Трансформаторы для преобразования частоты

С использованием трансформаторов выполняют схемы для удвоения и утроения частоты питающего напряжения.

Удвоение частоты осуществляют с помощью трансформатора, магнитная система которого состоит из двух независимых магнитопроводов α и β (рис. 1). Первичная обмотка, имеющая число витков w₁ и включаемая в сеть с частотой f₁ охватывает оба магнитопровода. Магнитопроводы α и β обмоткой О, состоящей из двух частей, подмагничиваются таким образом, что усиливается поток магнитопровода α и ослабляется поток магнитопровода β (рис. 1). В каждом магнитопроводе МДС, создаваемая этой обмоткой, равна F₀. В правом квадранте на рис. 2 построены магнитные характеристики Ф_α=f(i₁) и Ф_β=f(i₁) магнитопроводов с учетом действия МДС F₀. Там же показана зависимость суммарного магнитного потока Ф_α+ Ф_β от тока первичной обмотки i₁. Магнитный поток Ф_α+Ф_β=Ф сцеплен с первичной обмоткой и наводит в ней ЭДС e₁ (эта ЭДС практически равна и направлена противоположно приложенному напряжению u₁).

Вторичная обмотка с числом витков w₂ состоит из двух частей, расположенных на разных магнитопроводах. Эти части обмотки включены встречно, поэтому результирующее потокосцепление вторичной обмотки пропорционально разности магнитных потоков (Ф_α - Ф_β). Зависимость (Ф_α - Ф_β) = f(i₁) также показана на рис. 2.

Если к первичной обмотке приложить синусоидальное напряжение u₁, то магнитный поток Ф = Ф_α+Ф_β будет практически синусоидальным и изменяться во времени с частотой f₁ (левый квадрант на рис. 2). Изменение во времени магнитного потока, сцепленного со вторичной обмоткой (Ф_α - Ф_β), можно получить построением по точкам 1-2-3-4. Эта зависимость имеет пульсирующий характер с частотой пульсаций, равной 2f₁. Индуктируемая во вторичной обмотке ЭДС e₂ будет пропорциональна d(Ф_α - Ф_β)/dt и иметь частоту 2f₁.

Для снижения падения напряжения в цепи вторичной обмотки при нагрузке последовательно с этой обмоткой включают конденсатор С, компенсирующий индуктивность обмотки. Регулирование напряжения производится изменением тока в подмагничивающей обмотке.

Утроение частоты с помощью трансформаторов можно осуществить, используя схему, показанную на рис. 3.

Первичные обмотки трех однофазных трансформаторов соединяются звездой и подключаются к трехфазной сети с частотой f₁. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединяются между собой последовательно. В магнитопроводе каждой фазы трехфазной группы однофазных трансформаторов, первичные обмотки которых соединены звездой, при насыщении магнитной цепи возникают значительные третьи гармонические составляющие магнитного потока. Эти составляющие потока наводят во вторичных обмотках ЭДС тройной частоты е₃. При последовательном соединении вторичных обмоток ЭДС тройной частоты арифметически складываются, а сумма первых гармоник ЭДС равна нулю. Таким образом, на выводах вторичной обмотки будет действовать напряжение U₃≈3E₃ с частотой 3f₁. Емкость С, включенная в цепь вторичной обмотки, служит для уменьшения падения напряжения при нагрузке.