RU2017309C1

RU2017309C1 - Frequency doubler with phase input

Info

Publication number: RU2017309C1
Authority: RU
Inventors: Поль Соломонович Райкин
Original assignee: Поль Соломонович Райкин
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: frequency doubler can find use in electrical networks and A.C. motors. It includes rectifiers 1, 2 based on diodes connected through thyristors 3, 4 to parts 5, 6 of phase winding of electromagnetic summing unit 7 with core. Controlling electrodes of thyristors are coupled to rectifiers through units of level matching manufactured in the form of dividers. EFFECT: increased reliability and stability. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам и сетям. The invention relates to electrical engineering, in particular to electrical machines and networks.

Известны вентильно-трансформаторные преобразователи переменного напряжения одно- и многофазные [1]. Known valve transformer AC voltage single and multiphase [1].

Прототипом изобретения является трехфазный преобразователь, содержащий мостовые выпрямители и трансформатор [2]. The prototype of the invention is a three-phase converter containing bridge rectifiers and a transformer [2].

Недостатками аналогов и прототипа являются невысокие КПД, надежность и сложность конструкции. The disadvantages of analogues and prototype are low efficiency, reliability and design complexity.

Целью изобретения является повышение КПД и надежности удвоителя частоты и упрощение его конструкции. The aim of the invention is to increase the efficiency and reliability of the frequency doubler and simplify its design.

Целью достигается тем, что в удвоителе частоты с фазным входом, содержащем однофазные мостовые выпрямители, входы которых подключены к соответствующим вводам фаз питающей сети, и электромагнитный суммирующий узел, последний имеет фазные обмотки, состоящие из пары включенных по току встречно частей, каждая из которых подключена к выходу своего мостового выпрямителя через тиристор, управляющий электрод которого соединен с помощью узла согласования уровня (делитель, импульсный трансформатор) с выходом мостового выпрямителя другой (сдвинутой) фазы входа удвоителя частоты. The goal is achieved in that in a frequency doubler with a phase input containing single-phase bridge rectifiers, the inputs of which are connected to the corresponding phase inputs of the supply network, and an electromagnetic summing unit, the latter has phase windings consisting of a pair of counter-current connected parts, each of which is connected to the output of its bridge rectifier through a thyristor, the control electrode of which is connected via a level matching unit (divider, pulse transformer) to the output of the bridge rectifier of another (shifted one) phase frequency doubler input.

На фиг. 1 приведена электрическая схема трехфазного удвоителя частоты, собранного на трансформаторе формирования вторичной сети; на фиг.2 - схема соединения обмоток статора двигателя переменного тока с удвоением частоты вращения. In FIG. 1 shows an electrical diagram of a three-phase frequency doubler assembled on a transformer for forming a secondary network; figure 2 - connection diagram of the stator windings of an AC motor with doubling the speed.

Однофазные мостовые выпрямители трехфазной питающей сети АВС, собранные на диодах 1 (фазные) и на диодах 2 (линейные), подключены через соответствующие тиристоры 3 и 4 каждый к своей части 5 или 6 фазной обмотки электромагнитного суммирующего узла с сердечником 7. Управляющий электрод фазного тиристора 3 (фиг.1) соединен с отводом делителя напряжения на резисторах 8, установленного на выходе линейного (на диодах 2) мостового выпрямителя. Управляющий электрод линейного тиристора 4 соединен с отводом делителя напряжения на резисторах 9, установленного на выходе фазного (на диодах 1) мостового выпрямителя. К положительным полюсам выпрямителей части 5 и 6 фазной обмотки суммирующего узла подключены разноименными концами, что обеспечивает встречное направление их токов. На фиг.1 части 5 и 6 одной обмотки суммирующего узла подключены к фазным и линейным выпрямленным напряжениям, имеющим в питающей сети фазовый сдвиг 90^о. Сердечником 7 является магнитопровод трехфазного трансформатора с вторичными обмотками 10, образующими вторичную сеть АВС. На фиг.2 части 5 и 6 одной обмотки суммирующего узла подключены к смежным линейным выпрямленным напряжениям, имеющим в питающей сети АВС фазовый сдвиг 120^о. Сердечником 7 является магнитопровод двигателя переменного тока (синхронного или асинхронного). Таким образом, на фигурах показаны два варианта реализации удвоителя частоты.Single-phase bridge rectifiers of the ABC three-phase supply network, assembled on diodes 1 (phase) and on diodes 2 (linear), are connected through respective thyristors 3 and 4 to each part 5 or 6 of the phase winding of the electromagnetic summing unit with a core 7. The control electrode of the phase thyristor 3 (Fig. 1) is connected to the tap of a voltage divider on resistors 8 installed at the output of a linear (on diodes 2) bridge rectifier. The control electrode of the linear thyristor 4 is connected to the tap of the voltage divider on the resistors 9, installed at the output of the phase (diodes 1) bridge rectifier. Parts 5 and 6 of the phase winding of the summing unit are connected to the positive poles of the rectifiers by opposite ends, which ensures the opposite direction of their currents. 1, 5 and 6 parts of one winding of the summing node connected to the phase line and the rectified voltage having a mains phase shift of ⁹⁰ °. The core 7 is a magnetic core of a three-phase transformer with secondary windings 10, forming a secondary ABC network. 2, 5 and 6 parts of one winding of the summing node connected to the adjacent line of the rectified voltage having a mains ABC phase shift of ¹²⁰ °. The core 7 is the magnetic circuit of an AC motor (synchronous or asynchronous). Thus, the figures show two embodiments of a frequency doubler.

Работает удвоитель частоты следующим образом. The frequency doubler works as follows.

Когда выпрямленное диодами 1 пульсирующее фазное напряжение на выходе делителя на резисторах 9 (фиг.1) достигает напряжение, при котором открывающий ток включает линейный тиристор 4, его анодный ток проходит через линейную часть 6 обмотки суммирующего узла, а подводимое к ней напряжение с линейного выпрямителя находится в это время на спадающем участке кривой. Поэтому подводимое к обмотке напряжение имеет остроконечную форму с крутым передним и пологим задним фронтом, так как тиристор закрывается при отсутствии на нем напряжения. Благодаря индуктивности обмотки нарастание тока в ней происходит постепенно, а форма импульса тока близка к полупериоду синусоиды удвоенной частоты. По аналогии по достижении соответствующего значения напряжения на выходе делителя на резисторах 8 открывается фазный тиристор 3, пропускающий встречный ток через часть 5 обмотки суммирующего узла. Этот ток прекращается в паузе напряжения на выходе выпрямителя, собранного на диодах 1 (фазного). Таким образом, за один период изменения напряжения питающей сети ток в первичной обмотке каждой фазы трансформатора с сердечником 7 меняет свое направление дважды, вследствие чего наведенная во вторичных обмотках 10 ЭДС имеет удвоенную частоту. Регулирование угла отсечки тока в первичных обмотках трансформатора может осуществляться изменением величин сопротивлений резисторов 8 и 9 делителей напряжений, что эквивалентно изменению входного напряжения. Разница между величинами линейного и фазного напряжений питающей сети на входе удвоителя частоты компенсируется либо с помощью изменения коэффициента деления напряжения (резисторами 8 и 9), либо за счет различного числа витков в частях 5 и 6 обмоток (в части 6 витков больше). When the pulsed phase voltage rectified by the diodes 1 at the output of the divider on the resistors 9 (Fig. 1) reaches a voltage at which the opening current includes a linear thyristor 4, its anode current passes through the linear part 6 of the winding of the summing unit, and the voltage supplied to it from the linear rectifier is at this time in the falling section of the curve. Therefore, the voltage supplied to the winding has a pointed shape with a steep leading and gentle trailing edge, since the thyristor closes when there is no voltage on it. Due to the inductance of the winding, the increase in current in it occurs gradually, and the shape of the current pulse is close to the half-wave of a double frequency sine wave. By analogy, upon reaching the corresponding voltage value at the output of the divider on the resistors 8, a phase thyristor 3 opens, passing the oncoming current through part 5 of the winding of the summing unit. This current stops in a voltage pause at the output of the rectifier, assembled on diodes 1 (phase). Thus, in one period of change in the supply voltage, the current in the primary winding of each phase of the transformer with core 7 changes its direction twice, as a result of which the EMF induced in the secondary windings 10 has a double frequency. The current cutoff angle in the primary windings of the transformer can be controlled by changing the resistance values of resistors 8 and 9 of the voltage dividers, which is equivalent to changing the input voltage. The difference between the values of the linear and phase voltages of the supply network at the input of the frequency doubler is compensated either by changing the voltage division coefficient (resistors 8 and 9), or due to the different number of turns in parts 5 and 6 of the windings (in part 6 turns more).

Аналогично описанному работает удвоитель частоты, использующий в качестве суммирующего узла статор двигателя переменного тока (фиг.2). В приведенной схеме для его упрощения использованы только линейные напряжения сети. Так же могут использоваться только фазные напряжения. Такая схема создает некоторую неравномерность вращения магнитного потока статора и поэтому требует различия временных моментов открывания тиристоров 3 и 4 (порогов их срабатывания), что обеспечивается дополнительными отводами в делителях напряжений на резисторах 9. При нарастании выпрямленного напряжения сначала открывается тиристор 3, пропуская ток через часть 5 обмотки статора, а затем нарастающее напряжение смежного (очередного) выпрямителя открывает тиристор 4, запитывающий часть 6 этой же фазы обмотки. Для более точной фиксации момента открывания тиристора в цепь его управляющего электрода может быть включены опорный диод и ускоряющий конденсатор в делителе напряжения. A frequency doubler works similarly to that described, using an AC motor stator as a summing unit (Fig. 2). In the above scheme, only linear voltage of the network is used to simplify it. Only phase voltages can also be used. Such a scheme creates some unevenness in the rotation of the stator magnetic flux and therefore requires a difference in the opening times of thyristors 3 and 4 (thresholds for their operation), which is provided by additional taps in the voltage dividers on resistors 9. When the rectified voltage increases, thyristor 3 first opens, passing current through part 5 of the stator winding, and then the increasing voltage of the adjacent (next) rectifier opens the thyristor 4, feeding part 6 of the same phase of the winding. For a more accurate fixation of the opening moment of the thyristor, a reference diode and an accelerating capacitor in a voltage divider can be included in the circuit of its control electrode.

Пологая форма тока в обмотках суммирующего узла удвоителя частоты, естественное (без вспомогательных средств) выключение тиристоров, отсутствие в схеме гасящих элементов, коммутационных помех, а также простота конструкции обеспечивают высокие параметры надежности и КПД. The flat form of current in the windings of the summing unit of the frequency doubler, the natural (without auxiliary means) turning off the thyristors, the absence of damping elements in the circuit, switching noise, as well as the simplicity of the design provide high reliability and efficiency parameters.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в возможности простыми средствами и с малыми энергетическими потерями создавать автономные энергетические сети удвоенной частоты, позволяющие экономить электротехнические материалы и упрощать средства для компенсации реактивности сети. The technical and economic efficiency of the invention lies in the possibility of simple means and with low energy losses to create autonomous energy networks of double frequency, allowing to save electrical materials and simplify the means to compensate for the reactivity of the network.

Изобретение повышает эффективность работы и расширяет возможности применения высокоскоростных двигателей переменного тока (синхронных и асинхронных). The invention improves the efficiency and expands the application of high-speed AC motors (synchronous and asynchronous).

Claims

A phase doubler with a phase input, comprising single-phase bridge rectifiers, the inputs of which are connected to the corresponding inputs of the phases of the supply network, and an electromagnetic summing unit, characterized in that the summing unit has phase windings consisting of a pair of counter-current connected parts, each of which is connected to the output of its bridge rectifier through a thyristor, the control electrode of which is connected through the level matching unit to the output of the bridge rectifier of another phase of the input of the frequency doubler.