Умножитель частоты

СОЮЗ СОВЕТСКИХОСЩ,ИЛЮПнепжикРЕСПУБЛИК ЗОБРЕТ ИОАН ЕНИЯ АВТОРСКОМ ЕТЕЛЬСТ ожител то:Ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Бадмас А.М. и др. Статические электромагнитные преобразователи частоты и числа фаз. М., Госэнергоиэдат, 1961, с. 67-69, рис. 4-2.2, Авторское свидетельство СССР461475, кл. Н 02 М 5/16, 1972. (54)(57) 1. УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫсодержащий магнитный усилитель с двумя обмотками смещения, соединенными последовательно и подключенными к источнику постоянного тока, обмотками подмагничивания и двумя рабочими обмотками, соединенными последовательно причем их общая точка соединения об-:. разует один из входных выводов и каждая из них соединена с входом диодного выпрямителя, первый выход которого через конденсатор соединен с первым выводом, одной иэ двух первичных обмоток выходного трансформара, а через цепочку, состоящую из последовательно соединенных указанных обмоток подмагничивания магнитного усилителя, регулировочного ре зистора и дросселя, - с вторым выводом указанной первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная 80,1100692 обмотка которого образует выходные выводы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения амплиту ды выходного напряжения и повышения КПД, второй входной вывод образован вторым выходом выпрямителя, соединенным с вторым выводом указанной первичной обмотки выходного трансформатора.2. Умн ьпоп.1,.отли.ч а ю щ и й с я тем, что каждый из выпрямителей выполнен однополупериодным,Э, Умножитель частоты по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения работы от трех- фЭ фаэного источника питающего напряжения, в каждую дополнительную фазу введены дополнительные аналогично соединенные обмотки смещения магнитного усилителя и две соединенные последо-, вательно и подключенные общей точкой к соответствующему входному выводу ффффф рабочие обмотки, каждая из которых ьффа соединена с входом дополнительного ( выпрямителя, один выход которого сое динен с вторым входным выводом, а ( другой - с общей точкой соединения . р первого выхода соответствующего основного выпрямителя, обмоток подмагничивания магнитного усилителя и конденсатора.1 1100Изобретение относится к электротехнике, в частности к умножителямчастоты, и может быть применено вустановках индукционного нагрева илидля питания высокоскоростных электродвигателей,Известен умножитель частоты в ираз, содержащий и-фазный вход с нейтральным входным выводом источника питания, насыщенные магнитные элементы(у которых, когда и-четное число, не.обходимо подмагничивание сердечниковпостоянным током), а также имеющийфильтровой блок, состоящий из последовательно соединенных дросселя, койденсатора и первичной обмотки выходного трансформатора, включенных между упомянутым нейтральным входнымвыводом и общим выводом обмоток упомянутых насыщенных магнитных элементов 11.Недостаток известного устройствасостоит в том, что у него относительно малая величина выходной гармоники,амплитуда которой значительно меньше, гармоники. Наиболее близким к предлагаемому является умножитель частоты, содержащий магнитный усилитель с двумя обмот 30 ками смещения, соединенными последовательно и подключенными к источнику постоянного тока, обмотками подмагничивания и двумя рабочими обмотками, соединенными последовательно, причем их общая точка соединения образует один из входных выводов и каждая из них соединена с входом диодного выпрямителя, первый выход которого через конденсатор соединен с первым выводом одной из двух первичных обмоток выходного,трансформатора, а через цепочку, состоящую из последовательно соединенных указанных обмоток подмагничивания магнитного усилителя, регулировочного резистора и дросселя, - с вторым выводом указанной первичной обмотки выходного. трансформатора, вторичная обмотка которого образует выходные выводы 21. 50Недостаток известного устройства - амплитуда его выходной гармоники мала по сравнению с постоянной составляющей выпрямленного тока, из-за чего относительно мал КПД, несмотря на полезное применение части постоянной составляющей для подмагничивания магнитного усилителя. 692 1Цель изобретения - увеличение амплитуы выходного напряжения и повышение КПДПоставленная цель достигается тем, что в умножителе частоты, содер 1 жащем магнитный усилитель с двумя обмотками смещения, соединенными последовательно и подключенными к источнику постоянного тока, .обмбтками подмагничивания и двумя рабочиким обмотками, соединенными последовательно, причем .их общая точка соединения образует один из входных выводов и каждая из них соединена с входом диодного выпрямителя, первый выход которого через конденсатор соединен с первым выводом одной из двух первичной обмоток выходного трансформатора, а через цепочку, состоящую из последовательно соединенных указанных обмо.ток подмагничивания магнитного усилителя, регулировочного резистора и дросселя, - с вторым выводом указанной первичной обмотки выходного трансформатора, вторичная обмотка которого образует выходные выводы, второй входной вывод образован вторым выходом выпрямителя, соединенным с вторым выводом указанной первичной обмотки выходного трансформатора.При этом, каждай из выпрямителей выполнен однополупериодным.Кроме того, при работе умножителячастоты от трехфазногоисточника питающего напряжения в каждую дополнительную фазу введены дополнительные аналогично соединенные обмотки смещения магнитного усилителя и две соединенные последовательно и подкзпоченные общей .точкой к соответствующему вход" ному выводу рабочие обмотки, каждая из которых соединена с входом дополнительного выпрямителя, один выход которого соединен с вторым входным выводом, а другой - с общей точкой соединений первого выхода соответствующего основного выпрямителя, обмоток подмагничивания магнитного усилителя и конденсатора.На фиг, 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства с трехфазным входом при использовании в качестве утроителя частоты;на фиг. 2 - графики входных токов выходного трансформатора, когда устройство выполнено по схеме, данной на фиг. 1; на фиг, 3 заштрихованы графики входных токов выходного трансформатора, когда устройство выз 1100 полнено как однофаэный удвоитель частоты.Умножнтель частоты (фиг. 1) состоит из магнитного усилителя 1, с соединенными последовательно рабочими обмотками 2 и 3, общая точка 4 соединения которьм образует первый входной фазный вывод 5. Рабочие обмотки 2 и 3 подключены к выпрямителям, образованным парами встречно-лучевых венО тилей (диодов) 6, 7 и 8, 9. Свободные выводы вентилей 7 и 9 подключены к нейтрельному (второму) входному выводу 10. Свободные выводы вентилей 8 и 6, подключенные через конденсатор 11,соединены соответственно с пер" выми выводами первичных обмоток 12 и 13 выходного трансформатора 4 и через последовательную цепочку, состоя" щую из обмоток 15 подмагничивания, щ . регулировочного резистора 16 и дросселя 17 - с вторыми выводами обмоток 12 и 13 соответственно и с нейтральным входным выводом 10. Вторичная обмотка 18 выходного трансформатора 14 25 образует выходные выводы 19 и 20. Обмотки 15 подмагничивання, регулировоч" ный резистор 16, дроссель 1.7 и кон-. денсатор 11 образуют промежуточный блок 2 и 22 - переключатель режима. ЗО (в показанном положении переключателя постоянная составляющая не проходит через соответствующую первичную обмотку вьмодного трансформатора)06- мотки 23 смещения магнитного усилите 35 ля соединены последовательно и подключены к источнику постоянного тока. При использовании трехфазного источника питающего напряжения в каждую фазу введены дополнительные аналогичные обмотки смещения и рабочие обмотки 24 и 25 магнитного усилителя. Дополнительные рабочие обмотки образуют входные выводы 26 и 27, их свободные выводы через соответствующие вентили 45 (диоды) 28 - 35 подключены к первич,ным обмоткам 12 и 13 выходного трансформатора. Через вентили 28, 32,.30, 34 соответствующие дополнительные рабочие обмотки соединены с соответ О ствующими общими точками соединения вентиля 6, обмоток 15 и конденсатора 11 одного промежуточного блока 21 и с общими точками соединения вентиля 8, обмоток 15 и конденсатора 11 другого 55 промежуточного блока, и через вентили 31, 29,33, 35 дополнительные рабочие обмотки соединены с входным 692 4выводом 10, Обмотки смещения 23 могут также использоваться для регулирования подмагничивания, В блоках 21 параллельно цепи подмагничнвания может быть подсоедннена одинаковая или общая нагрузка постоянного тока, что дополнительно увеличивает КПД устройства.Устройство, схема которого дана на фиг. 1, работает следующим образом.Выпрямляя несннусоидальные токи, проходящие в рабочих обмотках магнитного усилителя, лучевые вентили 6 и 8 в первой фазе пропускают через блоки 21 и первичные обмотки выходного трансформатора 14 только острые полуволны (с узким основанием), графики которых на фиг. 2 и обозначены соответственно 36 и 37. При этом лучевые вентили 7 и 9 пропускают полу- волны с широким основанием (более полупериола) только помимо блоков 21 и первичных обмоток выходного трансформатора. Аналогичные лучевые вентили в двух других фазах пропускают через те же блоки 21 и первичные обмотки выходного трансформатора 14 только острые полуводны, обозначенные на фиг. 2 соответственно 38 и 39, а также 40 и 41. Первичные обмотки 12 и 13 выходного трансформатора 14 выполнены так, что происходит вычитание ампервитков, соэданньбс протекающими в них токами. В результате на зажимах вторичной обмотки 18 выходного трансформатора 14 появляется напряжение третьей гармоники, пропорциональное заштрихованной кривой на фиг. 2. Получают утроитель частоты с трехфазным входом и однофазным выходом. При этом величина сопротивления в цепи подмагничивания, определяемая главным образом резистором 16, и величина сопротивления в цепи конденсатора 11 должны быть в таком соотношении, чтобы как можно меньше искажалась форма полуволн, показанных на фиг. 2, При случайном обрыве цепи подмагничивания происходитзаряд соответствующего конденсатора 11 до максимально возможного напряжения, что вызывает прекращения тока через соответствующие лучевые вентили. Оптимальные условия работы умножителя частоты (фиг. 1) возможны притаком подмагничивании, когда нафиг. 2 нет неэаштрихованных частей92 3 11006входных полуволн. Если при оптимальных условиях к потерям энергии отнести только затрачиваемую в цепяхпддмагничивания и выбратьактивноесопротивление нагрузки (для третьейгармоники) равным приведенному активному сопротивлению в цепях под.магничивания, то устройство (фиг, 1)будет иметь КПД равным 0,556, причемна фиг. 2 амплитуда третьей гармоники будет в 1,57 раза превышать постоянную составляющую тока, которая,также протекает в цепях подмагничивания. Графики полуволн на фиг. 2построены в предположении, что в рабочей обмотке магнитного усилителяток имеет только первую, вторую итретью гармоники, амплитуды которыхнаходятся в отношении 1:0,75:0,5,Возможно также исполнение предлагаемого устройства в качестве однофазного удвоителя частоты. Для этогов схеме, данной на фиг 1, оставляются только элементы, относящиеся кпервой фазе, причем: в каждом блоке 2521 должны быть две обмотки подмагничивания, из которых одна.индуктивносвязана с рабочей обмоткой 2, адругая - с рабочей обмоткой 3; первичные обмотки 12 и 13 вьмодного трансфор-, З 0матора 14 надо переключить .так, чтобы,у них ампервитки складывались. Дляоднофазного удвоителя частоты графикивходных токов у, выходного трансформатора 14 показаны заштрихованнымина фиг. 3, откуда видно, что однофазный удвоитель работает очень близкок оптимальным условиям, когда КПДтакже равен 0,556, а амплитуда токавторой гармоники в 1,57 раза преныша ет постоянную составляющую,Возможно еще исполнение предлагаемого устройства в качестве трехфазного удвоителя частоты, для чего следует в трех фазах повторить описанную 4выше схему однофазного удвоителячастоты. Возможно также исполнениепредлагаемого устройства в качестве учетверителя частоты с двухфазным входоми однофазным выводом, Для этого всхеме, данной на фиг, 1, оставляютсятолько элементы, относящиеся к первойи второй фазе, причем: входные напря- ,жения первой и второй фаз должны быть 55сдвинуты по фазе на 90 ; в. каждомо,блоке 21 должны быть четыре обмотки.подмагничивания, из которых каждая индуктивно связана только с одной из четырех рабочих обмоток, оставшихся в устройстве; первичные обмотки 12 и 13 выходного трансформатора 14 надо переключить так, чтобы у них ампер- витки складывались. Для предлагаемого учетверителя частоты графики входных токов у выходного трансформатора 14 изображены на фиг. 3, если учитывать и заштрихованные, и пунктирные графики. На фиг. 3 видно, что учетверитель частоты при взятом подмагничивании работает далеко от оптимальных условий, так как его КПД меньше 0,308, причем амплитуда четвертой гармоники меньше 67 .от постоянной составляющей тока.Для приближения к оптимальным условиям работы учетверителя частоты можно применить следующие два способа. Первый способ: увеличить подмагничивание магнитных усилителей и этим сделать более острой отбираемую полуволну тока в рабочей обмотке. Второй способ: перевести режимные переключатели 22 в другое положение и этим в каждом блоке 21 подсоединить цепь подмагничивания параллельно только конденсатору 11; увеличить емкость конденсаторов 11, а также увеличить активное сопротивление цепей подмагничивания так, чтобы на каждом блоке 21 образовалось почти постоянное напряжение У 2 (пунктирная прямая на фиг, 3), которое станет пропускать ток в первичные обмотки 12 и 13 выходного трансформатора 14 только в моменты, когда напряжение, подаваемое через вентили 6, Й, 28, 30 превышает напряжение У(фиг. 3) .Возможно еще исполнение предлагаемого устройства в качестве ушестерителя частоты с трехфазным входом и однофазным выходом, для чего в схеме, данной на фиг. 1, следует первичные обмотки .12 и 13 выходного трансформатора 14 переключить так, чтобы у них ампервитки складывались. При этом приближения к оптимальным условиям работы ушестерителя частоты потребуется применить оба вышеуказанньм способа. Таким образом, особенности предлагаемого умножителя частоты в отличие от прототипа позволяют получить оптимальные КПД и относительную величину выходной гармоники при следующих исполнениях: удвоитель, утроитель, учет7 100692 8веритель и ушестеритель частоты. При лагаемый умиожитель частоты позволя- этом оптимальный режим относительно ет получить более значительную вели- легко и результативно достигается в чину приведенного тока выходной гврудвоителе и утроителе частоты. Пред- моники.ака Патент", г. Ужгород, ул. Проек 4 ал 93/41 Тираж 667 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушск