Патент на изобретение №2358378

(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям трансформаторного типа, и может быть использовано в качестве источника питания потребителей тока от 50 до 400 Гц. Технический результат изобретения – расширение диапазона частот на выходе преобразователя от 50 до 400 Гц. Статический преобразователь частоты содержит трехфазный трансформатор, на каждом стержне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары. Обмотки каждой пары соединены последовательно. К свободным концам каждой пары обмоток подключены встречно-параллельно соединенные транзисторы. Общая точка соединения обмоток и общая точка соединения встречно-параллельно соединенных транзисторов подключены к зажимам источника питания. Причем первая пара обмоток подключена к фазным зажимам источника питания, а вторая пара обмоток подключена к линейным зажимам источника питания. Сдвиг фаз между фазным напряжением, приложенным к первой паре обмоток, и линейным напряжением, приложенным ко второй паре обмоток, составляет угол /2. В зависимости от различных режимов работы транзисторов, задаваемых системой управления, возможно получение в выходной обмотке трансформатора фиксированных частот от 50 до 400 Гц. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к преобразователям частоты, в частности к умножителям трансформаторного типа, и может быть использовано в качестве источника питания потребителей тока от 50 до 400 Гц.

Известен трехфазный умножитель частоты, в котором используются трансформатор с обмоткой подмагничивания и силовые тиристоры в качестве ключевых элементов (А.с. СССР 964909. Опубликовано 07.10.82. Бюл. 37). Недостатками этого умножителя частоты являются низкий коэффициент мощности и получение только одной фиксированной частоты 200 Гц.

Известен также трехфазный умножитель частоты, в котором используются трансформатор с двумя дополнительными обмотками и двумя парами на каждую обмотку согласно включенных тиристоров и фазосдвигающий трансформатор (А.с. СССР 1069095. Опубликовано 23.01.84. Бюл. 3). Недостатком этого умножителя частоты является получение только одной фиксированной частоты 400 Гц.

Прототипом предлагаемого устройства является удвоитель частоты (Патент на изобретение РФ 2279177. Опубликовано 27.06.2006. Бюл. 18), содержащий трансформатор, на каждом стержне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары, каждая из которых замкнута на пару согласно включенных транзисторов. Недостатком этого умножителя частоты является получение только одной фиксированной частоты 100 Гц.

Технический результат изобретения – расширение диапазона частот на выходе преобразователя от 50 до 400 Гц.

Указанный технический результат достигается тем, что первичные обмотки каждой фазы трансформатора в умножителе частоты, являющемся прототипом (Патент на изобретение РФ 2279177. Опубликовано 27.06.2006. Бюл. 18), объединены в две пары, и обмотки каждой пары соединены последовательно и подключены к сети через встречно-параллельно соединенные транзисторы, причем общая точка соединения транзисторов, подключенных к первой паре обмоток, и точка соединения первой пары обмоток подключены к фазному напряжению источника питания, а общая точка соединения транзисторов, подключенных ко второй паре обмоток, и точка соединения второй пары обмоток подключены к линейному напряжению источника питания, сдвинутому на угол /2 по отношению к фазному напряжению. Задание системой управления определенных режимов работы транзисторам позволяет формировать непосредственно из сетевого напряжения в выходной обмотке трансформатора кривые напряжения частотой от 50 до 400 Гц.

На фиг.1 приведена принципиальная схема одной фазы статического преобразователя частоты. На фиг.2 приведены изменения кривых фазного и линейного напряжения, наведенных в обмотках трансформатора, при получении выходной частоты 400 Гц при условии, что ЭДС самоиндукции отсутствует и преобразователь работает без нагрузки.

Статический преобразователь частоты (фиг.1) состоит из силового трансформатора (1) и силовых транзисторов (7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14). На каждом стрежне трансформатора расположены четыре первичные обмотки (2, 3, 4, 5), объединенные в две пары. Обмотки каждой пары между собой соединены последовательно. К свободным концам каждой пары обмоток подключены встречно-параллельно соединенные транзисторы. Общая точка соединения обмоток и общая точка соединения встречно-параллельно соединенных транзисторов подключены к зажимам источника питания. Причем первая пара обмоток подключена к фазным зажимам источника питания, а вторая пара обмоток подключена к линейным зажимам источника питания. Сдвиг фаз между фазным напряжением, приложенным к первой паре обмоток, и линейным напряжением, приложенным ко второй паре обмоток, составляет угол /2.

Рассмотрим работу преобразователя частоты. На первичные обмотки трансформатора (2, 3, 4, 5) подаются через встречно-параллельно включенные транзисторы (7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14) фазное U_AN и линейное U_BC напряжения, сдвинутые относительно друг друга на угол /2. Кривые изменения этих напряжений во времени показаны на фиг.2. В момент времени t₀ включается транзистор 12 и по обмотке 4 начинает протекать ток. В момент времени t₁ транзистор 12 выключается, и включается транзистор 14, и по обмотке 5 начинает протекать ток. Поскольку полярность подключения к напряжению источника питания обмотки 5 противоположна полярности подключения к напряжению источника питания обмотки 4, ток и, соответственно, наведенное напряжение, формируемое на выходной обмотке 6, имеют противоположный знак по отношению к току, протекающему по обмотке 4. Соответственно в момент времени t₂ включается транзистор 9 и по обмотке 3 начинает протекать ток, но поскольку полярность подключения данной обмотки к источнику питания противоположна полярности подключения обмотки 2, то в данном случае напряжение, наведенное в выходной обмотке 6 имеет противоположную полярность по отношению к питающему напряжению U_AN, в момент времени t₃ транзистор 9 выключается и включается транзистор 7. Дальнейший порядок включения показан в табл.1.

В результате данной последовательности работы транзисторов в выходной обмотке трансформатора формируется ЭДС в 8 раз большей частоты, чем питающее напряжение.

На фиг.2 приведены кривые напряжений на первичных обмотках трансформатора: (a) – подключенных к фазному напряжению источника питания, (б) – подключенных к линейному напряжению источника питания. На фиг.2, (в) показано результирующее напряжение U_вых на вторичной обмотке трансформатора.

В зависимости от различных режимов работы транзисторов, задаваемых системой управления, возможно получение в выходной обмотке трансформатора фиксированных частот от 50 до 400 Гц.

Экспериментальные исследования заявляемого преобразователя частоты показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) данное устройство позволяет получить частоту выходного напряжения от 50 до 400 Гц.

Формула изобретения

Статический преобразователь частоты, содержащий транзисторы и трансформатор, на каждом стрежне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары, отличающийся тем, что обмотки каждой пары соединены последовательно и подключены к сети через встречно-параллельно соединенные транзисторы, причем общая точка соединения транзисторов, подключенных к первой паре обмоток, и точка соединения первой пары обмоток подключены к фазному напряжению источника питания, а общая точка соединения транзисторов, подключенных ко второй паре обмоток, и точка соединения второй пары обмоток подключены к линейному напряжению источника питания, сдвинутому на угол /2 по отношению к фазному напряжению.

РИСУНКИ