Термомагнитный генератор низкой частоты Советский патент 1981 года по МПК H03K17/00 

Изобретение относится к средст вам автоматики и может быть использовано в устройствах регулировки, сиг нализации и модуляции различного назначения . Известен генератор низкочастотных электрических колебаний, выполненный на магнитном.усилителе с индуктивно разобщенным колебательным контуромП} Наличие колебательного контура соз дает ограничение диапазона генерируемых частот, главным образом, в его низкочастотной области, так как при понижении частоты значительно возрастают габариты деталей колебательного контура {его ёмкости и индуктивности) и усложняется его конструкция. Наиболее близким техническим решением к изобретению является термомагнитный генератор низкой частоты, содержащий кольцевой сердечник с зазором, нанальную, питающую и выходй т обмотки, навитые на сердечник и источник переменного напряженияL2j Недостатки известного генератора - недостаточный низкочастотный диапазон и незначительная генерируемая мощность, что объясняется наличием крутых фронтов при переключении генератора, что обуславливает наличие широкого спектра генерируемых частот, и значительным .внутренним сопротивлением генератора. Цель изобретения - расширение низ кочастотного диапазона и увеличение генерируемой мощности. Поставленнаяцель достигается тем, что в термомагнитиом генераторе низкой частоть, содержащем кольцевой сердечник с зазором, накальную, пи- . тающую и выходную обмотки, навитые на сердечник, и источник переменного напряжения, в зазор сердечника помещен термомагнитный элемент, одновременно служащий анодом вакуумного электронного нагревателя, подогревный катод которого соединен с, накальной обмоткой, а анод соедннен с полюсом источника переменного напряжения, соединенного обмоткой, при этом второй полюс источника соединен с одним из выводов накальной обмотки. На чертеже приведена-:функциональная «электрическая схема генератора (вакуумный нагреватель изображен в разрезе). Генератор состоит из кольцевого ферромагнитного сердечника 1, выполненного, например, в виде пакета .пла тин из. трансформаторного железа. На сердечник нанесены обмотки 2-4. Накальная обмотка 3 подключена к катод ному нагревателю 5 вакуумного электронного нагревателя, собранного в стеклянд ом или керамическом корпусе 6. Обмотка 2 является питающей, а обмотка 4 - выходной,работающей на н Грузку. Анодом вакуумного электронг ного нагревателя служит термомагнитный элемент 7 из ферромагнетика с ни кой точкой Кюри, вставленный в прорезь кольцевого сердечника 1. Термомагнитный элемент 7 имеет тепловую изоляцию от сердечника 1 в виде тонких прокладок 8 и 9 из слюды, асбеета или керамики. Катодный нагреватель 5 гальванически изолирован от эмиссионного слоя 10 с помощью фарфо ровой изолирующей трубки 11, обладаю щей значительной тепловой инерцией. Эмиссионный слой 10, служащий катодным электродом и термомагнитный элемент 7, слзокащай анодом,- подключены к источнику 12 переменного напряжения, к которому параллельно подсоеди нена и питающая обмотка 2. Катод, состоящий из нагревателя 5, изолирующей трубки 11 и эмиссионного слоя 10, имеет форму кольца, охватывающег термомагнитный элемент7, вьтолненный в форме-аксиального с этим кольцом цилиндра. Сечение элемента нес колько превышает сечение сердечника 1, поэтому форма сечения последнего может бшть как круглой, так и прямоугольной. Пространство внутри корпуса вакуумировано. Работает генератор следующим образом. При подаче переменного напряжения от источника 12 эмиссионный слой 10 катода вакуумного нагреватели постепенно разогревается с помощью нагре7 4вателя 5, подключенного к накальной обмотке 3. При достижении слоем 10 температуры, при которой возникает термоэлектронная эмиссия ( он начинает испускать электроны со своей поверхности. Под действием положительной части синусоиды переменного напряжения, приложенного к элементу 7, электроны бомбардируют его, разогревая до температуры Кюри. При достижении термомагнитньм элементом 7 температуры ... он уменьшает ,свою магнитную проницаемость до единицы, переходя в парамагнитное сое тояние. Следствием этого является резкое увеличение магнитного сопротивления зазора сердечника I, в котором находится элемент 7. В результате переменный магнитный поток в кольцевом сердечнике 1 практически уменьшается до нуля, и напряжения в обмотке 3 и 4, которые в начале колебательного цикла имели максималь- ные значения, , также подают до нуля. После этого нагреватель 5 обесточен и не выделяет тепла для нагрева эмис.сионного слоя 10, однако испускание электронов с поверхности последнего за счет значительной тепловой инерции изолирующей трубки 1 1 не npeKpaotaется сразу, а продолжается еще некоторое время, необходимое для остывания слоя 10 ниже температуры термоэмиссии. Такой режим работы катода генератора позволяет уверенно проходить мертвую точку при совершении каждого колебательного цикла. Процесс остывания элемента 7 начинается лишь после прекращения термоэмиссии с поверхности лоя 10, поэтому к Началу остывания он оказывается несколько перегретым вьшге точки Кюри. За счет тепловой изоляции элемента 7 с помощью прокладок 8 и 9, его остывание происходит весьма медленно (остальная его поверхность окружена вакуумом). Последнее обсто1Ятельство дает возможность надежно избежать эффекта метрвой точки и на этапе возвращения элемента 7 из парамагнитного в ферромагнитное состояния. . После остывания термомагнитного элемента 7 до точки Кюри он восстанавливает полностью свои ферромагнитные свойства, так как успевает несколько переохладиться ниже точки Кюри, во-первых за счет того, что термоэмиссионный слой 10 находится к этому 5 моменту ниже температуры термоэмиссии, а во-вторых, за счет того, что катод обладает значительной тепловой инерцией и, несмотря на уже начавшийся разогрев его нагревателем 5, н может сразу достичь этой темперетуры. После остывания элемента 7 до точки Кюри в сердечнике 1 снова появляется переменный магнитный поток первоначальной величины, а напряжени в обмотках 3 и 4 достигают своих максимальных значений. Колебательный цикл в этой стадии полностью завершается. Дальше все происходит в уже описанной последовательности. Та ким образом, в выходной обмотке 4 вы рабатывается переменное напряжение, амплитуда которого периодически изменяется от нуля до некоторого максимального значения. Частота перемен ного напряжения, определяется частотой питающей сети Частота же сравнительно медленных пульсаций амплитуды, .т.е. частота, вырабатываемых-ген ратором колебаний, зависит от тепловой инерции элемента 7 изолирующей трубки i1. Она может находиться в диапазоне периодов от десятков секунд до десятков и сотен минут. При этом мощность генератора, в зависимости от сечений сердечника и обмоток, может лежать в пределах от десятков и сотен киловатт и выше. Такой же мощности может быть и питаемая от этого генератора нагрузка. Достижение указанного диапазона периодов колебаний при таких мощностях другими средствами заметно усложняет удорожает и снижает надежность извес ных генераторов. 7Генератор находит применение в тех случаях, когда требуется периодически включать и выключать питание какого-либо объекта, работающего через заданные интервалы времени, например светильников морских маяков, электродвигателей, приводящих в движение механизмы в технологических процессах и jr.д. При установке выпрямительного моста на выходе генератора он может служить источником периодически меняютщегося постоянного напряжения. ФЬрмула изобретения Термомагнитньгй генератор- низкой частоты, содержащий кольцевой сердечник с зазором, начальную, питающую и выходную обмотки, навитые на сердечник, и источник переменного напряжения, отлича;ющийся тем, что, с целью расширения низкочастотного диапазона и увеличени генерируемой мощности, в зазор сердечника помещен термомагнитный элемент, одновременно служащий анодом вакуумного электронного нагревателя, подогревный катод которого соединен с накальной обмоткой, а анод соединен с полюсом источника переменного напряжения, соединенного обмоткой, при этом второй полюс источника соединен с одним из выводов накальной обмотки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 154885, кл. Н 03 К 3/45, 1969. 2.Заявка ФРГ 1964779, кл. Н 03 К 3/45, 20.01.72.