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.

image011

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.

image012

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 і. Тому при синусоїдальному магнітному потоці Ф струм і є несинусоїдальним . Для підтвердження розглянемо побудови (рис.2.2.7,а), виконані для визначення форми графіка намагнічувального струму і = f(t) з використанням кривої намагнічування магнітопроводу Ф = f(i) і графіка магнітного потоку Ф = f(t). Для отримання графіка намагнічувального струму і = 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).

image006

Рис. 2.2.7. Побудова графіку намагнічуючого струму (а) і розкладення

його на складові (б)

image013

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).

image010

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