The Selecting of Multifunctional Transformer Parameters
Keywords:
ferromagnetic frequency multiplier, multifunctional transformer, an electrotechnological installation power supply source
Abstract
The article considers power supply sources for electrotechnological installations involving induction heating, which include semiconductor converters for producing sine-wave and rectangular voltage pulses, in particular, symmetrical bridge and half-bridge circuits, as well as ferromagnetic frequency multipliers with an even frequency multiplication ratio.
Methods for increasing the frequency by a factor of two and four by means of multifunctional transformers are investigated taking as an example their connection to converters with sine-wave and rectangular output signals. Graphic dependencies of the voltages across the winding terminals and fluxes in the multifunctional transformer core when being energized by signals with the above-mentioned waveforms are presented, which confirm that the output signal waveform across the load does not depend on the signal waveform applied to the multifunction transformer.
The advantages of using a combination of cascade-connected semiconductor and ferromagnetic frequency multipliers are described. The working processes occurring in the system during its operation with different durations of the multifunctional transformer core saturation intervals are analyzed. A technique for parametrically synthesizing a ferromagnetic frequency converter using an approximate harmonic analysis (the Bessel method) is given. The article presents basic correlations for determining the converter electromagnetic parameters with the use of a hyperbolic sine approximation, namely, the amplitudes of the second and fourth induction harmonic components in the idle mode and for operation with a series and/or shunt capacitive compensation capacitor, and the induction component from the bias winding. The current through the compensating capacitor is calculated, and its capacitance is determined. Brief conclusions from the study results are formulated.
References
1. Лебедев А.В. Выбор источников питания для индукционного нагрева [Электрон. ресурс] http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/Induction_heating_source.pdf (дата обращения 14.01.2018).
2. Белкин А.К., Костюкова Т.П., Рогинская Л.Э., Шуляк А.А. Тиристорные преобразователи частоты. М.: Энергоатомиздат, 2000.
3. Алексанян А.А. и др. Мощные транзисторные устройства повышенной частоты. Л.: Энергоатомиздат, 1989.
4. Обрусник В.П., Шадрин Г.А. Магнитно-полупроводниковые регулирующие органы и умножители частоты. Томск: ТУСУР, 2013.
5. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.
6. Белкин А.К. и др. Элементы индукционных установок. М.: Энергоатомиздат, 2007.
7. Сончик Л.И. Трансформаторные преобразователи частоты с витым магнитопроводом пространственной конструкции: aвтореф. дис. … канд. техн. наук. Минск: Изд-во Белорусского политехн. ин-та, 1984.
8. Атрашкевич П.В. Перспективный преобразователь сети 400 Гц // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2015. С. 7—13.
9. Атрашкевич П.В., Коптяев Е.Н. Преобразователь частоты для питания корабельных спецпотребителей // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2016. С. 23—31.
10. Атрашкевич П.В., Балашевич В.М., Ивлев М.Л., Коптяев Е.Н. О повышении эффективности ферромагнитного умножителя частоты // Электричество. 2017. № 8. С. 29—35.
11. Рогинская Л.Э., Исмагилов Р.Р., Рахманова Ю.В. Согласование выходных параметров инвертора для индукционного нагрева с параметрами нагрузки с помощью ферромагнитного умножителя частоты // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. № 2. Т. 9. С. 12—17.
12. Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р. Расширение частотного диапазона полупроводникового преобразователя на базе многофункциональных трансформаторов // Практическая силовая электроника. 2015. № 2 (58). С. 41—45.
13. Пат. № 2592864 РФ. Способ умножения частоты и устройство для его осуществления / П.В. Атрашкевич и др. // Бюлл. изобрет. 2016. № 21.
14. Рогинская Л.Э., Горбунов А.С. Расчет электромагнитного поля в комплексных электротехнологических установках для индукционного нагрева // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18. № 2 (63). С. 61—68.
15. Горбунов А.С. Моделирование преобразовательных устройств с многофазными трансформаторами в пакете Matlab // Образование и наука. Cовременное состояние и перспективы развития: Сб. науч. Трудов по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. С. 41—43.
16. Горбунов А.С. Особенности имитационного моделирования трехфазных трансформаторов, работающих на нелинейную (выпрямительную) нагрузку // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2013. С. 243—247.
17. Гайнетдинов Т.А. Индукторно-трансформаторный комплекс для высокочастотной термообработки материалов (разработка и исследование): автореф. дис. … канд. техн. наук. Уфа: Изд-во Уфимского гос. авиац. техн. ун-та, 2010.
18. Горбунов А.С., Каримов Р.Д. Применение многофазных выпрямительных трансформаторов в электротехнологических установках // Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. № 8 (1). С. 112—115.
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Бамдас А.М., Блинов И.В., Захаров Н.В., Шапиро С.В. Ферромагнитные умножители частоты. М.: Энергия, 1968.
---
Для цитирования: Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р., Меднов А.А. Выбор параметров многофункционального трансформатора // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 61—68. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
#
1. Lebedev A.V. Vybor Istochnikov Pitaniya dlya Induktsionnogo Nagreva [Elektron. Resurs] http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/Induction_heating_source.pdf (Data Obrashcheniya 14.01.2018). (in Russian).
2. Belkin A.K., Kostyukova T.P., Roginskaya L.E., Shulyak A.A. Tiristornye Preobrazovateli Chastoty. M.: Energoatomizdat, 2000. (in Russian).
3. Aleksanyan A.A. i dr. Moshchnye Tranzistornye Ustroystva Povyshennoy Chastoty. L.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
4. Obrusnik V.P., Shadrin G.A. Magnitno-poluprovodnikovye Reguliruyushchie Organy i Umnozhiteli Chastoty. Tomsk: TUSUR, 2013. (in Russian).
5. Meleshin V.I. Tranzistornaya Preobrazovatel'naya Tekhnika. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
6. Belkin A.K. i dr. Elementy Induktsionnyh Ustanovok. M.: Energoatomizdat, 2007. (in Russian).
7. Sonchik L.I. Transformatornye Preobrazovateli Chastoty s Vitym Magnitoprovodom Prostranstvennoy Konstruktsii: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Minsk: Izd-vo Belorusskogo Politekhn. In-ta, 1984. (in Russian).
8. Atrashkevich P.V. Perspektivnyy Preobrazovatel' Seti 400 Gts. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2015:7—13. (in Russian).
9. Atrashkevich P.V., Koptyaev E.N. Preobrazovatel' Chastoty dlya Pitaniya Korabel'nyh Spetspotrebiteley. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2016:23—31. (in Russian).
10. Atrashkevich P.V., Balashevich V.M., Ivlev M.L., Koptyaev E.N. O Povyshenii Effektivnosti Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrichestvo. 2017;8: 29—35. (in Russian).
11. Roginskaya L.E., Ismagilov R.R., Rahmanova Yu.V. Soglasovanie Vyhodnyh Parametrov Invertora dlya Induktsionnogo Nagreva s Parametrami Nagruzki s Pomoshch'yu Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrotekhnicheskie i Informatsionnye Kompleksy i Sistemy. 2013;2;9:12—17. (in Russian).
12. Roginskaya L.E., Latypov A.R. Rasshirenie Chastotnogo Diapazona Poluprovodnikovogo Preobrazovatelya na Baze Mnogofunktsional'nyh Transformatorov. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2015;2 (58):41—45. (in Russian).
13. Pat. № 2592864 RF. Sposob Umnozheniya Chastoty i Ustroystvo dlya Ego Osushchestvleniya / P.V. Atrashkevich i dr.. Byull. izobret. 2016;21. (in Russian).
14. Roginskaya L.E., Gorbunov A.S. Raschet Elektromagnitnogo Polya v Kompleksnyh Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah dlya Induktsionnogo Nagreva. Vestnik UGATU. 2014;18;2 (63):61—68. (in Russian).
15. Gorbunov A.S. Modelirovanie Preobrazovatel'nyh Ustroystv s Mnogofaznymi Transformatorami v Pakete Matlab. Obrazovanie i Nauka. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya: Sb. Nauch. Trudov po Materialam Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Tambov: OOO «Konsaltingovaya Kompaniya Yukom», 2015:41—43. (in Russian).
16. Gorbunov A.S. Osobennosti Imitatsionnogo Modelirovaniya Trekhfaznyh Transformatorov, Rabotayushchih na Nelineynuyu (Vypryamitel'nuyu) Nagruzku. Elektrotekhnicheskie Kompleksy i Sistemy: Mezhvuzovskiy Nauch. Sb. Ufa: UGATU, 2013:243—247. (in Russian).
17. Gaynetdinov T.A. Induktorno-transformatornyy Kompleks dlya Vysokochastotnoy Termoobrabotki Materialov (Razrabotka i Issledovanie): Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Ufa: Izd-Vo Ufimskogo Gos. Aviats. Tekhn. Un-ta, 2010. (in Russian).
18. Gorbunov A.S., Karimov R.D. Primenenie Mnogofaznyh Vypryamitel'nyh Transformatorov v Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah. Sovremennye Tendentsii Razvitiya Nauki i Tekhnologiy. 2015;8 (1):112—115.(in Russian).
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Bamdas A.M., Blinov I.V., Zaharov N.V., Shapiro S.V. Ferromagnitnye Umnozhiteli Chastoty. M.: Energiya, 1968. (in Russian).
---
For citation: Roginskaya L.E., Latypov A.R., Mednov A.A. The Selecting of Multifunctional Transformer Parameters. MPEI Vestnik. 2019;1:61—68. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
2. Белкин А.К., Костюкова Т.П., Рогинская Л.Э., Шуляк А.А. Тиристорные преобразователи частоты. М.: Энергоатомиздат, 2000.
3. Алексанян А.А. и др. Мощные транзисторные устройства повышенной частоты. Л.: Энергоатомиздат, 1989.
4. Обрусник В.П., Шадрин Г.А. Магнитно-полупроводниковые регулирующие органы и умножители частоты. Томск: ТУСУР, 2013.
5. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005.
6. Белкин А.К. и др. Элементы индукционных установок. М.: Энергоатомиздат, 2007.
7. Сончик Л.И. Трансформаторные преобразователи частоты с витым магнитопроводом пространственной конструкции: aвтореф. дис. … канд. техн. наук. Минск: Изд-во Белорусского политехн. ин-та, 1984.
8. Атрашкевич П.В. Перспективный преобразователь сети 400 Гц // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2015. С. 7—13.
9. Атрашкевич П.В., Коптяев Е.Н. Преобразователь частоты для питания корабельных спецпотребителей // Взгляд в будущее: Сб. докладов Молодежной науч.-техн. конф. СПб.: Изд-во ОАО «ЦЛБ МТ «Рубин», 2016. С. 23—31.
10. Атрашкевич П.В., Балашевич В.М., Ивлев М.Л., Коптяев Е.Н. О повышении эффективности ферромагнитного умножителя частоты // Электричество. 2017. № 8. С. 29—35.
11. Рогинская Л.Э., Исмагилов Р.Р., Рахманова Ю.В. Согласование выходных параметров инвертора для индукционного нагрева с параметрами нагрузки с помощью ферромагнитного умножителя частоты // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2013. № 2. Т. 9. С. 12—17.
12. Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р. Расширение частотного диапазона полупроводникового преобразователя на базе многофункциональных трансформаторов // Практическая силовая электроника. 2015. № 2 (58). С. 41—45.
13. Пат. № 2592864 РФ. Способ умножения частоты и устройство для его осуществления / П.В. Атрашкевич и др. // Бюлл. изобрет. 2016. № 21.
14. Рогинская Л.Э., Горбунов А.С. Расчет электромагнитного поля в комплексных электротехнологических установках для индукционного нагрева // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18. № 2 (63). С. 61—68.
15. Горбунов А.С. Моделирование преобразовательных устройств с многофазными трансформаторами в пакете Matlab // Образование и наука. Cовременное состояние и перспективы развития: Сб. науч. Трудов по материалам Междунар. науч.-практ. конф. Тамбов ООО «Консалтинговая компания Юком», 2015. С. 41—43.
16. Горбунов А.С. Особенности имитационного моделирования трехфазных трансформаторов, работающих на нелинейную (выпрямительную) нагрузку // Электротехнические комплексы и системы: Межвузовский науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2013. С. 243—247.
17. Гайнетдинов Т.А. Индукторно-трансформаторный комплекс для высокочастотной термообработки материалов (разработка и исследование): автореф. дис. … канд. техн. наук. Уфа: Изд-во Уфимского гос. авиац. техн. ун-та, 2010.
18. Горбунов А.С., Каримов Р.Д. Применение многофазных выпрямительных трансформаторов в электротехнологических установках // Современные тенденции развития науки и технологий. 2015. № 8 (1). С. 112—115.
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Бамдас А.М., Блинов И.В., Захаров Н.В., Шапиро С.В. Ферромагнитные умножители частоты. М.: Энергия, 1968.
---
Для цитирования: Рогинская Л.Э., Латыпов А.Р., Меднов А.А. Выбор параметров многофункционального трансформатора // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 61—68. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
#
1. Lebedev A.V. Vybor Istochnikov Pitaniya dlya Induktsionnogo Nagreva [Elektron. Resurs] http://fetmag.mrsu.ru/2009-2/pdf/Induction_heating_source.pdf (Data Obrashcheniya 14.01.2018). (in Russian).
2. Belkin A.K., Kostyukova T.P., Roginskaya L.E., Shulyak A.A. Tiristornye Preobrazovateli Chastoty. M.: Energoatomizdat, 2000. (in Russian).
3. Aleksanyan A.A. i dr. Moshchnye Tranzistornye Ustroystva Povyshennoy Chastoty. L.: Energoatomizdat, 1989. (in Russian).
4. Obrusnik V.P., Shadrin G.A. Magnitno-poluprovodnikovye Reguliruyushchie Organy i Umnozhiteli Chastoty. Tomsk: TUSUR, 2013. (in Russian).
5. Meleshin V.I. Tranzistornaya Preobrazovatel'naya Tekhnika. M.: Tekhnosfera, 2005. (in Russian).
6. Belkin A.K. i dr. Elementy Induktsionnyh Ustanovok. M.: Energoatomizdat, 2007. (in Russian).
7. Sonchik L.I. Transformatornye Preobrazovateli Chastoty s Vitym Magnitoprovodom Prostranstvennoy Konstruktsii: Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Minsk: Izd-vo Belorusskogo Politekhn. In-ta, 1984. (in Russian).
8. Atrashkevich P.V. Perspektivnyy Preobrazovatel' Seti 400 Gts. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2015:7—13. (in Russian).
9. Atrashkevich P.V., Koptyaev E.N. Preobrazovatel' Chastoty dlya Pitaniya Korabel'nyh Spetspotrebiteley. Vzglyad v Budushchee: Sb. Dokladov Molodezhnoy Nauch.-tekhn. Konf. SPb.: Izd-vo OAO «TSLB MT «Rubin», 2016:23—31. (in Russian).
10. Atrashkevich P.V., Balashevich V.M., Ivlev M.L., Koptyaev E.N. O Povyshenii Effektivnosti Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrichestvo. 2017;8: 29—35. (in Russian).
11. Roginskaya L.E., Ismagilov R.R., Rahmanova Yu.V. Soglasovanie Vyhodnyh Parametrov Invertora dlya Induktsionnogo Nagreva s Parametrami Nagruzki s Pomoshch'yu Ferromagnitnogo Umnozhitelya Chastoty. Elektrotekhnicheskie i Informatsionnye Kompleksy i Sistemy. 2013;2;9:12—17. (in Russian).
12. Roginskaya L.E., Latypov A.R. Rasshirenie Chastotnogo Diapazona Poluprovodnikovogo Preobrazovatelya na Baze Mnogofunktsional'nyh Transformatorov. Prakticheskaya Silovaya Elektronika. 2015;2 (58):41—45. (in Russian).
13. Pat. № 2592864 RF. Sposob Umnozheniya Chastoty i Ustroystvo dlya Ego Osushchestvleniya / P.V. Atrashkevich i dr.. Byull. izobret. 2016;21. (in Russian).
14. Roginskaya L.E., Gorbunov A.S. Raschet Elektromagnitnogo Polya v Kompleksnyh Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah dlya Induktsionnogo Nagreva. Vestnik UGATU. 2014;18;2 (63):61—68. (in Russian).
15. Gorbunov A.S. Modelirovanie Preobrazovatel'nyh Ustroystv s Mnogofaznymi Transformatorami v Pakete Matlab. Obrazovanie i Nauka. Sovremennoe Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya: Sb. Nauch. Trudov po Materialam Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Tambov: OOO «Konsaltingovaya Kompaniya Yukom», 2015:41—43. (in Russian).
16. Gorbunov A.S. Osobennosti Imitatsionnogo Modelirovaniya Trekhfaznyh Transformatorov, Rabotayushchih na Nelineynuyu (Vypryamitel'nuyu) Nagruzku. Elektrotekhnicheskie Kompleksy i Sistemy: Mezhvuzovskiy Nauch. Sb. Ufa: UGATU, 2013:243—247. (in Russian).
17. Gaynetdinov T.A. Induktorno-transformatornyy Kompleks dlya Vysokochastotnoy Termoobrabotki Materialov (Razrabotka i Issledovanie): Avtoref. Dis. … Kand. Tekhn. Nauk. Ufa: Izd-Vo Ufimskogo Gos. Aviats. Tekhn. Un-ta, 2010. (in Russian).
18. Gorbunov A.S., Karimov R.D. Primenenie Mnogofaznyh Vypryamitel'nyh Transformatorov v Elektrotekhnologicheskih Ustanovkah. Sovremennye Tendentsii Razvitiya Nauki i Tekhnologiy. 2015;8 (1):112—115.(in Russian).
19. Totten G.E. Steel Heat Treatment: Equipment and Process Design. Portland: CRC Press, 2007.
20. Bamdas A.M., Blinov I.V., Zaharov N.V., Shapiro S.V. Ferromagnitnye Umnozhiteli Chastoty. M.: Energiya, 1968. (in Russian).
---
For citation: Roginskaya L.E., Latypov A.R., Mednov A.A. The Selecting of Multifunctional Transformer Parameters. MPEI Vestnik. 2019;1:61—68. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-1-61-68.
Published
2018-02-27
Issue
Section
Electrical Complex and Systems (05.09.03)
