Повышение частоты источников питания всё время привлекало внимание многих исследователей, и этот вопрос до сих пор является одним из важных проблем электротехники.
Удвоитель частоты состоит из двух идентичных нелинейных ферромагнитных элементов. Первичные обмотки соединены согласно-последовательно и подключены к источнику переменного тока, а вторичные обмотки включены встречно-последовательно. При таком соединении индуктируемые во вторичных обмотках э. д.с основной частоты взаимно вычитаются, и их сумма равняется нулю. Нелинейные ферромагнитные элементы оснащены третьему обмотками, включенными встречно-последовательно, служащими для создания постоянного подмагничивающего поля, способствующего появлению в сердечниках чётных гармоник индукции.
Для индуктивной нагрузки схемы устройства, показанный на рис. 1, имеем следующие уравнение:
Рис. 1. Схема удвоителя частоты при индуктивной нагрузке
(1)
(2)
(3)
(4)
Здесь,
u -напряжение источника;
ФА, ФВ- магнитные потоки в сердечниках ферромагнитных элементов;
- коэффициенты аппроксимирующей функции;
- число витков первичных, вторичных обмоток и обмотки подмагничивания;
токи первичной, вторичной обмотки;
тока подмагничивания;
параметры нагрузки.
Допустим, что
(5)
(6)
где
постоянная составляющая магнитного потока;
переменная составляющая магнитного потока с частотой ;
переменная составляющая магнитного потока с частотой 2.
Для случая
(7)
Подставляя (7) в (2) получим следующее выражение:
(8)
Вводя базисных величины и приведя уравнение (8) к безразмерному виду, посли некоторых математических преобразований.
Имеем:
(9)
Здесь,
;
; .
Дифференциальное уравнение цепи (9) решаем, учитывая основную и удвоенную гармоники индукции ферромагнитных элементов.
Пусть,
, (10)
, (11)
Тогда из (9) после некоторых математических преобразований и применяя метода, гармонического баланса имеем:
(12)
(13)
(14)
Возводя в квадрат зависимости (12), (13) и сложив их получим уравнение, которое имеет следующее решение:
(15)
здесь;
,
,
.
Из (12,13) получим следующее:
(16)
где,
.
На основе уравнения (15) задаваясь значением и определяя из (14) величину строим характеристики для различных токов подмагничивания. Проведем линию, параллельную оси абсцисс определяем в точках пересечения значения , и строим зависимость необходимый для стабилизации выходного напряжения [1]. Затем можно строить регулировочную характеристику удвоителя частоты. Таким образом, соответствующим выбором необходимой закономерности тока подмагничивания обмотки управления в зависимости от приложенного напряжения источника, можно обеспечить стабилизацию выходного напряжения ферромагнитного удвоителя частоты.
Произведен анализ предложенного схемы исследуемого устройства для случая индуктивной нагрузки при учете основной и удвоенной гармоник магнитного потока значения коэффициента сердечников. Установлено, что предложенное устройство имеет коэффициент стабилизации по нагрузке лежит в пределах от 30 до 70.
Литература:
1. Кадиров Т. М., Алимов Х. А., Файзиев М. М. Установившийся режим ферромагнитного удвоителя частоты. Узбекский журнал Проблемы информатики и энергетика 1997. № 3.С.29–33.
2. Бессонов Л. А. Нелинейные электрические цепи. М: Высшая школа, 1964, 430с.