Помножувачі частоти
Трансформаторні пристрої, що складаються з магнітопроводів і обмоток, можна використовувати для помноження частоти змінного струму, тобто збільшення частоти в певну кількість раз. Практичне використання отримали подвоювачі і потроювачі частоти.
Рис.2.2.5. Електромагнітна схема подвоювача частоти
Подвоювач частоти. Два замкнених магнітопровода мають п’ять обмоток (рис.2.2.5). Первинну обмотку w1 виконують так, щоб вона захоплювала відразу два магнітопроводи. При ввімкненні обмотки в мережу змінного струму з синусоїдальною напругою і частотою f1 вона створює в кожному магнітопроводі змінну МРС F1. Дві секції вторинної обмотки w¢1 і w¢¢2, кожна з яких розташована на своєму магнітопроводі, ввімкненні одна з одною
послідовно узгоджено, так що результуючий магнітний потік, зкріплений з цими обмотками, дорівнює сумі потоків магнітопроводів Фа + Фb. Крім того, на кожному магнітопроводі є по одній обмотці підмагнічування w0, ввімкнених між собою послідовно узгоджено. При ввімкненні цих обмоток на постійну напругу U0 в кожному з магнітопроводів виникає підмагнічувальна МРС F0 = І0w0.
При ввімкненні в мережу з синусоїдальною напругою u1 і частотою f1 (рис.2.2.6,а) обмотка w1 на протязі першого напівперіоду напруги u1 створює МРС F1 = І1w1 в магнітопроводі а, напрямлену згідно з МРС постійного струму F0. При цьому магнітні потоки в магнітопроводі а складуються і створюють результуючий потік Фа = Ф0 + Ф1. За рахунок магнітного насичення магнітопроводу а графік цього потоку Фа = f(t) має сплощений вигляд (рис.2.2.6,б).
В магнітопроводі b в цьому ж півперіоді МРС потоки Ф0 і Ф1 діють зустрічно, створюючи результуючий потік Фb = Ф0 - Ф1, що має значний прогин в середині півперіода. В другому півперіоді напруга u1 в магнітопроводі а створюється потік, що дорівнює різниці Фа = Ф0 - Ф1, а в магнітопроводі b- потік, що дорівнює сумі Фb = Ф0 + Ф1. Вторинну обмотку, що складається з двох секцій (w2 = w¢2 + w¢¢2), охоплює сумарний магнітний потік Фа + Фb, графік якого (Фа + Фb) = f(t) побудований шляхом додавання ординат потоків Фа і Фb (рис.2.2,6,в). Цей потік має постійну складову Фпост, що не приймає участі в наведенні вторинної ЕРС і дійсно виражену змінну складову другої гармоніки, яка наводить в секціях вторинної обмотки ЕРС Е2 частотою f2 = 2f1. Електрорушійна сила первинної обмотки Е1, так як і первинна напруга U1, має частоту f1.
Рис. 2.2.6. Графіки напруги і магнітних потоків подвоювача частоти
Для компенсації індуктивних падінь напруг у вторинне коло подвоювача частоти вмикають конденсатор ємністю С, що підвищує коефіцієнт потужності cosj подвоювача і зменшує нахил його зовнішньої характеристики U2 = f(I2).
Потроювач частоти. Робота потроювача частоти базується на явищі спотворення синусоїдальної форми графіка змінного магнітного потоку в магнітопроводі. Нехай до первинної обмотки w1 трансформатора підведена синусоїдальна напруга. При цьому магнітний потік в магнітопроводі також синусоїдальний Ф = Фmax sinwt. Внаслідок насичення сердечника магнітний потік стає непропорційним намагнічуючому струмові і0р. Тому при синусоїдальному магнітному потоці Ф струм і0р є несинусоїдальним . Для підтвердження розглянемо побудови (рис.2.2.7,а), виконані для визначення форми графіка намагнічувального струму і0р = f(t) з використанням кривої намагнічування магнітопроводу Ф = f(i0р) і графіка магнітного потоку Ф = f(t). Для отримання графіка намагнічувального струму і0р = f(t) (права нижня чверть осей координат) на графіку Ф = f(t) вибирають ряд точок (1, 2 і 3), проектують їх на криву намагнічування і визначають значення намагнічувального струму. Потім проводять вертикальні лінії через точки 1, 3 і 2 на вісь іор в праву нижню чверть до перетину з горизонтальними лініями, проведеними з точок 1, 2 і 3 на вісь часу t цієї чверті, і одержують геометричне місце точок кривої намагнічувального струму іор = f(t).
Рис. 2.2.7. Побудова графіку намагнічуючого струму (а) і розкладення
його на складові (б)
Рис. 2.7.8. Побудова графіку магнітного потоку при синусоїдальному намагнічуючому струмі
Зі зроблених побудов видно, що при синусоїдальній формі графіка Ф = f(t) і нелінійної кривої намагнічування намагнічувальний струм має пікоподібну форму.
Після розкладення несинусоїдольної кривої струму іор на синусоїдальні складові (рис.2.2.7,б) бачимо, що в цьому струмі крім першої (головної) гармоніки іор1 явно виражена третя гармоніка іор3, частота якої f3 = 3f1. Так, в трансформаторі з магнітопроводом з електротехнічної сталі при магнітній індукції В = 1,4 Тл амплітуда третьої гармоніки складає приблизно 30% від амплітуди першої гармоніки намагнічувального струму.
Якщо три однофазних трансформатори з’єднати в трансформаторну групу (див.рис.2.2.7,а), то струми третьої гармоніки в обмотках, з’єднаних зіркою, співпадаючи по фазі, будуть взаємно зрівноважуватись. При цьому намагнічувальний струм в кожному з трьох трансформаторів стане синусоїдальним. Але в цьому випадку магнітний потік в кожному з магнітопроводів стане несинусоїдальним (сплощений), з дійсно вираженою третьою гармонікою Ф3 (рис. 2.2.8).
Потроювач частоти складається з трьох однофазних трансформаторів, що працюють з сильно насиченим магнітопроводом. Первинні обмотки трансформаторів з’єднанні зіркою, а вторинні — послідовно (рис. 2.2.9).
Рис. 2.2.9. Електромагнітна схема потроювача частоти
В потроювачі частоти потоки третьої гармоніки, замикаючись по незалежним магнітопроводам, досягають в них великих значень і наводять у вторинних обмотках ЕРС третьої гармоніки е3. Так, якщо ці ЕРС в усіх вторинних обмотках потроювачів співпадають по фазі, то на виході потроювача частоти встановлюється змінна напруга U3, рівна алгебраїчній сумі ЕРС е3 з частотою f3=3f1. Електрорушійна сила першої гармоніки хоча і наводиться в вторинних обмотках потроювача, але в складі напруги на виході потроювача частоти відсутня, так як при зсуві фаз між ЕРС в 1200 їх алгебраїчна сума дорівнює нулю.
Для зниження індуктивного падіння напруги, що виникає у вторинних обмотках потроювача при навантаженні, в його вторинне коло вмикають конденсатор з ємністю С, який компенсує індуктивність вторинних обмоток.
Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”
Оставьте комментарий к статье