SU603071A1 - Однофазный удвоитель частоты - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области электротехники , в частности к преобразовател м частоты и числа фаз и может быть использованс , например, в электроприводе, в выпр мительных устройствах источников питани  радио и электронной аппаратуре и других устройствах автоматики.

Известны удвоители частоты, выполненные на двухсердечниковвм дросселе насьпцени , с обми-г гами, подключенными к источни ку питани  }ll,2l . Известен также однофазный удвоитель частоты, который содержит вентили, силовой ключ со схемой управлени  и нелинейный дроссель на двух сердечниках с обмотками, соединенными с источником питани  .

Известное устройство обладает широкими функлиональными возможност ми, поскольку работоспособно как при активной, так и при активно-индуктивной нагрузках, обеспечива  симметричное выходное напр жение.

Недостатком,известного удвоител  частоты  вл етс  то, что при нагрузке с активным характером и при работе на выпр митель силова  цепь и схема управлени  излишне усложнены. Это св зано с тем, что ОЛЯ управлени  двум  силовыми ключами, подключенными параллельно обмоткам, схема управлени  содержит синхронизатор, широтно-импульсиыЛ модул тор и распределитель импульсов.

С целью стабилизации выходного напр жени  и упрощени  удвоител  частоты w выходным выводам источника питани  подключены вентили, образующие совместно с обмотками нелинейного дроссел  мост, в диагональ которого включен силовой ключ, а схема управлени  выполнена в виде последовательно соединенных вспомогательного ключа и ограничительного резистора и включена между общей точкой спеаинени  вентилей и источником питани  через вспомогательный диод, причем цепь управлени  вспомогатель ного ключа св зана с одним из выводов схемы управлени  через последовательно включенные переключающий диод и датчик тока нагрузки. Вспомогательный диод ооецинен с нулевым выводом источника питани , например , трансформатора. 3 качестве ключей могут VHcnonbSOBaTbс  транзисторы или тиристоры с принудитель ной коммутацией. На фиг. 1 и 2 приведены варианты схемы мостового удвоител  частоты, на фиг. 3 и 4 удвоител  частоты, соединенного по  иффе- ре«циальной.(нулевой) схеме на транзисторах и тиристорах с принудительной коммутацией , соответственно; на фиг. 5 - временные диаграммы, по сн ющие приншш их работы . Удвоитель частоты (фиг, 1-4) содержит нелинейный дроссель ца сердечниках 1 и 2 с обмотками 3 и 4, которые подключены; к источнику питани  5, например, к питающей сети или к трансформатору. Вентили 6 и 7 подключенные к источнику питани  5,. образуют совместно с обмотками 3 и 4 нелинейного дроссел  мост, в диагональ которо го включен силовой ключ 8, соединенный со схемой упраелени  9. Послеан   выполнена виде последовательно соединенных ограни читального резистора, Ю и вспомогатель; кого ключа 11, управл$поший электртд крторого соединен с переключающим диодом 12 и датчиком тока 13. В качестве датчика тока 13 использован трансформатор тока, перв чва  обмотка которого включена после довательно с нагрузкой 14. При включении полуобмоток 3-1, 3-2 (обмотка З) и 4-1, 4-2 (обмотка 4) по мостовой схеме ввод тс  вспомогательные вентили 15 и 16 (фиг. 1, 2), образующие совместно с вентил ми 6 и 7 выпр мительный мост, в диагональ которого включены схема управлени  9. Если удвоитель выполнен по дифференциальной (нулевой) схеме (фиг. 3, 4), то схема управлени  включаетс  между общей точкой соединени  вентилей 6 и 7 и одним из вспомогательных вентилей , соединенным с нулевым выводом источ ника питани  5,- например, вторичных обмоток трансформатора. Датчик тока 13 введен последовательно с переключающим диодом 12 так, что образует положительную обратную св зь по току Ключи 8 и 11 работают в противофазе, т.о. когда один замкнут - другой разомкнут и, наоборот. В схемах удвоителей на транзисторах (смГ фиг. 1, 3) это обеспечиваетс  подключением базы силовогх транзистора к коллек тору вспомогательного ключа 11, а дл  удвоителей на тиристорах (см.. фиг. 2, 4) подключением коммутирующего конденсатора 17, соединенного параллельно с силовым ключом 8 и схемой управлени  9 и коммутирующего дроссел  18, включенного последовательно со схемой -управлени  9. При этом управл ющий переход силового ключа 8 подключен к импульсному датчику 19перехода напр жени  источника питани  5 через ноль. Датчик 19 синхронизиро- . ван с источником питани  5 либо отдельной обмоткой, либо вспомогательным трансформатором (см. фиг. 2,4). Рассмотрим принцип действи  удвоител , приведенного на фиг. 3. В положительный полупериод напр жени  20сети (пол рность показана без скобок) открываетс  Управл ющий переход ключа 8 по цепи; источник 5 - вентиль ti - эмиттербаза транзистора 8 - резистор 1О - вентиль 16 - источник 5 (сеть). Ключ 8 замыкаетс  и по контуру: сеть -диод 6 -эмиттер-коллектор транзистора 8 - датчик тока 13 - нагрузка 14 - обмотка 3-2 на сердечнике 1 - сеть, начинает протекать ток, при этом вспомогательный ключ 11 разомкнут , поскольку заперт переключающий диод динйстор 12. В предыдущий полупериод сердечник 1 был насыщен и при смене пол рности напр жени  2О сети он должен«,бы выходить из насьпденн . Однако, из-за того, что с момента полуобмотка 3-1 закорочена ключом 8, индукци  в нем практически не измен етс  и он остаетс  насьцценным. Падение напр жени  на обмотке 3 будет равно нулю (крива  21), а к нагрузке 14 и к обмотке 4 на сердечнике 2 прикладываетс  напр жение 20 (кривые 22,2 3). В момент З- пробнваетсй ДИНЙСТОР 12, замыкаетс  вспомогательный клкв 11, а ключ 8 размыкаетс . При этом напр жение 22 на нагрузке 14 становитс  равным нулю, а на обмотках 3 и 4 нелинейного дро сел  оно рбшнр половине напр жени  20 сети (на фиг. 5 - кривые 21, 23). Сердечник 1 начинает размагничиватьс  (крива  24), а сердечник 2 продолжает намагничиватьс  и насьпца етс  при (крива  25). Паде--ние напр жени  на обмотке 4 будет равно нулю (крива  23), а на нагрузке 14 и обмотке 3 напр жению 20 сети (см, фиг. 5 кривые 22, 21). Ток нагрузки мен ет направление , протека  через полуобмотку 4-2, датчик тока 13, нагрузку 14 и полуобмотку 4-1. Естественно, что пол рность выходного напр жени  22 мен етс , хот  пол рность напр жени  20 сети остаетс  неизменной в течение этого полупериода. Во втором полупериоде (пол рность показана в скобках) процессы протекают аналогично, но теперь функцию сердечника 1 вьшолн ет сердечник 2, вентилей: 6 и 16 - вентили 7, 17. Работа схецы (фиг. 2) не отличаетс  от рассмотренной (на фиг. 1). Разница состоит лшиь в том, что при перемагничивании к обмоткам 3 и 4 дроссел  насьппени  приклады- Ейетс  двойное напр жение 2О (суммарное со вторичных обмоток трансформатора 5). Отличие в работе удвоителей частоты на тиристорных ключах (фиг. 3, 4) г акпк чаетс  в том, что в начале каждого полупериода импульсы с датчика 19 при переходе напр жени  питающей сети через нуль отпираетс  силовой тиристор 8, при этом коммутирующий конденсатор 17 зар жаетс  пол рностью показанной на фиг. 3 без скобок, по цепи: -сеть - вентиль 6(7)тиристор 8 - дроссель 18 - вентиль 16(15 сеть. В момент Л сА. пробиваетс  динист 12 и отпираетс  вспомогательный клкп 11 а силовой тиристор 8 запираетс . При этом конденсатор 17 начинает разр жатьс  по контуру: обкладка - датчик тока 13 - нагрузка - полуобмотка 3-2 - сеть - вентиль 6 - ключ 11 - резистор Ю - обкладка и зар жаетс  обратной пол рностью. После перезар да конденсатора 17 сердечник 1 начинает размагничиватьс , а сердечник 2 продолжает намагничиватьс  и насьпцаетс  при Л - Jb (см. фиг. 5). В это врем  конденсатор 17, зар женный по- л рностью, приведенной на фиг. 3 в скобках , начинает разр жатьс  через дроссель 18, вентиль 16 (15), сеть, полуобмотку 4-2(3-2), нагрузку 14 и датчик тока 13, а вспомогательный ключ 11 запираетс . В начале следующего полупериода конденсатор 17 вновь зар жаетс  пол рностью, показанной без скобок. Из вышеописанного видно, что динистор будет пробиватьс  при вполне определенной амплитуде напр жени , что приводит к изменению угла коммутации ключей А,- c, при колебании входного напр жени . Если и мен етс  ток или входное напр жение, то динистор пробиваетс  раньше или позже, тем самым обеспечива  стабилизацию выходного напр жени  22. Поскольку датчик тока нагрузки обеспечивает положительную обратную св зь по току, то выходное напр  жение будет поддерживатьс  более точно и нагрузочна  характеристика получитс  более жесткой. Включение нагрузки через выпр митель обеспечивает Хорошие энергетические, показатели устройства, снижает мощность установленного оборудовани . Процессы в сердечниках 1, 2 удвоител  частоты протекают независимо от нагрузки угла насыщени  сердечника ., fi (fi lt-ti-dl) однозначно определ ютс  углами коммутации ct, выходное напр жение синфазно с сетевым.. Таким образом, описываемый однофазный удвоитель частоты гораздо проще известных и  вл етс  одновременно параметрическим стабилизатором напр жени  как с выходом на переменном, так и на посто нном токе и может быть изготовлен на любые мощности. р м у л,а изобретени  1.Однофазный удвоитель частоты, содержащий вентили, силовой ключ со схемой управлени  и нелинейный дроссель на двух сердечниках с обмотками, соединенными с источником питани , отлнчающийс   тем, что, с целью стабилизации выходного напр жени  и упрощени , к выходным выводам источника питани  подключены вентили, образующие совместно с обмотками нелинейного дроссел  мост, в диагональ которого включен силовой ключ, а схема управлени  выполнена в В1ще последовательно соединенных вспомогательного ключа и ограничительного резистора и включена между общей точкой соединени  вентилей и источником питани  через вспомогательный диод, причем цепь управлени  всопомогательного ключа св зана с одним из выводов схемы управлени  через последовательно, включенные переключающий диод и датчик тока нагрузки. 2.Однофазный удвоитель частоты по п.1, отличающийс  тем, что вспомогатапьный диод соединен с нулевым выходом источника питани , например, трансформатора . Исаочники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР кл. Н О2 М 5/16, N 296157, 1971. 2.Авторское св1щетельство № 458935, кл. Н 01 F 21/00, 1975. 3.Авторское i свидетельство СССР № 484609, кл. Н О2 М 5/16, 1975 г.

/

Риг.1

г /vv

«-2

з-г

Фиу.З

р1а.л

v .

гг

/

I  

/

ЛЧ

.

4

/,

X

г

VN

w