Магнитный усилитель Российский патент 2018 года по МПК H03K3/00 H03F9/00 

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в различных отраслях техники в качестве электрического генератора.

Известен простейший магнитный усилитель, содержащий замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник намагничивающей силы (н.с.) для его подмагничивания в виде второй обмотки на замкнутом магнитопроводе, подключенной к источнику постоянного напряжения через дополнительную индуктивность (В.П. Миловзоров. Электромагнитные устройства автоматики. Изд. четвертое, М.: Высшая школа, 1983, стр. 34).

Известен также магнитный усилитель, используемый в качестве стабилизатора тока при изменении напряжения сети переменного тока в широких пределах. Он содержит замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания в виде постоянного магнита, полюса которого установлены на противостоящих друг к другу участках указанного магнитпровода (В.П. Миловзоров. Электромагнитные устройства автоматики. Изд. четвертое, М.: Высшая школа, 1983, стр. 114-115).

К недостатку рассмотренного магнитного усилителя можно отнести то, что он не может быть использован в качестве электрического генератора.

Целю настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей рассмотренного магнитного усилителя.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитном усилителе, содержащем замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания, источник н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода выполнен в виде одного или нескольких постоянных магнитов или электромагнитов, каждый из которых одним полюсом установлен на ярме П-образного магнитопровода между его сердечниками, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе вдоль его магнитной линии, при этом на сердечниках П-образного магнитопровода размещены обмотки, а полюс постоянного магнита или электромагнита, установленный на ярме П-образного магнитопровода, преимущественно размещен на нем со стороны торцевой или наружной его поверхности, а второй его полюс, установленный на замкнутом магнитопроводе, размещен на нем на одной из торцевых или боковых его поверхностей, параллельной торцевым поверхностям П-образного магнитопровода.

Анализ известных технических решений (аналогов) среди электромагнитных устройств с использованием электрических и магнитных средств позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с отличительными признаками в заявленном магнитном усилителе, и признать заявляемое решение соответствующим критерию «существенные отличия».

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 схематически показан общий вид предлагаемого магнитного усилителя в исходном его положении;

На фиг. 2 приведена электрическая схема замещения магнитной цепи предлагаемого магнитного усилителя;

На фиг. 3 показано направление магнитных потоков, развиваемых постоянным магнитом и рабочей обмоткой для положительного полупериода изменения в ней тока.

Магнитный усилитель (фиг. 1) включает в себя замкнутый магнитопровод 1 с рабочей обмоткой 2 и источник н.с. для его подмагничивания в виде постоянного магнита 3 с полюсными наконечниками 4 и 5, установленный одним полюсом на ярме 6 П-образного магнитопровода между его сердечниками 7 и 8, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников 7 и 8 П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе 1 вдоль его магнитной линии.

На сердечниках 7,8 П-образного магнитопровода размещены обмотки 9,10.

С целью обеспечения намотки большего числа витков в обмотках 9,10 при ограниченных размерах замкнутого магнитопровода 1 источник н.с. - постоянный магнит 3, вынесен из зоны между сердечниками 7, 8 П-образного магнитопровода и один его полюс посредством полюсного наконечника 4 размещен на ярме 6 П-образного магнитопровода со стороны торцевой его поверхности, а второй его полюс посредством полюсного наконечника 5 размещен на замкнутом магнитопроводе 1 со стороны торцевой его поверхности, параллельной торцевым поверхностям П-образного магнитопровода.

Возможна конструкция усилителя, в которой полюсный наконечник 4 может быть размещен на внешней поверхности ярма 6 П-образного магнитопровода.

Возможна также конструкция усилителя, в которой в качестве источника н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода 1 вместо постоянно магнита 3 может быть использован электромагнит.

Возможна также конструкция усилителя, в которой постоянный магнит 3 или электромагнит могут быть размещены непосредственно в зоне между сердечниками 7 и 8 П-образного магнитопровода. Но такая конструкция возможна только про небольшом числе витков обмоток 9 и 10.

Возможны также конструкции усилителей, в которых источник н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода может быть выполнен в виде двух и более постоянных магнитов или электромагнитов, каждый из которых в соответствии с фиг. 1 одним полюсом установлен на ярме П-образного магнитопровода между его сердечниками, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе вдоль его магнитной линии, при этом на сердечниках П-образного магнитопровода размещены обмотки.

Магнитный поток Ф₀, развиваемый постоянным магнитом 3, разветвляется на два потока (фиг. 1). Один из них Ф₁ проходит через один (левый) контур по левой половине П-образного магнитопровода от полюсного наконечника 4 до полюса сердечника 7 и далее по участку замкнутого магнитопровода 1 до полюсного наконечника 5.

Другой поток Ф₂ проходит через второй (правый) контур по правой половине П-образного магнитопровода от полюсного наконечника 4 до полюса сердечника 8 и далее по участку замкнутого магнитопровода 1 до полюсного наконечника 5.

В соответствии с электрической схемой замещения магнитный цепи усилителя на фиг. 2 и вторым законом Кирхгофа

где R₁ - магнитное сопротивление участка замкнутого магнитопровода 1, ограниченного полюсами сердечника 7 П-образного магнитопровода и полюсного наконечника 5,

R₂ - магнитное сопротивление участка замкнутого магнитопровода 1, ограниченного полюсами сердечника 8 П-образного магнитопровода и полюсного наконечника 5.

В исходном положении магнитного усилителя, когда его рабочая обмотка 2 не подключена к источнику переменного напряжения,

т.к. замкнутый магнитопровод выполнен с поперечным сечением постоянным по всей длине его магнитной линии. Поэтому

При включении магнитного усилителя - подключении рабочей обмотки 2 к источнику переменного напряжения по участкам замкнутого магнитопровода 1, ограниченного полюсами сердечников 7 и 8 П-образного магнитопровода и полюсного наконечника 5, одновременно протекают магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ от постоянного магнита 3 (фиг. 3), а также переменный магнитный поток Ф_р, изменяющийся по синусоидальному закону

где Ф_m - амплитудное значение потока, образованного рабочей обмоткой 2, при прохождении через нее переменного тока.

Для положительных полупериодов изменения тока в рабочей обмотке 2, как показано на фиг. 3, магнитные потоки Ф₁ и Ф_p суммируются, а магнитные потоки Ф₂ и Ф_р вычитаются, в результате чего магнитное сопротивление R₂ уменьшается, а магнитное сопротивление R₁ увеличивается.

Для отрицательных полупериодов изменения тока в рабочей обмотке 2 магнитный поток Ф_р меняет свое направление на обратное и магнитные потоки Ф₂ и Ф_р суммируются, а магнитные потоки Ф₁ и Ф_р вычитаются, в результате чего магнитное сопротивление R₂ увеличивается, а магнитное сопротивление R₁ уменьшается.

Так как магнитные сопротивления R₁ и R₂ при работе усилителя являются переменными величинами, то и магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ в соответствии с выражениями (1) и (2) являются переменными величинами. Вследствие того что магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, проходящие через сердечники 6 и 7 П-образного магнитопровода, переменные, то в каждой из обмоток 9 и 10, размещенных на них, наводится э.д.с., равная

где Ф - магнитный поток, проходящий через сердечник П-образного магнитопровода;

f - частота синусоидального тока, протекающего через рабочую обмотку 2;

N - число витков в одной из обмоток, размещенной на сердечнике П-образного магнитопровода.

При выполнении источника н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода в виде двух и более постоянных магнитов или электромагнитов проходят аналогичные процессы распределения магнитных потоков, развиваемых каждым постоянным магнитом или электромагнитом, по участкам замкнутого магнитопровода и сердечникам соответствующих им П-образных магнитопроводов. При этом в каждой из обмоток, размещенных на сердечниках П-образных магнитопроводов, наводится э.д.с.

Технико-экономический эффект предлагаемого технического решения заключается в расширении функциональных возможностей магнитного усилителя - использовании его в качестве электрического генератора.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – возможность использовать магнитный усилитель в качестве электрического генератора. Для этого предложен магнитный усилитель, который содержит замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания. Новым в магнитном усилителе является выполнение источника н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода в виде одного или нескольких постоянных магнитов или электромагнитов, каждый из которых одним полюсом установлен на ярме П-образного магнитопровода между его сердечниками, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе вдоль его магнитный линии, при этом на сердечниках П-образного магнитопровода размещены обмотки, а полюс постоянного магнита или электромагнита, установленный на ярме П-образного магнитопровода, преимущественно размещен на нем со стороны торцевой или наружной его поверхности, а второй его полюс, установленный на замкнутом магнитопроводе, размещен на нем на одной из торцевых или боковых его поверхностей, параллельной торцевым поверхностям П-образного магнитопровода. 3 ил.

Магнитный усилитель, содержащий замкнутый магнитопровод с рабочей обмоткой и источник н.с. для его подмагничивания, отличающийся тем, что источник н.с. для подмагничивания замкнутого магнитопровода выполнен в виде одного или нескольких постоянных магнитов или электромагнитов, каждый из которых одним полюсом установлен на ярме П-образного магнитопровода между его сердечниками, а второй его полюс и соответствующие ему полюса сердечников П-образного магнитопровода установлены на замкнутом магнитопроводе вдоль его магнитной линии, при этом на сердечниках П-образного магнитопровода размещены обмотки, а полюс постоянного магнита или электромагнита, установленный на ярме П-образного магнитопровода, преимущественно размещен на нем со стороны торцевой или наружной его поверхности, а второй его полюс, установленный на замкнутом магнитопроводе, размещен на нем на одной из торцевых или боковых его поверхностей, параллельной торцевым поверхностям П-образного магнитопровода.