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 ортогонально-потоковый параметрический трансформатор с независимыми магнитопроводами, имеющий 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 ЭДС в выходной обмотке не возбуждается. [патент РФ №2674009, H01F 29/14, H01F 30/06, опубл. 04.12.2018].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является параметрический трансформатор, содержащий составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков и среднего участка, входной обмотки, подключенной к сети с напряжением U1 и 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 [полезная модель RU 116 268 U1 МПК H01F 19/04 (2006.01) H01F 27/38 (2006.01)].

Недостатком такой конструкции является наличие локального увеличения площади поперечного сечения магнитопроводов в зоне их пересечения, это приводит к выпучиванию магнитного потока, как со стороны первичной магнитной цепи, так и со стороны вторичной магнитной цепи. В результате этого явления индукция в зоне пересечения сердечников 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 требуется повышать ток первичной обмотки и соответственно увеличивать затраты энергии на возбуждение колебаний во вторичной цепи.

Задачей предлагаемого изобретения является и 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, содержащий составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков и среднего участка, входной обмотки, подключенной к сети, выходной обмотки, разделенной на две равные части, размещенные на боковых участках магнитопровода и соединенные последовательно-встречно, отличается тем, что, магнитопровод разделен на две, расположенные параллельно, одинаковые части, причем входная обмотка располагается в сквозных отверстиях внутри средних участков параллельных частей магнитопровода в осевом направлении, а выходная обмотка подключена выводами к конденсатору и образует с ним резонансный контур.

Устройство параметрического трансформатора поясняется чертежом, где: 1 - первый магнитопровод, 2 - второй магнитопровод, W1 - входная обмотка, W2.1 - первая часть выходной обмотки, W2.2 - вторая часть выходной обмотки, Ф1.1 и Ф1.2 - магнитные потоки, создаваемые входной обмоткой, Ф2.1.1, Ф2.1.2, Ф2.2.1, Ф2.2.2 - магнитные потоки, создаваемые выходной обмоткой, Ср - резонансный конденсатор.

Работа параметрического трансформатора осуществляется следующим образом: ток входной обмотки намагничивает часть сердечника до насыщения с частотой, соответствующей частоте резонанса колебательного контура, образованного выходной обмоткой и резонансной емкостью, при насыщении сердечника его магнитная проницаемость уменьшается и соответственно уменьшается индуктивность выходной обмотки, при этом в ней возникают колебания тока с частотой резонанса, часть мощности этих колебаний может быть направлена в полезную нагрузку. Магнитные потоки, создаваемые входной и выходной обмотками, пересекающиеся в среднем участке магнитопровода, ортогональны и это обуславливает их минимальное взаимное влияние. 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 параметрического трансформатора [полезная модель RU 116268 U1] имеет место локальное увеличение площади поперечного сечения могнитопроводов в месте их пересечения. Как известно, индукция зависит от площади поперечного сечения магнитопровода.

B=Ф/S ;

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

В предлагаемой конструкции параметрического трансформатора, по причине отсутствия пересечения магнитопроводов, 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 внутри средних участков параллельных частей магнитопровода 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 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. Параметрический трансформатор содержит составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков и среднего участка, входной обмотки, подключенной к сети, выходной обмотки, разделенной на две равные части, размещенные на боковых участках магнитопровода и соединенные последовательно-встречно. Магнитопровод разделен на две, расположенные параллельно, одинаковые части. Входная обмотка располагается в сквозных отверстиях внутри средних участков параллельных частей магнитопровода в осевом направлении, а выходная обмотка подключена выводами к конденсатору и образует с ним резонансный контур. 1 ил.

Параметрический трансформатор, содержащий составной магнитопровод броневого типа, состоящий из двух боковых участков и среднего участка, входной обмотки, подключенной к сети, выходной обмотки, разделенной на две равные части, размещенные на боковых участках магнитопровода и соединенные последовательно-встречно, отличающийся тем, что магнитопровод разделен на две одинаковые части, расположенные параллельно друг другу с немагнитным зазором, причем входная обмотка располагается в сквозных отверстиях внутри средних участков параллельных частей магнитопровода в осевом направлении, а выходная обмотка подключена выводами к конденсатору и образует с ним резонансный контур.