ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР Российский патент 2024 года по МПК H01F30/06 H01F29/14 H01F27/30 G05F3/06 

Изобретение относится к преобразовательной технике, и может найти применение во вторичных источниках питания, преобразователях напряжения и устройствах гальванической развязки силовых и сигнальных цепей.

Известен твердотельный электрический генератор, включающий в себя, по меньшей мере, один постоянный магнит, магнитно связанный с ферромагнитным сердечником, снабженным, по меньшей мере, одним отверстием, проникающим в его объем; отверстие и магнит расположены таким образом, что отверстие, проникающее в объем ферромагнитного сердечника, перекрывает поток от постоянного магнита, встроенного в ферромагнитный сердечник. Первая проволочная катушка намотана вокруг ферромагнитного сердечника с целью перемещения связанного потока постоянного магнита внутри ферромагнитного сердечника. Второй провод проходит через отверстие, пронизывающее объем ферромагнитного сердечника, с целью перехвата этого движущегося магнитного потока, тем самым индуцируя выходную электродвижущую силу. Изменяющееся напряжение, приложенное к первой проволочной катушке, заставляет связанный поток постоянных магнитов перемещаться внутри сердечника относительно отверстия, проникающего в объем сердечника, таким образом индуцируя электродвижущую силу вдоль провода, проходящего через отверстие в ферромагнитном сердечнике. Механическое действие электрического генератора, таким образом, синтезируется без использования движущихся частей. [патент US 2006/0163971 A1 МПК Н021/22 Н01F 3/00 опубл. 27.07.2006]. Данное устройство имеет схожее с предлагаемым изобретением расположение обмоток, а именно расположение вторичной обмотки внутри сердечника. Недостатком является усложнение конструкции связанное с наличием постоянных магнитов.

Известен ортогонально-потоковый параметрический трансформатор с независимыми магнитопроводами, имеет одну или более входных и выходных обмоток, каждая из которых расположена на собственном замкнутом магнитопроводе, которые пересекаются друг с другом под прямыми углами так, что магнитный поток входной обмотки влияет только на изменение магнитной проницаемости магнитопровода выходной обмотки на участке их пересечения а э.д.с в выходной обмотке не возбуждается. [патент РФ №2674009, H01F 29/14, H01F 30/06, опубл. 04.12.2018].

Недостатком этого устройства является то, что в такой конструкции в зоне пересечения магнитопроводов существует выпучивание магнитного потока, как со стороны первичной магнитной цепи, так и со стороны вторичной магнитной цепи, это происходит в результате увеличения площади поперечного сечения магнитопроводов в этом месте. В результате этого явления индукция в зоне пересечения магнитопроводов падает, и степень насыщения уменьшается, а также уменьшается и диапазон изменения магнитной проницаемости и индуктивности. Это приводит к уменьшению параметрической составляющей ЭДС. Для компенсации явления выпучивания магнитного потока в месте пересечения сердечников требуется повышать ток первичной обмотки и соответственно увеличивать затраты энергии на возбуждение колебаний во вторичной цепи.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности преобразования энергии в параметрическом трансформаторе.

Технический результат изобретения заключается в повышении параметрической составляющей ЭДС за счет увеличения амплитуды индукции, амплитуды изменения магнитной проницаемости и соответственно амплитуды изменения индуктивности при исключении выпучивания магнитного потока в зоне насыщения.

Технический результат достигается тем, что параметрический трансформатор содержит прямоугольный или тороидальный ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, расположенную в сквозных отверстиях в объеме сердечника таким образом, что основные направления первичных и вторичных магнитных потоков ортогональны, вторичную обмотку намотанную поверх сердечника, к которой подключен резонансный конденсатор.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где конструкция параметрического трансформатора с тороидальным сердечником изображена на фиг.1, а конструкция параметрического трансформатора с прямоугольным сердечником показана на фиг.2. Первичная обмотка обозначена как W1, вторичная обмотка обозначена как W2, резонансный конденсатор обозначен как Ср. Фиг. 3 и Фиг.4 поясняют размещение первичной обмотки внутри сердечника и направления замыкания магнитных потоков, создаваемых этой обмоткой.

Работа параметрического трансформатора осуществляется следующим образом: ток первичной обмотки намагничивает часть сердечника до насыщения с частотой, соответствующей частоте резонанса колебательного контура, образованного вторичной обмоткой и резонансной емкостью, подключенной к вторичной обмотке, при насыщении сердечника его магнитная проницаемость уменьшается и соответственно уменьшается индуктивность вторичной обмотки, при этом во вторичной обмотке возникают колебания тока с частотой резонанса, часть мощности этих колебаний может быть направлена в полезную нагрузку.

Преобразование энергии в параметрическом трансформаторе основано на возникновении параметрической ЭДС.

E = dΨ/dt = L dI/dt + I dL/dt ;

где: E - ЭДС; Ψ - потокосцепление; L - индуктивность; I - ток.

Составляющая « L dI/dt » это обычная индукционная ЭДС, а составляющую « I dL/dt » называют параметрическая ЭДС, которая возникает в обмотке при изменении индуктивности

; ;

где: B - индукция; H - напряженность магнитного поля; μ - магнитная проницаемость; S - площадь поперечного сечения сердечника w - число витков обмотки. Составляющая параметрической ЭДС dL/dt очевидно зависит от ΔL т.к. временная составляющая dt не меняется.

В известной конструкции ортогонально-потокового параметрического трансформатора (патент РФ №2674009) имеет место локальное увеличение площади поперечного сечения сердечников в месте их пересечения. Как известно, индукция зависит от площади поперечного сечения сердечника.

B=Ф/S ;

где: B - индукция; S - площадь поперечного сечения сердечника, Ф - магнитный поток.

В предлагаемой конструкции параметрического трансформатора, по причине отсутствия пересечения сердечников, увеличения площади поперечного сечения в месте насыщения нет, поэтому не возникает выпучивания магнитных потоков и уменьшения индукции, соответственно происходит более сильное насыщение магнитного материала в этом месте и увеличивается степень падения магнитной проницаемости и индуктивности, при этом также возрастает и параметрическая составляющая ЭДС.

Таким образом, при размещении первичной обмотки в сквозных отверстиях в объеме сердечника и исключении выпучивания магнитного потока в зоне насыщения происходит увеличение амплитуды индукции, амплитуды изменения магнитной проницаемости, амплитуды изменения индуктивности и соответственно повышение параметрической составляющей ЭДС, в конечном итоге это приводит к повышению эффективности преобразования энергии в параметрическом трансформаторе.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к преобразовательной технике, и может найти применение во вторичных источниках питания, преобразователях напряжения и устройствах гальванической развязки силовых и сигнальных цепей. Технический результат заключается в повышении эффективности преобразования энергии в параметрическом трансформаторе за счет увеличения амплитуды индукции, амплитуды изменения магнитной проницаемости, амплитуды изменения индуктивности и соответственно повышения параметрической составляющей ЭДС при размещении первичной обмотки в сквозных отверстиях в объеме сердечника и исключении выпучивания магнитного потока в зоне насыщения. Параметрический трансформатор содержит прямоугольный или тороидальный ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, расположенную в сквозных отверстиях в объеме сердечника таким образом, что основные направления первичных и вторичных магнитных потоков ортогональны, вторичную обмотку, намотанную поверх сердечника, к которой подключен резонансный конденсатор. 4 ил.

Параметрический трансформатор, содержащий прямоугольный или тороидальный ферромагнитный сердечник, первичную обмотку, расположенную в сквозных отверстиях в объеме сердечника таким образом, что основные направления первичных и вторичных магнитных потоков ортогональны, вторичную обмотку, намотанную поверх сердечника, к которой подключен резонансный конденсатор.