Трансформаторноключевой преобразователь частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 9 19) Я 5) 4 Н 02 М 5/27 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕП-:НИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Винницкий политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР У 851689, кл. Н 02 145/16, 98.Авторское свидетельство СССР В 930531, кл. Н 02 М 5/27, 1982.Авторское свидетельство СССР У 1152075, кл. Н 02 М 5/27, 1983. (54) ТРАНСФОРМАТОРНО-КЛЮЧЕВОЙ ПРКОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ(57) Изобретение относится к преобразовательной технике и м.б. использовано для электромагнитного переме"шивания металлического расплава вэлектронно-лучевой вакуумной технологии, а также в электроприводе иустройствах автоматики. Целью явля-ется повышение надежности за счетснижения коммутационных перенапряжений и уменьшения влияния на питающую сеть.устр-во содержит управляемые ключи 2 и 3, подключенные к двумпервичным обмоткам 4 и 5. Третьяобмотка 7 включена согласно с обмотками 4 и 5. Обмотки размещены соответственно на крайних и среднемстержнях трехстержневого магнитопро"вода 1. Обмотки 4 и 5 периодическизамыкаются ключами 2 и 3, на управляющие входы которых через формиро136169 ватель 12 и распределитель импульсов 11 подается сигнал с выходануль-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..15 20 25 30 35 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. представлена функциональная схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 - диаграммы работы устройства.Трансформаторно-ключевой преобразователь частоты состоит из трех- стержневого 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 5 и четырех схем 2 И 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 попереходу входного напряжения черезнуль. формирователь 12 строится попринципу 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 вторичнойобмотке 8, 27 - выходного напряжения.Устройство работает следующим образом.При разомкнутых ключах 2 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 импульсыформирователя 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 и1361690 25 распределителя 11 равна периодувходного напряжения. При замыкании,например, ключа 2 (ключ 3 разомкнут)управляющим сигналом 23 напряжениена вторичной обмотке 8 близко нулю(диаграмма 24), а на вторичной обмотке 9 присутствует напряжение,определяемое коэффициентом трансформации между первичными обмотками 5 10и 7 и вторичной обмоткой 9 (диаграмма 26). На следующем цикле, когда вЫходной импульс распределителяподан на управляющий вход ключа 3(диаграмма 25), напряжение на вто-. 15ричной обмотке 9 близко нулю, а наобмотке 8 имеется напряжение, определяемое коэффициентом трансформации между обмотками 4 и 7 и обмоткой 8. Причем напряжение на одной 20вторичной обмотке на данном циклезамкнутого состояния соответствующего ключа противоположно по фазенапряжению 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). 30Особенность описанного преобразо. вателя, обеспечивающая положительный эффект, заключается в том, что исходя из необходимого коэффициента трансформации суммарное число виткой средней (третьей) и соответствующей крайней обмоток (Ж + У, или Я + У,) остается равным числу витков соответствующей первичной (управляющей обмотки известного транс форматора. Вместе с тем индуктивность коммутируемых первичных обмоток уменьшена по сравнению с вариантом силовой части по схеме известного трансФорматора, когда коммути руются полные первичные обмотки крайних стержней. Количественно уменьшение коммутируемой индуктивности может быть оценено из следующего условия;50 где Е - индуктивность управляющей(первичной) обмотки известного трансформатора; индуктивность управляющей обмотки секции) предлагаемого устройства;ЦК и К - магнитные сопротивлениямМдля соответствующих обмоток, причем К = К";И - число витков средней обсмотки,Таким образом, коэффициент уменьшения индуктивности коммутируемой оомотки, равный К= (1+К),11 сР 117 Мтгде К= - =11 4зависит от соотношения между числомвитков средней и крайней обмоток,что и определяет повышение надежностии облегчение работы узла коммутацииза счет снижения скачков напряженияна зажимах размыкающейся управляющейобмотки.Заметим, что перераспределятьовитки управляющей обмотки с крайнего,стержня на средний, т.е.изменятькоэффициент К, имеет смысл в пределах К = О+1, так при К1 не-определенно возрастает ток ключа и становится соизмеримым с током нагрузки.Наряду с укаэанным положительнымэффектом разделение первичной абмотки трансформатора на две крайние исреднюю позволяет уменьшить параметры рассеяния, которые определяют быст"родействие трансформаторно-ключевыхструктур, уменьшающих искажающеевлияние устройства на питающуюсеть. Снижение параметров рассеянияповышает также входной коэффициентмощности, что следует из рассмотрениясхемы замещения трансформатора. Кроме того, уменьшаются габариты транс-форматора и достигается экономия меди, так число витков обмоток накрайних стержнях уменьшается на величину, а добавляется только одна средняя секция с таким же количеством витков, которая является составной частью первичной обмотки накаждом цикле работы делителя. Формула изобретения 1,Трансформаторно-ключевой преобра.зователь частоты, содержащий трехстержневой магнитопровщ с располо.4/ а Производственно афическое предприятие, г.ужгор Проектная женными на крайних его стержняхдвумя первыми концами встречно связанными первичными обмотками, вторыеконцы которых образуют входные вьво-.ды преобразователя, причем каждаяиэ обмоток зашунтирована управляемымключом переменного тока, и с двумясогласно включенными одними концамии расположенными на тех же крайнихстержнях вторичными обмотками, дру.-,гие концы которых образуют выходныевыводы преобразователя, а такжеблок управления в виде последовательно связанных между собой задатчика частоты и распределителя импульсов, выходами связанного с управляющими входами указанных ключейпеременного тока, о т л и ч а ю -Тираж 659 Государственного коми елам изобретений и отк Москва, Ж, Раушская щ и й с я 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 обмоток2, Преобразователь по п.1, о т - л и ч а ю щ и й с я 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.