С использованием трансформаторов выполняют схемы для удвоения и утроения частоты питающего напряжения.
Удвоитель частоты
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.
Схема удвоителя частоты
Рис. 1
В каждом магнитопроводе МДС, создаваемая этой обмоткой, равна F0. В правом квадранте на рисунке 2 построены магнитные характеристики Фα=f(i1) и Фβ=f(i1) магнитопроводов с учетом действия МДС F0. Там же показана зависимость суммарного магнитного потока Фα+ Фβ от тока первичной обмотки i1. Магнитный поток Фα+Фβ=Ф сцеплен с первичной обмоткой и наводит в ней ЭДС e1 (эта ЭДС практически равна и направлена противоположно приложенному напряжению u1).
Определение формы кривой вторичного напряжения удвоителя частоты
Рис. 2
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 (Фα — Фβ). Зависимость (Фα — Фβ) = f(i1) также показана на рис. 2.
Если к первичной обмотке приложить синусоидальное напряжение u1, то магнитный поток Ф = Фα+Фβ будет практически синусоидальным и изменяться во времени с частотой f1 (левый квадрант на рис. 2). Изменение во времени магнитного потока, сцепленного со вторичной обмоткой (Фα — Фβ), 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(Фα — Фβ)/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.
Утроитель частоты
Утроитель частоты состоит из трех однофазных трансформаторов, работающих при сильно насыщенном сердечнике.
Схема утроителя частоты
Рис. 3
Первичные обмотки соединены «звездой», а вторичные — последовательно. Как известно, намагничивающий ток имеет сложную форму кривой и помимо основной гармонической составляющей имеет третью, изменяющуюся с частотой f3 = 3f1.
При соединении первичной обмотки «звездой» токи основной гармоники уравновешиваются, и под действием третьей гармоники магнитный поток наводит во вторичной обмотке напряжение, изменяющееся с тройной частотой.