RU2538182C2 - Magnetic-semiconductor frequency multiplier - Google Patents

Magnetic-semiconductor frequency multiplier Download PDF

Info

Publication number
RU2538182C2
RU2538182C2 RU2013121222/07A RU2013121222A RU2538182C2 RU 2538182 C2 RU2538182 C2 RU 2538182C2 RU 2013121222/07 A RU2013121222/07 A RU 2013121222/07A RU 2013121222 A RU2013121222 A RU 2013121222A RU 2538182 C2 RU2538182 C2 RU 2538182C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
transformer
frequency multiplier
load
windings
Prior art date
Application number
RU2013121222/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013121222A (en
Inventor
Георгий Алексеевич Шадрин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники" (ТУСУР)
Priority to RU2013121222/07A priority Critical patent/RU2538182C2/en
Publication of RU2013121222A publication Critical patent/RU2013121222A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2538182C2 publication Critical patent/RU2538182C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y02B60/50—

Landscapes

  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: magnetic-semiconductor frequency multiplier comprises in each phase of a three-phase network (17, 18, 19) series-connected saturating choke coil (1, 2. 3) and primary winding of a transformer (9), which is connected in parallel to a half-wave control switch (4, 5, 6) and a null switch (13, 14, 15), wherein the secondary winding of the of the transformer (10, 11, 12) is connected to an open triangle which is connected to a single-phase load (16). A control unit (7) is based on a pulse-width modulator, the control signals from which are transmitted to said anti-parallel connected switches. Output voltage is controlled symmetrical to the middle of each half-period of the mains voltage, thereby solving the set task.
EFFECT: high energy characteristics - power factor and efficiency, reduced weight and size, providing independence of the control range from load parameters.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве статического регулируемого источника питания электротехнологических установок.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to converting technology, and can be used as a static regulated power source of electrotechnological installations.

Известен статический регулируемый источник напряжения с трехфазным входом и однофазным выходом, выбранный в качестве аналога (Бамдас A.M. Ферромагнитные умножители частоты. - М.: Энергия, 1968, рис.3.4,6, с.64), содержащий три броневых сердечника с первичными и вторичными обмотками на средних стержнях, соединенных согласно, и обмотками подмагничивания, включенных встречно и размещенных на крайних стержнях.Known static adjustable voltage source with a three-phase input and a single-phase output, selected as an analogue (Bamdas AM Ferromagnetic frequency multipliers. - M .: Energy, 1968, Fig. 3.4.6, p.64), containing three armored cores with primary and secondary windings on the middle rods connected according to and magnetization windings included in the opposite direction and placed on the extreme rods.

Недостатками являются большая масса и габариты, инерционность, наличие четных гармоник потока, зависимость частоты от величины тока подмагничивания, вплоть до «опрокидывания фазы» выходного напряжения.The disadvantages are the large mass and dimensions, inertia, the presence of even harmonics of the flow, the dependence of the frequency on the magnitude of the bias current, up to the "phase reversal" of the output voltage.

Известен магнитно-тиристорный умножитель частоты в нечетное число раз с непосредственной связью, выбранный в качестве аналога (авт. св. №819908, БИ №13, 1981), содержащий трансформатор с первичными обмотками, подключенными к трехфазной сети, и биполярные тиристоры, подсоединенные к вторичным обмоткам с нулем, причем между нулем и общей точкой тиристоров установлена нагрузка.Known magnetic thyristor frequency multiplier an odd number of times with direct connection, selected as an analogue (ed. St. No. 819908, BI No. 13, 1981), containing a transformer with primary windings connected to a three-phase network, and bipolar thyristors connected to secondary windings with zero, and between the zero and the common point of the thyristors installed load.

Недостатками аналога являются низкие энергетические показатели, свойственные преобразователям с естественной коммутацией тиристоров, ограниченный диапазон регулирования при активно-индуктивной нагрузке.The disadvantages of the analogue are the low energy performance inherent in the converters with natural switching of thyristors, a limited range of regulation with active-inductive load.

Известен m-фазный магнитно-тиристорный умножитель частоты, выбранный в качестве прототипа (авт. св. №587574, БИ №1, 1978), содержащий в каждой фазе пару биполярных ключей, например, тиристоров, образующих m-лучевую звезду, и односердечниковые дроссели насыщения, подключенные параллельно с биполярными ключами.Known m-phase magnetic thyristor frequency multiplier selected as a prototype (ed. St. No. 587574, BI No. 1, 1978), containing in each phase a pair of bipolar keys, for example, thyristors forming an m-beam star, and single-core chokes saturations connected in parallel with bipolar keys.

Недостатками прототипа являются низкие энергетические показатели, свойственные преобразователям с естественной коммутацией - дополнительное потребление реактивной мощности, ограниченный диапазон регулирования при активно-индуктивной нагрузке.The disadvantages of the prototype are the low energy performance inherent in converters with natural switching - additional consumption of reactive power, a limited range of regulation with active-inductive load.

Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности, обеспечение независимости диапазона регулирования от характера нагрузки, снижение массы и габаритов.The objective of the invention is to increase the power factor, ensuring the independence of the regulation range from the nature of the load, reducing weight and dimensions.

Поставленная задача достигается тем, что в каждую фазу магнитно-полупроводникового умножителя частоты, содержащего трехфазную сеть, к каждой фазе которой подключен односердечниковый дроссель насыщения с обмоткой, зашунтированный однополупериодным регулирующим ключом, и однофазную нагрузку, введены двухобмоточный трансформатор, первичные обмотки которого соединены с соответствующими дросселями насыщения, а вторичные обмотки соединены в открытый треугольник и подключены к нагрузке, и однополупериодные нулевые ключи, соединенные параллельно первичным обмоткам трансформатора, и включенные встречно шунтирующим ключам, а также блок управления ключами на базе широтно-импульсного модулятора, причем входы всех упомянутых ключей подключены к блоку управления.The task is achieved by the fact that in each phase of the magnetic semiconductor frequency multiplier containing a three-phase network, to each phase of which is connected a single-core saturation inductor with a winding, shunted with a half-wave regulating key, and a single-phase load, a double-winding transformer is introduced, the primary windings of which are connected to the corresponding inductors saturation, and the secondary windings are connected in an open triangle and connected to the load, and half-wave zero keys connected to Allelic primary windings of the transformer and the shunt counter included keys and key management unit on the basis of the pulse width modulator, wherein inputs of all of said keys are connected to the control unit.

При питании от трехпроводной сети первичные обмотки трансформатора соединяются по схеме звезда с нулевой точкой или по схеме треугольник.When powered from a three-wire network, the primary windings of the transformer are connected in a star circuit with a zero point or in a triangle circuit.

Сущность изобретения заключается в том, что замыкание шунтирующего ключа обмотки дросселя насыщения осуществляется в начале положительного полупериода каждой фазы сети на время α π/3, а с момента его размыкания сердечник дросселя насыщения перемагничивается и насыщается в момент βk=2π-αk, где αk - длительность замкнутого состояния регулирующего ключа. На выходе открытого треугольника формируется напряжение из кратных трем гармоник ЭДС отдельных вторичных обмоток фаз, а все другие гармоники при сложении взаимно компенсируются, и к нагрузке прикладывается напряжение утроенной частоты.The essence of the invention lies in the fact that the closure of the shunt key of the winding of the saturation inductor is carried out at the beginning of the positive half-period of each phase of the network for a time α π / 3, and from the moment of its opening, the core of the saturation inductor is magnetized and saturated at the moment β k = 2π-α k , where α k - the duration of the closed state of the regulatory key. At the output of an open triangle, a voltage is formed from multiples of three harmonics of the EMF of the individual secondary windings of the phases, and all other harmonics are mutually compensated when added, and a voltage of triple frequency is applied to the load.

При активно-индуктивной нагрузке с момента α=αk размыкания регулирующего ключа первичная обмотка трансформатора закорачивается нулевым ключом, обеспечивая протекание тока нагрузки в прежнем направлении, при этом происходит свободный обмен энергией между сетью и нагрузкой.With an active-inductive load, from the moment α = α k of the control switch opens, the primary winding of the transformer is short-circuited with a zero key, ensuring that the load current flows in the same direction, while there is a free exchange of energy between the network and the load.

На фиг.1 представлена схема магнитно-полупроводникового умножителя частоты в три раза с подключением первичных обмоток трансформатора по схеме звезда с нулем, на фиг.2 - схема с соединением первичных обмоток трансформатора в треугольник, а на фиг.3 приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы утроителя частоты при активно-индуктивной нагрузке.Figure 1 presents a diagram of a magnetic semiconductor frequency multiplier three times with the connection of the primary windings of the transformer according to the star-zero scheme, figure 2 is a diagram with the connection of the primary windings of the transformer into a triangle, and Fig. 3 is a timing chart explaining the principle frequency tripler operation with active-inductive load.

Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты содержит односердечниковые дроссели насыщения 1, 2, 3, обмотки которых зашунтированы однополупериодными регулирующими ключами 4, 5, 6 с управлением от блока 7 управления с широтно-импульсной модуляцией, и трехфазный трансформатор 8, первичные обмотки 9 которого подключены к обмоткам дросселей насыщения 1, 2, 3, а его вторичные обмотки 10, 11, 12 соединены открытым треугольником. Параллельно первичным обмоткам 9 трансформатора 8 установлены однополупериодные нулевые ключи 13, 14, 15, которые, как и ключи 4, 5, 6, получают сигналы переключения от широтно-импульсного модулятора, входящего в блок управления 7. Нагрузка 16 подключена к вторичным обмоткам 10-12 трансформатора 8.The magnetic semiconductor frequency multiplier contains single-core saturation chokes 1, 2, 3, the windings of which are shunted with half-wave control keys 4, 5, 6 controlled by a pulse-width modulated control unit 7, and a three-phase transformer 8, the primary windings of which 9 are connected to the windings saturation chokes 1, 2, 3, and its secondary windings 10, 11, 12 are connected by an open triangle. Parallel to the primary windings 9 of the transformer 8, half-wave zero switches 13, 14, 15 are installed, which, like the keys 4, 5, 6, receive switching signals from a pulse-width modulator included in the control unit 7. Load 16 is connected to the secondary windings 10- 12 transformers 8.

Фазы напряжения сети А-17, В-18, С-19 сдвинуты между собой на угол 120° (фиг.3,a).The voltage phases of the network A-17, B-18, C-19 are shifted to each other by an angle of 120 ° (Fig. 3, a).

Вначале рассмотрим принцип работы магнитно-полупроводникового умножителя частоты в три раза по фиг.1 при максимальном угле αk=π/3=60°.First, we consider the principle of operation of the magnetic semiconductor frequency multiplier three times in figure 1 with a maximum angle α k = π / 3 = 60 °.

Суть работы заключается в следующем. В начале полупериода фазы 17 в момент α=0 замыкается регулирующий ключ 4, при этом сердечник 1 дросселя насыщения остается насыщенным с индукцией - Bs (фиг.3,в). Через регулирующий ключ 4 потечет ток; к обмоткам 9, 10 трансформатора 8 и к нагрузке 16 прикладывается напряжение 20 (фиг.3,б). В момент α=α=π/3 размыкается регулирующий ключ 4, сердечник дросселя насыщения 1 начинает размагничиваться по кривой 21 на величину ΔB и одновременно в момент βk=2π-αk насыщается сердечник дросселя насыщения 2 фазы 18, формируя в обмотках 10, 16 трансформатора 8 отрицательную полуволну напряжения 22 (фиг.3,г). При α=2π/3 замыкается регулирующий ключ 5 фазы 18, сердечник дросселя насыщения 2 начинает размагничиваться на величину индукции ΔB, и одновременно насыщается сердечник дросселя насыщения 3 фазы 19 (фиг.3,д), формируя отрицательную полуволну напряжения 24. В момент α=4Δπ/3 замыкается регулирующий ключ 6 фазы 19, и к нагрузке 16 через трансформатор 8 прикладывается полуволна напряжения 25 (фиг.3,д). В момент α=5π/3 насыщается сердечник дросселя насыщения 1 фазы 17, который намагничивался с момента α=π, и на интервале α 5π/3-2π к нагрузке 16 прикладывается отрицательная полуволна напряжения 26 (фиг.3,б).The essence of the work is as follows. At the beginning of the half-cycle of phase 17 at the time α = 0, the control key 4 closes, while the core 1 of the saturation inductor remains saturated with induction - B s (Fig. 3, c). A current will flow through the control key 4; voltage 20 is applied to the windings 9, 10 of the transformer 8 and to the load 16 (Fig. 3, b). At the moment α = α = π / 3, the control key 4 opens, the core of saturation inductor 1 starts to demagnetize along curve 21 by ΔB and at the same time β k = 2π-α k the core of saturation inductor 2 of phase 18 is saturated, forming in windings 10, 16 transformer 8 negative half-wave voltage 22 (Fig.3, g). When α = 2π / 3, the control key 5 of phase 18 closes, the core of saturation inductor 2 starts to demagnetize by the induction ΔB , and at the same time, the core of saturation inductor 3 of phase 19 is saturated (Fig. 3, d), forming a negative half-wave of voltage 24. At time α = 4Δπ / 3, the control key 6 of phase 19 is closed, and a half-wave of voltage 25 is applied to the load 16 through the transformer 8 (Fig. 3, d). At the time α = 5π / 3, the core of the saturation inductor of phase 1 of phase 17 is saturated, which was magnetized from the moment α = π, and in the interval α 5π / 3-2π, a negative voltage half-wave 26 is applied to the load 16 (Fig. 3, b).

Следовательно, за период напряжения, например, фазы 17 на нагрузке 16 формируется напряжение 27 утроенной частоты (фиг.3,е).Therefore, during a voltage period, for example, phase 17, a voltage 27 of a triple frequency is generated on the load 16 (Fig. 3, e).

При регулировании напряжения в активно-индуктивной нагрузке с углом коммутации αk<π/3 (эти углы показаны тонкой линией) в противофазе с регулирующим ключом 4 замыкается нулевой ключ 13, шунтируя первичную обмотку 9 трансформатора 8, и по ее короткозамкнутому контуру продолжает протекать ток 30, спадая до нуля. Ток 31 нагрузки 16, как следует из фиг.3, состоит из тока 29, протекающего по регулирующему ключу 4, тока 30, протекающего по нулевому ключу 13, и тока 28 через обмотку дросселя насыщения 1. Процессы, протекающие по элементам других фаз однофазной сети с нулем, аналогичны, но по времени сдвинуты на 120° и 240°. Аналогично протекают процессы и в утроителе частоты на фиг.2, с той лишь разницей, что к элементам утроителя частоты прикладывается линейное напряжение.When regulating the voltage in the active inductive load with the switching angle α k <π / 3 (these angles are shown by a thin line), the zero key 13 closes in antiphase with the control key 4, bypassing the primary winding 9 of the transformer 8, and current flows through its short-circuited circuit 30, dropping to zero. The load current 31 31, as follows from figure 3, consists of a current 29 flowing through the control key 4, a current 30 flowing through the zero key 13, and a current 28 through the winding of the saturation reactor 1. Processes flowing through the elements of other phases of the single-phase network with zero, are similar, but are shifted by 120 ° and 240 ° in time. Similarly, the processes occur in the frequency tripler in figure 2, with the only difference being that a linear voltage is applied to the elements of the frequency tripler.

В качестве ключей можно использовать тиристоры типов GTO, IGCT или транзисторы IGBT с отсекающими диодами, а для дросселей насыщения - магнитопроводы с прямоугольной петлей гистерезиса - нанокристаллические сплавы 5БДСР типа П, Т или «Гаммамет» ГМ 32 ДС и др.As the keys, you can use thyristors of the GTO, IGCT type or IGBT transistors with cut-off diodes, and for saturation chokes - magnetic circuits with a rectangular hysteresis loop - 5BDSR type P, T or Gammamet alloys GM 32 DS and others.

Таким образом, в предлагаемом магнитно-полупроводниковом умножителе частоты: обеспечивается регулирование выходного напряжения в широком диапазоне независимо от параметров активно-индуктивной нагрузки, без сдвига гармоник; повышается коэффициент мощности на 8-12% (по сравнению с прототипом); уменьшаются масса и габаритная мощность трансформатора; повышается КПД.Thus, in the proposed magnetic semiconductor frequency multiplier: provides regulation of the output voltage in a wide range regardless of the parameters of the active-inductive load, without harmonic shift; increased power factor by 8-12% (compared with the prototype); the mass and overall power of the transformer are reduced; efficiency increases.

Claims (3)

1. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты, содержащий трехфазную сеть, к каждой фазе которой подключен односердечниковый дроссель насыщения с обмоткой, зашунтированный однополупериодным регулирующим ключом, и однофазную нагрузку, отличающийся тем, что в каждую фазу введены двухобмоточный трансформатор, первичные обмотки которого соединены с соответствующими дросселями насыщения, а вторичные обмотки соединены в открытый треугольник и подключены к нагрузке, и однополупериодные нулевые ключи, соединенные параллельно первичным обмоткам трансформатора, и включенные встречно шунтирующим ключам, а также блок управления ключами на базе широтно-импульсного модулятора, причем входы всех упомянутых ключей подключены к блоку управления.1. Magnetic semiconductor frequency multiplier, containing a three-phase network, to each phase of which is connected a single-core saturation choke with a winding, shunted with a half-wave regulating key, and a single-phase load, characterized in that a two-winding transformer is introduced into each phase, the primary windings of which are connected to the corresponding chokes saturation, and the secondary windings are connected in an open triangle and connected to the load, and half-wave zero keys connected in parallel with the primary transformer windings, and included opposite the shunt keys, as well as a key control unit based on a pulse-width modulator, and the inputs of all of the mentioned keys are connected to the control unit. 2. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты по п.1, отличающийся тем, что первичные обмотки трансформатора соединены по схеме звезда с нулевой точкой.2. The magnetic semiconductor frequency multiplier according to claim 1, characterized in that the primary windings of the transformer are connected in a star-to-zero fashion. 3. Магнитно-полупроводниковый умножитель частоты по п.1, отличающийся тем, что первичные обмотки трансформатора соединены по схеме треугольник. 3. The magnetic semiconductor frequency multiplier according to claim 1, characterized in that the primary windings of the transformer are connected in a triangle pattern.
RU2013121222/07A 2013-05-07 2013-05-07 Magnetic-semiconductor frequency multiplier RU2538182C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121222/07A RU2538182C2 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Magnetic-semiconductor frequency multiplier

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121222/07A RU2538182C2 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Magnetic-semiconductor frequency multiplier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013121222A RU2013121222A (en) 2014-11-20
RU2538182C2 true RU2538182C2 (en) 2015-01-10

Family

ID=53288387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121222/07A RU2538182C2 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Magnetic-semiconductor frequency multiplier

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2538182C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3715647A (en) * 1971-03-31 1973-02-06 Ajax Magnethermic Corp Frequency converter for converting multiphase low frequency alternating current into single-phase higher frequency alternating current
SU577624A2 (en) * 1975-11-13 1977-10-25 Ставропольский политехнический институт Three-phase frequency multiplier
SU782084A1 (en) * 1978-06-30 1980-11-23 Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе Magneto-thyristor frequency multiplier by even number with direct coupling

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3715647A (en) * 1971-03-31 1973-02-06 Ajax Magnethermic Corp Frequency converter for converting multiphase low frequency alternating current into single-phase higher frequency alternating current
SU577624A2 (en) * 1975-11-13 1977-10-25 Ставропольский политехнический институт Three-phase frequency multiplier
SU782084A1 (en) * 1978-06-30 1980-11-23 Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе Magneto-thyristor frequency multiplier by even number with direct coupling

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013121222A (en) 2014-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3021794C (en) An electrical power supply system and process
US8199542B2 (en) Method and device for creating a direct voltage or a direct current
Laka et al. Analysis and improved operation of a PEBB-based voltage-source converter for FACTS applications
RU2538182C2 (en) Magnetic-semiconductor frequency multiplier
CN104795202B (en) Saturable reactor shortening transient response time
RU2537374C2 (en) Four-time magnetic semiconductor frequency multiplier
RU191500U1 (en) ROTATING MAGNETIC FIELD TRANSFORMER
Xu Research on fast response characteristic of magnetic control reactor
Ahmed et al. Design and analysis of cycloconverter to run split phase induction motor using PWM control
RU2540403C2 (en) Magnetic semiconductor frequency tripler
RU2539353C2 (en) Six-time magnetic semiconductor frequency multiplier
RU2537975C2 (en) Eight-time magnetic semiconductor frequency multiplier
RU2325752C1 (en) Alternating current voltage regulator
RU2622114C1 (en) Reactor group, switched by thyristors
RU2189688C1 (en) Multiphase controllable rectifier
RU2613340C2 (en) Device for controlling voltage and control method thereof
RU170594U1 (en) NEUTRAL CURRENT MODULATOR
RU91236U1 (en) DEVICE FOR CONTROLLING AN ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR ON A VEHICLE
Solanki et al. Design of bidirectional push pull converter for microgrid applications
US3162803A (en) Magnetic amplifier for active direct current loads
RU154756U1 (en) STABILIZED RECTIFIER
Okanuma et al. Improvement of Electric Power Conversion Efficiency of Magnetic Oscillation-Type DC–AC Converter
Lyubov et al. Hybrid magnetic systems as a way to obtain required magnetic properties
SU1128349A1 (en) Ferromagnetic frequency quadrupler
RU45572U1 (en) REACTIVE POWER COMPENSATOR

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150508