СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ
STATIC FREQUENCY CONVERTER

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 π/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 π/2.
AN
BC
0
1
2
AN
3
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 и линейное U напряжения, сдвинутые относительно друг друга на угол π/2. Кривые изменения этих напряжений во времени показаны на фиг.2. В момент времени t включается транзистор 12 и по обмотке 4 начинает протекать ток. В момент времени t 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 t 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, в момент времени t 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.
вых
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 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.