УМНОЖИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С РАСШИРЕННЫМ ЧАСТОТНЫМ ДИАПАЗОНОМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве умножителя частоты с расширенным частотным диапазоном, а также для получения на выходе двух частот заданного напряжения, в частности в авиастроении.
Известен автономный инвертор [патент РФ №2216090, Н02М 003/315, 10.11.2003], содержащий резонансный мостовой тиристорный инвертор, нагрузку, измерительную катушку, дроссель, фильтровый конденсатор, выпрямитель, блок управления.
Недостатком данного устройства являются повышенные массогабаритные показатели из-за наличия в схеме большого количества элементов.
Известен магнитотиристорный преобразователь частоты [патент РФ №95197, Н02М 5/16, 15.02.2010], содержащий магнитотиристорный преобразователь частоты, инвертор, умножитель частоты, конденсатор, сглаживающие дроссели.
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные сложностью изменения коэффициента трансформации для согласования нагрузки по напряжению.
Известен умножитель частоты трансформаторного типа [патент РФ №2279177, М. кл. Н02М 5/16, 2006], содержащий трансформатор, на каждом стержне которого расположены четыре первичные обмотки, объединенные в две пары. Каждая пара первичных обмоток замкнута на пару согласно включенных транзисторов. Так как умножитель частоты с трехфазным выходом состоит из трех умножителей с однофазным выходом, то может использоваться для однофазного тока.
Недостатками аналога являются сложность осуществления согласования наиболее благоприятного режима работы и сложность конструкции, так как применение транзисторов требует систему охлаждения, блок управления и систему защиты при коммутациях.
Известен тиристорный преобразователь частоты, содержащий инвертор и трансформатор ТСК-100-2,4 (А.К. Белкин, Л.И. Гутин, И.Н. Таназлы, А.А. Шуляк, Элементы индукционных установок, М.: Энергоатомиздат, 2007. - 140 с: ил.), который предназначен для согласования параметров сети и напряжения. ТСК-100-2,4 имеет магнитопровод броневого типа на базе Ш-образных сердечников и две обмотки. Для обеспечения трансформатора с цилиндрическими обмотками переменного коэффициента трансформации, вторичная обмотка выполнена с рядом ответвлений. Для согласования нагрузки по напряжению производится переключение этих ответвлений.
Недостатком данного устройства является ограниченные функциональные возможности, обусловленные сложностью изменения коэффициента трансформации для согласования нагрузки по напряжению. Другими недостатками является ограничение использования в диапазоне до 2,4 кГц и невозможность увеличения частоты тока. Так как магнитопровод выполнен из листовой стали, то при повышении частоты свыше 2,4 кГц резко увеличиваются потери в трансформаторе.
Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является умножитель частоты трансформаторного типа [патент РФ №2279177, М. кл. Н02М 5/16, 2006], содержащий трансформатор, на каждом стержне которого расположены первичные обмотки, объединенные в две пары, и вторичные обмотки. Каждая пара первичных обмоток замкнута на пару согласно включенных транзисторов. Так как умножитель частоты с трехфазным выходом состоит из трех умножителей с однофазным выходом, то может использоваться для однофазного тока.
Недостатками аналога являются сложность осуществления согласования наиболее благоприятного режима работы и сложность конструкции, так как применение транзисторов требует систему охлаждения, блок управления и систему защиты при коммутациях.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей, увеличение частоты тока, расширение частотного диапазона, получение двух выходных частот заданного напряжения, регулирование выходного напряжения за счет изменения тока обмотки управления.
Техническим результатом является получение двухчастотного напряжения: трехфазного стандартной частоты и однофазного утроенной частоты.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в умножителе частоты трансформаторного типа, содержащем трансформатор, на стержнях пространственного магнитопровода которого расположены первичные и вторичные обмотки, согласно полезной модели, три первичные и три вторичные обмотки соединены в звезду, а на ярмах магнитопровода расположены три вторичные обмотки, соединенные в открытый треугольник.
В отличие от прототипа, на выходе формируется двухчастотное напряжение, при этом отпадает необходимость в контроле гармоники 1-го порядка. Таким образом, нет необходимости подключать обмотку управления к дополнительному источнику постоянного напряжения.
Существо полезной модели поясняется чертежом. На фигуре изображена схема соединения умножителя частоты с расширенным частотным диапазоном.
Трехфазный пространственный магнитопровод 1, состоящий из трех колец 2, 3 и 4, причем стержни этого магнитопровода образованы смежными стержнями колец, а ярма колец, являются ярмами магнитопровода. Первичные обмотки 5, 6 и 7 соединены в звезду. Обмотка 5 выполнена на стержне из колец 2 и 3, обмотка 6 выполнена на стержне из колец 2 и 4 и обмотка 7 выполнена на стержне из колец 3 и 4. На этих же стержнях выполнены вторичные обмотки 8, 9 и 10, соединенные в звезду. Обмотки 11, 12 и 13 выполнены на ярмах колец 2, 3 и 4 соответственно и соединены последовательно. При насыщении магнитопровода основными гармоническими составляющими потока являются первая и третья. При этом первые гармоники сдвинуты на угол 120 градусов, а третьи - на 360 градусов. Также сдвинуты и ЭДС, наводимые в обмотках 11, 12 и 13. При этом первые гармоники сдвинуты на 120 градусов и компенсируются, а третьи арифметически складываются. Поэтому выходное напряжение этих обмоток изменяется с тройной частотой. В первичных обмотках 5, 6 и 7 и вторичных 8, 9 и 10, третьи гармоники взаимно компенсируются, поэтому наводится только первая гармоника, т.е. их ЭДС синусоидальная и соответствует ЭДС обычного трансформатора.
Итак, заявляемая полезная модель позволяет расширить частотный диапазон умножителя частоты, повысить надежность работы, уменьшить влияние первой гармоники, в частности в энергосистемах, применяемых в авиастроении.