопровода, а каждая из первичных обмоток второго трансформатора распределена на двух соседних кернах магнитопровода .по ходу вращения вектора магнитного

10 поля,