Параметрический трансформатор

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании параметрических трансформаторов повышенной частоты для источников вторичного электропитания. Цель изобретения повышение КПД, надежности параметрических трансформаторов и стабильности выходных напряжений. Параметрический трансформатор содержит составной магнитопровод, состоящий из трех участков 1, 2, 3, на первом из которых расположена входная (сетевая) обмотка 4, на втором выходная (резонансная) обмотка 5, подключенная выводами к конденсатору и образующая с ним резонансный контур. Выходная обмотка расположена на стержневом участке 7, сечение которого уменьшено до 4/5 сечения остальной части. На среднем стержне в броневой модификации магнитопровода выполнен паз, расположенный симметрично под выходной обмоткой. В другом варианте составной магнитопровод содержит ленточные рамки, расположенные по периметру крайних стержней и ярм. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к трансформаторным устройствам, выполняющим функции стабилизации, фильтрации, защиты от перегрузок и используемым во вторичных источниках питания низковольтных стабилизированных потребителей энергии.

Цель изобретения повышение КПД, надежности и стабильности выходного напряжения параметрического трансформатора.

На фиг.1-8 приведены различные варианты схемно-конструктивного исполнения параметрического трансформатора.

Трансформатор содержит составной магнитопровод броневого типа с тремя областями: входной 1, выходной 2 и шунтовой 3, входную обмотку 4, выходную (резонансную) обмотку 5, конденсатор 6. Выходная обмотка расположена на стержневом участке 7, сечение которого уменьшено до 4/5 остальной части.

На среднем стержне в одном варианте размещения на нем выходной обмотки выполнен паз 8 (фиг.3), расположенный на равном расстоянии от торцов обмотки с сечением, равным или меньшим 4/5 сечения остальной части стержня. Составной магнитопровод в другом варианте содержит ленточную рамку 9 (фиг.6), расположенную по периметру крайних стержней и ярм. Дополнительная ленточная рамка 10 расположена по периметру крайних стержней нижнего, ярма и симметрично по линии стыка входной и выходной областей с расположенными на среднем стержне обмотками (фиг.7).

Параметрический трансформатор работает следующим образом.

Под действием первичного напряжения во входной обмотке 4 в области 1 магнитопровода формируется магнитный поток. В месте стыка трех областей 1, 2 и 3 магнитный поток распределяется обратно пропорционально их магнитным сопротивлением. В итоге происходит шунтирование магнитного потока участком 3 до тех пор, пока он не войдет в насыщение.

В случае периодического насыщения третьего участка осуществляется модуляция индуктивности обмотки резонансного контура, что ведет к нарастанию колебаний в контуре за счет параметрической связи выхода с входом, при этом, рабочая точка второго участка магнитопровода по кривой намагничивания выходит на участок глубокого насыщения, что обуславливает эффект ограничения роста напряжения резонансного контура, т.е. эффективную его стабилизацию.

На фиг.1 и 2 приведена конструкция магнитопровода броневого типа, в которой на участке 1 расположены первичная обмотка 4, подключенная к сети с напряжением U₁, частотой f₁, резонансная обмотка, подключенная к конденсатору 6, а участок 3 периодически насыщается магнитным потоком первичной обмотки и вызывает периодическую модуляцию индуктивности обмотки резонансного контура, а вместе с этим и параметрическое возбуждение колебаний в контуре.

Нарастающий процесс возбуждения колебаний завершается вхождением в насыщение участка 2, что приводит к определенному росту потерь, так как участок 2 занимает значительную часть объема и массу всего магнитопровода. Поэтому в предложенной конструкции часть второго участка 7 под резонансной обмоткой выполнена меньшего сечения по отношению к сечению остальной части второго участка и всего магнитопровода в целом в том же отношении, что и магнитная индукция В₂ участка 2 к магнитной индукции насыщения В_нас.: S₇/S₂=B₂/B_нас 4/5, (1) где S₇ сечение части 7 второго участка; S₂ сечение остальной части участка 2 и сечение участка 1; В₁=В₂ рабочие значения магнитной индукции в участке 1 (для электротехнической стали на рабочую частоту 50 Гц примерно 1, 2 Т) и в большей части второго участка соответственно; В _нас магнитная индукция насыщения магнитного материала (для электротехнической стали в среднем 1,8 Т).

С уменьшением потерь в большей части второго участка (в 2,3 раза) магнитопровода возрастает КПД параметрического трансформатора на 10-15% Параметрический трансформатор имеет следующие преимущества: повышенный КПД, та как согласно формуле (1) потери сокращаются примерно в отношении В_нас²/В₂², снижается температура перегрева магнитопровода трансформатора, повышается надежность трансформатора за счет снижения температуры перегрева, повышается стабильность выходного напряжения за счет снижения температуры перегрева.

На фиг.3 представлен параметрический трансформатор, в котором в части 7 второго участка магнитопровода под резонансной обмоткой выполнен паз, равноудаленный от концов этой части второго участка, с сечением, равным или меньшим 4/5 сечения остальной части второго участка. Здесь за счет сокращения до минимума массы части 7 второго участка, работающего в режиме насыщения, достигается практически самый высокий КПД, близкий к КПД силового трансформатора.

На фиг.4 представлен параметрический трансформатор, в котором магнитопровод собран из Ш-образных пластин, а сечение части второго магнитопровода (среднего стержня), расположенного под резонансной обмоткой, равной или меньше 4/5 суммы сечений крайних стержней магнитопровода. Здесь, наряду с повышением КПД, обеспечивается повышение технологичности, увеличивается поверхность охлаждения, что очень важно для высокочастотных трансформаторов в целом.

На фиг.5 и 6 представлен параметрический трансформатор, в котором уменьшение сечения части 7 второго участка, pасположенной под резонансной обмоткой, достигается путем накладывания витой ленточной рамки, располагаемой по периметру и в торец магнитопровода типа ШЛ с одной или обеих сторон, с толщиной навивки, равной толщине навивки боковых стержней магнитопровода типа ШЛ, и с сечением части второго участка (среднего стержня), расположенной под резонансной обмоткой, равной или меньше 4/5 суммы сечений боковых стержней магнитопровода типа ШЛ, боковых сечений дополнительно накладываемой рамки. Здесь также достигается не только повышение КПД, но обеспечивается упрощение техпроцесса изготовления увеличивается поверхность охлаждения.

На фиг.7 представлен параметрический трансформатор, в котором уменьшение сечения части 7 второго участка, расположенной под резонансной обмоткой, достигается накладыванием витой ленточной рамки по периметру и в торец второго участка и симметрично границе раздела первого и второго участка выполняющего в этом месте одновременно функции третьего (шунтирующего) участка магнитной цепи параметрического трансформатора. При этом сечение части второго участка (среднего стержня магнитопровода типа ШЛ), расположенной под резонансной обмоткой, равно или меньше 4/5 суммы сечений боковых стержней магнитопровода типа ШЛ и накладываемой на них витой ленточной рамки, выполняющей в месте стыка первого и второго участков функции третьего шунтирующего участка параметрического трансформатора.

На фиг. 8 представлен параметрический трансформатор, в котором часть 7 второго участка, расположенная под резонансной обмоткой, выполнена в виде вставки из другого (по сравнению с остальной частью второго участка) магнитного материала с сечением, во столько раз меньшим или большим 4/5 сечения остальной части выходной области магнитопровода, во сколько раз магнитная индукция насыщения магнитного материала вставки под резонансной обмоткой меньше или больше магнитной индукции насыщения магнитного материала магнитопровода.

Характерным примером применения вставки из другого магнитного материала является необходимость использования феppитовых сердечников.

В целом все предложенные варианты для параметрического трансформатора обеспечивают уменьшение потерь, а значит и повышение его КПД, надежности, уменьшение температуры перегрева, повышение стабильности выходных напряжений, снижение стоимости его эксплуатации, а возможность разработки параметрических трансформаторов на более высокие частоты позволяет с учетом указанных выше многофункциональных свойств параметрических трансформаторов решать проблему комплексной миниатюризации источников вторичного электропитания, повышения их надежности, стойкости к помехам.

Формула изобретения

1. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР, содержащий составной магнитопровод с магнитным шунтом и обмотками, причем шунт делит магнитопровод на входную область, где расположена входная обмотка, и выходную, где расположена выходная резонансная обмотка с подключенным к ее выводам конденсатором, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, надежности и стабильности выходного напряжения, сечение выходной области магнитопровода, расположенной под обмоткой, составляет до 4/5 сечения ее остальной части.

2. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что в части второй области магнитопровода, расположенной под выходной резонансной обмоткой, введен паз, равноудаленный от концов этой части второй области с сечением, равным или меньшим 4/5 сечения остальной части второй области магнитопроводов.

3. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что составной магнитопровод собран из Ш-образных пластин, обмотки расположены на среднем стержне, а сечение стержня, расположенного под выходной обмоткой, выбрано равным или меньшим суммы сечений крайних стержней.

4. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что составной магнитопровод собран на основе ленточного броневого сердечника и витой ленточной рамки, расположенной по периметру крайних стержней и ярм.

5. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что составной магнитопровод собран на основе ленточного броневого сердечника и витой ленточной рамки, расположенной по периметру крайних стержней одного ярма и симметрично по линии стыка входной и выходной областей с расположенными на среднем стержне обмотками.

6. Трансформатор по п.1, отличающийся тем, что часть второй области магнитопровода, расположенная под резонансной обмоткой, выполнена в виде вставки из другого магнитного материала с сечением, во столько раз меньшим или большим 4/5 сечения остальной части второй области магнитопровода, во сколько раз магнитная индукция насыщения магнитного материала вставки под резонансной обмоткой меньше или больше магнитной индукции насыщения магнитного материала магнитопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8