3.3. Ферромагнитные преобразователи частоты

Нередко для устройств автоматики, телемеханики, измерительной техники необходим переменный ток с частотой в целое число раз, отличающийся от частоты источника обычно в 2, 3, 4, 6, 8, 9 раз. Для этой цели могут быть использованы нелинейные индуктивности с насыщающимися ферромагнитными сердечниками.

Утроители частоты могут получать питание от трехфазной или однофазной сети. Трехфазные утроители строятся на базе трех однофазных одинаковых трансформаторов с насыщающимися ферромагнитными сердечниками. Первичные обмотки трансформаторов соединены звездой, вторичные – открытым треугольником (рис. 3.4, а). Очевидно, из-за нелинейности кривой намагничивания при синусоидальном напряжении ток в первичной обмотке и магнитный поток в сердечнике не будут синусоидальными. Вследствие симметрии кривой намагничивания относительно начала координат во вторичной обмотке, кроме основной ЭДС, будут наводиться ЭДС только нечетных гармоник кратные трем (рис. 3.4, в). Основные, т.е. первые гармонические ЭДС, сдвинуты во вторичных обмотках трансформаторов на 1200 и взаимно компенсируются (рис. 3.4, б, г), а третьи гармоники, образуя ЭДС нулевой последовательности, суммируются (рис. 3.4, в, д).

Рис. 3.4. Утроители частоты c трехфазным питанием

Кроме третьей гармонической, частотой , где  – частота питающей сети, на выходе будут присутствовать 9, 15 и другие высшие гармоники, но удельное влияние их невелико. Кроме этого конденсатор  улучшает форму кривой выходного

напряжения, пропуская высшие гармоники. Конденсатор  способствует повышению коэффициента мощности. При наличии нагрузки в ней потечет ток третьей гармонической.



Он создает в сердечниках напряженность третьей гармонической, вследствие чего форма потока каждого сердечника приближается к синусоиде и снижается величина ЭДС третьей гармоники в выходных обмотках. Поэтому внешняя характеристика утроителя  – мягкая.

Утроитель однофазного тока имеет один насыщенный (без зазора) и другой ненасыщенный (с зазором) сердечники. Первичные обмотки соединены последовательно согласно, вторичные – последовательно встречно (рис. 3.5, а).

Во вторичной обмотке ненасыщенного сердечника наводятся ЭДС только первой гармонической, в обмотке насыщенного, кроме первой, наводятся ЭДС нечетных высших гармонических кратные трем. Первые гармоники взаимно компенсируются, и на выходе преобладает третья гармоническая. Внешняя характеристика этого преобразователя также мягкая. Кроме того, полной компенсации не происходит и обязательно в нагрузке присутствует составляющая первой гармоники.

Удвоители частоты выполняются на основе магнитного усилителя работающего в режиме свободного намагничивания (рис. 3.5, б). Вследствие наличия в обмотке постоянного тока  импульсов тока двойной частоты, в выходной обмотке  индуктируются ЭДС двойной частоты.

Эта же схема может работать как делитель частоты на два, если переменные напряжения подать на обмотку , а снимать напряжение с обмотки .

Умножители в 4, 6, 8, 9 образуются комбинацией из последовательно включенных удвоителей и утроителей частоты. При этом  и КПД преобразователя снижается.

Принципиально другой способ создания преобразователей частоты – резонансный – основан на выделении основных гармоник с помощью колебательных контуров, настроенных на соответствующие частоты. Существуют десятки различных схем умножения и деления частоты.