Параметрический трансформатор

 

Использование: Полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована в качестве стабильного источника вторичного электропитания повышенной частоты. Техническим результатом предлагаемой модели является повышение выходного напряжения параметрического трансформатора, снижение температуры перегрева обмоток, повышение надежности и КПД. Сущность полезной модели: согласно полезной модели, в нижнем конце среднего участка, в месте стыка с одним из боковых участков имеется вставка из магнитного материала с пониженной индукцией насыщения, представляющая собой часть тороидального сердечника, на котором расположена первичная обмотка, при этом, выходная обмотка выполнена отдельно от резонансной и разделена на две равные части, соединенные последовательно-встречно, и размещена на боковых участках магнитопровода, а резонансная обмотка расположена на среднем участке магнитопровода.

Полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована в качестве стабильного источника вторичного электропитания повышенной частоты.

Параметрический трансформатор является низкочастотным индуктивным параметрическим генератором с некоторыми свойствами обычного силового трансформатора. Он выполняет одновременно функции: трансформации, стабилизации напряжения, защиты от перегрузок, двусторонней фильтрации, конвертирования одной фазы в три и обратно.

Однако, многие приведенные в книге конструкции или не отражают их функциональное назначение, или в них не обозначены все элементы конструкции, что делает невозможным их понимание. Например, схемы управляемых трансформаторов на рис.1.2, 1.5, 1.6 стр.13-18 не имеют управляющих обмоток, что с одной стороны делает их похожими на параметрические трансформаторы, с другой стороны затрудняет понимание их принципа действия.

Наиболее близким к предлагаемому является параметрический трансформатор, (в патенте RU 2040058, H01F 27/28, G05F 3/06, 20.07.1995 г.), конструкция, которого содержит составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков и среднего участка, входной (первичной сетевой) обмотки, выходной обмотки, подключенная выводами к конденсатору и образующая с ним резонансный контур. Первичная обмотка, расположенная на одном из боковых участков, подключена к сети с напряжением U1, частотой fl, на другом боковом участке, расположена выходная резонансная обмотка, подключенная к конденсатору, средний участок периодически насыщается магнитным потоком первичной обмотки и вызывает периодическую модуляцию индуктивности обмотки резонансного контура, а вместе с этим и параметрическое возбуждение колебаний в контуре.

Недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа, является понижение величины выходного напряжения при увеличении тока нагрузки, что приводит к повышению температуры перегрева обмоток и уменьшению надежности устройства и КПД параметрического трансформатора.

Техническим результатом предлагаемой модели является повышение выходного напряжения параметрического трансформатора, снижение температуры перегрева обмоток, повышение надежности и КПД.

Технический результат достигается тем, что параметрический трансформатор, содержащий составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков и среднего участка, входной (первичной сетевой) обмотки, подключенной к сети с напряжением U1, частотой fl, выходной обмотки, резонансной обмотки, подключенной выводами к конденсатору и образующей с ним резонансный контур, согласно полезной модели, в нижнем конце среднего участка, в месте стыка с одним из боковых участков выполнена вставка из магнитного материала с пониженной индукцией насыщения, представляющая собой часть тороидального сердечника, на котором расположена первичная обмотка, при этом, выходная обмотка выполнена отдельно от резонансной и разделена на две равные части, соединенные последовательно-встречно, и размещена на боковых участках магнитопровода, а резонансная обмотка расположена на среднем участке магнитопровода.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 показана конструкция параметрического трансформатора. На фиг.2 показаны нагрузочные характеристики прототипа (кривая 1) и предлагаемого параметрического трансформатора (кривая 2).

Параметрический трансформатор содержит составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков 1, 2 и среднего участка 3, входной (первичной сетевой) обмотки 4, подключенной к сети с напряжением U1, частотой f1, выходной обмотки 5, резонансной обмотки 6, подключенной выводами к конденсатору 7 и образующей с ним резонансный контур, согласно полезной модели, в нижнем конце среднего участка 3, в месте стыка с одним из боковых участков 2 выполнена вставка 8 из магнитного материала с пониженной индукцией насыщения, представляющая собой часть тороидального сердечника 9, на котором расположена первичная обмотка 4, при этом, выходная обмотка 5 выполнена отдельно от резонансной 6 и разделена на две равные части, соединенные последовательно-встречно, и размещена на боковых участках 1, 2 магнитопровода, а резонансная обмотка 6 расположена на среднем участке 3 магнитопровода.

Принцип работы параметрического трансформатора основан на возникновении периодических колебаний в колебательном контуре при периодическом изменение какого-либо параметра, в частности индуктивности обмотки колебательного контура. Это осуществляется периодическим насыщением части участка магнитопровода, на котором расположена соответствующая обмотка. Эффективность преобразования энергии зависит от величины изменения индуктивности L обмотки (или глубины модуляции m). Под действием тока первичной обмотки 4 тороидальный сердечник 9 периодически насыщается, насыщается и вставка 8, являющаяся общей частью тороидального сердечника 9 и среднего участка 3, на котором расположена резонансная обмотка 6. В результате периодического насыщения вставки 8 изменяется магнитное сопротивление всего среднего участка 3, что приводит периодическому изменению (модуляции) индуктивности резонансной обмотки 6, и в цепи резонансной обмотки 6 возбуждаются параметрические колебания с частотой входного сигнала. Поскольку средний участок 3 является общей частью первичной и вторичной магнитных цепей, то по принципу трансформаторной ЭДС наводятся и в выходных обмотках 5.

Предлагаемая конструкция параметрического трансформатора позволяет повысить приращение индуктивности L, тем самым повысить амплитуду выходного напряжения. Это достигается следующим образом. Как было показано выше под действием первичного напряжения в первичной обмотке 4, расположенной на тороидальном сердечнике 9, формируется магнитный поток.

В месте стыка трех участков 8, 2 и 3 магнитный поток распределяется обратно пропорционально их магнитным сопротивлением. Если основной магнитопровод выполнен из электротехнической стали, а тороидальный сердечник из феррита, то величина приращения индуктивности резонансной обмотки 6 в процессе периодического насыщения вставки 8 увеличивается за счет уменьшенной индукции насыщения вставки 8 (Bнас8 ) по отношению к индукции насыщения среднего участка 3, т.к. магнитная индукция насыщения Внас магнитного материала для электротехнической стали в среднем составляет 1,8 Т, а индукция насыщения ферритов составляет приблизительно 10-15% от индукции насыщения электротехнической стали. При этом величина магнитного сопротивления цепи резонансной обмотки и амплитуда выходных колебаний увеличивается на 10-15%, по сравнению с прототипом, конструкция, которого полностью выполнена из электротехнической стали. При этом на столько же возрастает и КПД устройства.

Кроме того, поскольку масса вставки 8 среднего участка 3, работающая в режиме насыщения, снижена до минимума, и свойства ферромагнитного материала тороидальном сердечнике 9 и соответственно вставки 8, как было указано выше, позволяют получить более низкую индукцию насыщения, это приводит к сокращению потерь примерно в том же соотношении (10-15%). В связи с этим, суммарный КПД устройства по сравнению с прототипом повысится до 20-30% и будет сравним с КПД силового высокочастотного трансформатора.

Раздельное выполнение резонансной 6 и выходной обмотки 5 позволяет получить следующее: активное сопротивление резонансной обмотки можно выполнить минимальным, т.е она должна иметь минимально возможное число витков. Это приводит к повышению добротности резонансного контура и увеличению стабильности колебаний при больших нагрузках, не уменьшая выходное напряжение, величина которого определяется коэффициентом трансформации выходной обмотки по отношению к резонансной. Благодаря этому улучшается устойчивость колебаний LC контура резонансной обмотки 6 в области больших нагрузок параметрического трансформатора, и вид нагрузочной характеристики приближается к, идеальному (фиг.2, кривая 2) по сравнению с прототипом (фиг.2, кривая 1). Кроме того, при соединении вторичных обмоток последовательно и встречно происходит частичная компенсация параметров нагрузки, а именно уменьшается размагничивающее влияние вторичного потока нагрузки на первичный.

Предлагаемая конструкция параметрического трансформатора приводит к увеличению поверхности охлаждения насыщаемого среднего участка 3, за счет того, что вставка 8 принадлежит тороидальному сердечнику 9, что в целом снижает температуру перегрева всего магнитопровода параметрического трансформатора и повышает надежность параметрического трансформатора.

Таким образом, предлагаемая конструкция параметрического трансформатора имеет повышенное выходное напряжение и повышенный КПД по сравнению с прототипом, за счет введения вставки из материала, имеющего пониженную индукцию насыщения по сравнению с основным магнитопроводом и введением дополнительной потоковой связи между первичной и выходными обмотками; повышенную стабильность и устойчивость колебаний при повышенных нагрузках при постоянстве выходного напряжения из-за последовательно-встречного соединения выходных обмоток на боковых участках и увеличения глубины модуляции (увеличение L за счет уменьшения индукции насыщения вставки 8); повышенную надежность за счет уменьшения температуры перегрева обмоток в связи с увеличением поверхности охлаждения всей конструкции.

Параметрический трансформатор, содержащий составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков и среднего участка, входной обмотки, подключенной к сети с напряжением U1 частотой f1, выходной обмотки, резонансной обмотки, подключенной выводами к конденсатору и образующей с ним резонансный контур, отличающийся тем, что в нижнем конце среднего участка, в месте стыка с одним из боковых участков выполнена вставка из магнитного материала с пониженной индукцией насыщения, представляющая собой часть тороидального сердечника, на котором расположена первичная обмотка, при этом выходная обмотка выполнена отдельно от резонансной и разделена на две равные части, соединенные последовательно-встречно, и размещена на боковых участках магнитопровода, а резонансная обмотка расположена на среднем участке магнитопровода.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к преобразовательной технике и предназначено для преобразования постоянного напряжения низкого уровня в переменное напряжение синусоидальной формы высокого уровня, и может быть использовано в источниках бесперебойного питания, в автомобильной технике и в устройствах автоматики

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, и может быть использована в электроэнергетике, связанной с криогенной электротехникой.

Изобретение относится к области трансформаторостроения и может быть использовано в различных электротехнических системах, в основе которых в качестве преобразователей переменного тока (напряжения) применяются трехфазные трансформаторы (Тр)

Полезная модель относится к области электрических трансформаторов, преобразователей энергии и может быть использовано в качестве трансформатора в науке, связи, промышленности и других применениях
Наверх