Способ и реверсивное устройство преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую энергию

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую, и может быть применено, например, в автономных системах освещения, обогрева и т.п. Технический результат заявленного изобретения заключается в исключении влияния остаточной индукции B_r на величину генерируемой энергии и таким образом повышении удельной мощности в целом устройства. Согласно предлагаемому способу электрический ток от источника преобразуют в трансформаторе и направляют в нагревательное устройство, в котором используют источник постоянного тока с генератором линейно меняющегося во времени напряжения, которое направляют в первичную обмотку трансформатора, вторичную обмотку которого подсоединяют к нагревательному устройству, в качестве линейно меняющегося во времени напряжения используют напряжение треугольной формы, при этом в моменты времени излома кривой напряжение треугольной формы переключают направление тока в первичной обмотке трансформатора. Для реализации способа предлагается реверсивное устройство, содержащее источник электрического тока, генератор напряжения, линейно меняющегося во времени, диод, выполненный с возможностью шунтирования по обратному току между входом и выходом, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первый вход генератора соединен с первым полюсом аккумуляторной батареи, второй полюс которой соединен со вторым входом генератора, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена к потребителю тепловой или электрической энергии. Устройство дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, при этом первый вход этого блока соединен со вторым полюсом аккумуляторной батареи и со вторым входом генератора, второй вход этого блока соединен первым выходом генератора, а первый и второй выходы этого блока соединены соответственно с первым и вторым выводами первичной обмотки трансформатора, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, а генератор выполнен с возможностью создания линейно меняющегося по времени напряжения треугольной формы и возможностью синхронизации моментов времени излома кривой напряжения треугольной формы с моментами времени переключения направления тока в первичной обмотке трансформатора, причем второй выход генератора соединен с третьим входом блока изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора. Предлагаемые способ и устройство позволяют осуществить процесс перемагничивания ферромагнитного сердечника трансформатора, исключить остаточную индукцию B_r, значительно увеличить изменение магнитной индукции В и относительной магнитной проницаемости µ ферромагнитного материала и, таким образом, увеличить величину генерируемой энергии, а также удельную мощность в целом устройства. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам преобразования энергии электромагнитного поля в тепловую энергию, и может быть применено, например, в автономных системах обогрева.

Известно устройство преобразования энергии, в котором электрическую энергию для нагрева (в виде переменного электрического тока с частотой не менее 50 Гц) преобразуют при помощи трансформатора и направляют на нагревательное устройство (например, для получения тепла на нагрузочном резисторе) (А.В. Иванов-Смоленский. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980, стр. 7, рис. В-1). В этом с устройстве внешняя электрическая энергия, забираемая от сети переменного тока с частотой не менее 50 Гц, преобразуется в тепловую. При этом источником получаемой тепловой энергии является энергия переменного тока, забираемого от внешней сети с частотой не менее 50 Гц, и не ставится задача о преобразовании в тепловую энергию энергии магнитного поля, что можно рассматривать как недостаток прототипа. Между тем в (С.Г. Калашников. Электричество // Москва: Наука, 1970, изд. третье) в главе 11 указано, что "используя ферромагнетики, мы… увеличиваем магнитное поле в сотни и тысячи раз по сравнению с полем одних намагничивающих катушек". Таким образом магнитное поле ферромагнетика аккумулирует в себе огромную энергию, которую целесообразно преобразовать в дешевую тепловую или электрическую энергию при минимальной затрате внешней энергии.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ преобразования энергии электромагнитного поля в тепловую энергию (описание изобретения к патенту RU 2258327 МПК⁷, Н05В 3/00), заключающийся в том, что электрический ток от источника преобразуют в трансформаторе и направляют в нагревательное устройство, в котором используют источник постоянного тока в виде аккумуляторной батареи с генератором постоянного по направлению и линейно меняющегося во времени пилообразного тока, который направляют в первичную обмотку трансформатора, вторичную обмотку которого подсоединяют к нагревательному устройству, при этом генератор постоянного по направлению и линейно меняющегося по времени пилообразного тока шунтируют диодом по обратному току.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство, реализующее способ преобразования энергии электромагнитного поля в тепловую энергию (описание изобретения к патенту RU 2258327 МПК⁷, Н05В 3/00) и содержащее источник электрического тока, выполненный в виде аккумуляторной батареи, генератор постоянного по направлению и линейно меняющегося во времени пилообразного тока (далее генератор), диод, выполненный с возможностью шунтирования генератора по обратному току между входом и выходом генератора, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем вход генератора соединен с первым полюсом источника электрического тока, второй полюс которого соединен с общим проводом генератора и первым выводом первичной обмотки, второй вывод которой соединен с выходом генератора, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена к нагревательному элементу, выполняющему функции нагрузки.

В этом устройстве генератор выполнен в виде реостата с возможностью создания постоянного по направлению и линейно меняющегося во времени пилообразного тока путем изменения величины сопротивления реостата от максимальной его величины до минимальной и резкого возвращения сопротивления реостата с помощью электромеханического привода перемещения ползунка реостата. При этом напряжение U₁ на первичной обмотке и ток I₁ в ней изменяются по закону:

где К - скорость нарастания пилообразного напряжения, В/сек;

R - полное сопротивление входной цепи (первичной обмотки трансформатора);

t - текущий момент времени, сек.

В данном способе решается задача преобразования в тепловую энергию энергии линейно меняющегося во времени магнитного поля ферромагнитного сердечника трансформатора, создаваемого в сердечнике при пропускании через первичную обмотку трансформатора постоянного по направлению и линейно меняющегося во времени пилообразного тока. Это поле индуцирует во вторичной обмотке однополярные прямоугольные импульсы электрического тока, пропускаемые через нагревательный элемент, генерирующий при этом тепловую энергию.

Согласно основному закону Фарадея-Максвелла магнитное поле, возбужденное внешним источником электроэнергии (аккумуляторной батареей), индуцируя в контурах двухобмоточного трансформатора электродвижущие силы и токи индукции и самоиндукции, на основании закона сохранения энергии передает свою энергию этим индуцируемым силам и токам. Если при этом обеспечить постоянство индуцируемых токов, то во вторичной обмотке ток индукции I_инд будет полностью преобразовываться на выходе трансформатора в тепло Джоуля-Ленца, а ток самоиндукции I_с в первичной обмотке будет направлен на дозарядку источника тока (аккумуляторной батареи), разряжающегося во время работы устройства. Поскольку токи I_с и I_инд оказываются постоянными, возбуждаемые ими в сердечнике трансформатора магнитные поля также будут постоянны, и потому они не будут индуцировать в обоих цепях никаких добавочных ЭДС и токов. Поэтому обе цепи на протяжении времени Т будут работать автономно друг от друга. Согласно прототипу количество энергии W, выделяющееся на выходе трансформатора в нагрузке, равно:

или с учетом (1)

где k - коэффициент заполнения каркаса при намотке на нем катушки индуктивности;

µ₀=1,256·10^-7, Гн/м, абсолютная магнитная проницаемость;

µ - относительная магнитная проницаемость ферромагнитного материала сердечника трансформатора;

N₁ - число витков в первичной обмотке трансформатора;

N₂ - число витков во вторичной обмотке трансформатора;

S - сечение сердечника трансформатора (магнитопровода), м²;

l - длина средней линии трансформатора (магнитопровода), м²;

R₁ - полное сопротивление выходной цепи (вторичной обмотки трансформатора с сопротивлением нагрузки);

Т - период следования импульсов пилообразного напряжения и тока, сек;

U - величина напряжения на первичной обмотке трансформатора в момент t=T;

ƒ - частота следования импульсов пилообразного напряжения и тока, Гц.

Из (3) видно, что количество выделяющейся энергии W зависит в том числе и от величины напряжения U на первичной обмотке трансформатора в момент t=T, а также частоты ƒ следования импульсов пилообразного напряжения.

Однако зависимости величин магнитной индукции В и относительной магнитной проницаемости µ ферромагнитного материала от величины магнитного поля Н нелинейны и имеют соответственно вид кривой с насыщением и кривой с максимумом. Кроме нелинейной зависимости индукции В и проницаемости µ от величины магнитного поля Н для ферромагнитного материала характерно наличие гистерезиса индукции В от величины магнитного поля Н. При намагничивании однополярными импульсами в ферромагнитном материале образуется остаточная индукция B_r, а индукция В изменяется в интервале (B_r-B_max) и не может быть меньше величины остаточной индукция B_r. Это приводит к уменьшению реальной величины магнитной проницаемости µ ферромагнитного материала при намагничивании его однополярными импульсами тока и согласно соотношениям (3), (4) к существенному уменьшению генерируемой энергии.

Технический результат заявленного изобретения заключается в исключении влияния остаточной индукция B_r на величину генерируемой энергии и таким образом повышении удельной мощности в целом устройства.

Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что в способе преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую энергию, заключающемся в том, что электрический ток от источника преобразуют в трансформаторе и направляют в нагревательное устройство, в котором используют источник постоянного тока в виде аккумуляторной батареи, при этом постоянный ток преобразуют в линейно меняющийся во времени ток с помощью генератора линейно меняющегося во времени напряжения, далее этот линейно меняющийся во времени ток направляют в первичную обмотку трансформатора, вторичную обмотку которого подсоединяют к нагревательному устройству, при этом генератор линейно меняющегося во времени напряжения шунтируют диодом по обратному току, дополнительно в качестве линейно меняющегося по времени напряжения используют напряжение треугольной формы, при этом в моменты времени излома кривой напряжения треугольной формы переключают направление тока в первичной обмотке трансформатора.

Технический результат заявленного изобретения достигается также тем, что предлагаемое реверсивное устройство преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую энергию, содержащее источник электрического тока, генератор линейно меняющегося во времени напряжения, диод, выполненный с возможностью шунтирования по обратному току между входом и выходом, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первый вход генератора соединен с первым полюсом источника электрического тока, второй полюс которого соединен со вторым входом генератора, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена к потребителю тепловой или электрической энергии, дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, при этом первый вход этого блока соединен со вторым полюсом источника электрического тока и со вторым входом генератора, второй вход этого блока соединен с первым выходом генератора, а первый и второй выходы этого блока соединены соответственно с первым и вторым выводами первичной обмотки трансформатора, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, а генератор выполнен с возможностью создания на его выходе линейно меняющегося во времени выходного напряжения треугольной формы и возможностью синхронизации моментов времени излома кривой выходного напряжения треугольной формы с моментами времени переключения направления тока в первичной обмотке трансформатора.

Введение в устройство блока изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, выполненного с возможностью изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, а также генератора, выполненного с возможностью создания линейно меняющегося по времени напряжения треугольной формы и возможностью синхронизации моментов времени излома кривой напряжения треугольной формы с моментами времени переключения направления тока в первичной обмотке трансформатора путем подачи с второго выхода генератора на третий вход блока изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора импульсов синхронизации, позволяет осуществить процесс перемагничивания ферромагнитного сердечника трансформатора, исключить остаточную индукцию B_r, значительно увеличить изменение магнитной индукции В и относительной магнитной проницаемости µ ферромагнитного материала и таким образом увеличить величину генерируемой энергии, а также удельную мощность в целом устройства.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую энергию.

На фиг. 2 приведена схема генератора линейно меняющегося по времени напряжения треугольной формы.

На фиг. 3 приведена схема управления ключами блока изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора.

На фиг. 4 приведены диаграммы изменения напряжений и токов схем по фиг. 1.

Устройство по фиг. 1 содержит источник постоянного напряжения, выполненный в виде аккумуляторной батареи АКБ, образованной набором батарей Б1-Б6, соединенных последовательно. Батарея АКБ имеет положительный полюс 1 и отрицательный полюс 2. Имеется также генератор 3 линейно меняющегося по времени напряжения треугольной формы, имеющий вход 4 и выход 5. Вход 4 соединен с положительным полюсом 1 АКБ.

Генератор 3 выполнен в виде импульсного источника напряжения 6 и снабжен блоком 7 автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника напряжения 6. Вход 8 импульсного источника напряжения 6 соединен с входом 4 генератора 3, выход 9 импульсного источника напряжения 6 соединен с выходом 5 генератора 3, а вход 10 регулировки напряжения импульсного источника напряжения 6 соединен с выходом 11 блока 7 автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника 6. Вывод 12 общего провода источника 6 соединен с выходом 13 общего провода блока 7, выводом 14 общего провода генератора 3 и с отрицательным полюсом 2 аккумуляторной батареи АКБ.

Импульсный источник напряжения 6 содержит монолитную интегральную микросхему 15, например, МАХ724 или LM2596, разрядный диод VD1, фильтр L1C1 и датчик выходного напряжения U_вых, выполненный в виде резистивного делителя, образованного постоянным резистором R2, подстроечным резистором R3 и постоянным резистором R4. Интегральная микросхема 15 содержит составной биполярный ключевой транзистор VT1-VT2, блок 16 управления ключевыми транзисторами, выполненный в виде контроллера формирования импульсов широтно-импульсной модуляции PWM, генератор 17 частоты преобразования, генератор 18 опорного напряжения U_ref и усилитель 19 сигнала рассогласования, инвертирующий вход 20 которого соединен с ползунком подстроечного резистора R3 датчика выходного напряжения U_вых.

Блок 21 изменения направления тока в первичной обмотке W1 трансформатора Т1 содержит четыре полевых транзистора VT3-VT6, включенных по мостовой схеме. Нагрузка в виде резистора R1 подключена в диагональ моста к точкам 22, 23, которые являются выходами блока 21. В блоке 21 имеется схема 24 управления транзисторами VT3-VT6. Затворы полевых транзисторов VT3-VT6 подключены к выходам 25-28 подачи на затворы сигналов управления транзисторов VT3-VT6. Вход 29 блока 24 используется для синхронизации процесса коммутации транзисторов VT3-VT6 сигналами, поступающими с выхода 30 блока 7 на вход 31 блока 21 и далее на вход 32 блока 24.

На мост из транзисторов VT3-VT6 подается питание от импульсного источника 6 (выходы 9 и 14). При этом истоки транзисторов VT4, VT6 соединены с общим выводом 14 и полюсом 2 АКБ через вход 33 блока 21, стоки транзисторов VT3, VT5 соединены с выводом 5 генератора ПНЛПТ 3 и выводом 9 выходного напряжения U_вых импульсного источника 6 через вход 34 блока 21.

На вход 29 схемы 24 через вход 35 блока 21 с выхода 11 блока 7 подаются сигналы управления транзисторами транзисторов VT3-VT6.

Аноды диодов VD2, VD3 соединены соответственно с выходами 22, 23 блок 21, а катоды диодов VD2, VD3 соединены выходом 36 и далее с входом 4 генератора 3 и положительным полюсом 1 АКБ.

Блок 7 автоматической регулировки выходного напряжения импульсного источника 6 выполнен виде генератора однополярного треугольного формы напряжения (ГТН), выход 11 которого через резистивный делитель R2-R4 соединен с входом 10 регулировки напряжения импульсного источника 6. Выход 13 блока 7 соединен с общим проводом 12 источника напряжения 6.

Схема ГТН приведена на фиг. 2. Генератор ГТН выполнен на микросхеме МАХ9000 и состоит из интегратора D1 для создания выходного сигнала треугольной формы и компаратора D2 с внешними цепями гистерезиса, такими как триггер Шмитта, а также высокоточного источника RF опорного напряжения 1, 23 В. На фиг. 2 на диаграммах а), б) показаны формы импульсов в точках схемы, указанных стрелками.

Возможно выполнение генератора треугольного напряжения (ГТН) блока 7, например, на микропроцессоре и цифроаналоговом преобразователе. В этом случае линейное треугольное напряжение и синхроимпульсы могут быть сформированы с помощью программных средств микропроцессора.

Схема 24 управления транзисторами VT3-VT6 блока 21 приведена на фиг. 3 и содержит дифференцирующую цепочку, состоящую из конденсатора С3, операционного усилителя D3 с резистором R10 обратной связи, диода VD4, D-триггера DD1 и двух полумостовых драйверов DD2, DD3 верхнего и нижнего плеча.

На диаграммах а), б), в), г), д) фиг. 3 показаны формы импульсов в точках схемы, указанных стрелками.

На диаграмме фиг. 4: Т - период следования импульсов треугольной формы напряжения, U₁₁ - напряжение на выходе 11 генератора импульсов треугольной формы напряжения ГТН блока 7 (выход 11 блока 7), U₉ - напряжение на выходе 9 импульсного источника напряжения 6, U₂₀ - напряжение обратной связи U_обр на входе 20 интегральной микросхемы 15, U₃₀ - напряжение синхронизации на выходе 30 блока 7, U_VT6 - напряжение на затворах транзисторов VT3, VT6, U_VT4 - напряжение на затворах транзисторов VT4, VT5, U_VD2 - напряжение на аноде VD2, U_VD3 - напряжение на аноде VD3, U_R1 - напряжение на резисторе R1, выполняющем функции активной нагрузки потребителя.

Устройство работает следующим образом.

В начале рассмотрим кратко стандартный процесс работы импульсного источника напряжения 6 в отсутствие сигналов с блока 7 (см., например, Б.Ю. Семенов, Силовая электроника: от простого к сложному. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 179 с.).

При подаче напряжения U_вх от аккумулятора АКБ на входы 4 и 8 задающий генератор 17 формирует импульсы напряжения пилообразной формы частотой, например, 100 кГц (период 10 мкс). Сигнал обратной связи, снимающийся в виде напряжения U_обр с датчика выходного напряжения U_вых, выполненного в виде резистивного делителя R2, R3, R4, подается на инвертирующий вход усилителя 19 сигнала рассогласования и сравнивается с опорным напряжением генератора 18 опорного напряжения U_ref. Блок 16 управления ключевыми транзисторами формирует прямоугольные импульсы широтно-импульсной модуляции PWM из сигнала пилообразной формы генератора 17 и передает их на выход 22, которыми составной биполярный ключевой транзистор VT1-VT2 открывается на промежуток времени t₀. Длительность t₀ этих прямоугольных импульсов зависит от соотношения величин напряжений U_ref и U_обр. Если U_ref больше U_обр, то усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал на включение составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. Как только U_ref станет меньше или равно U_обр, усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал на выключение составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. В течение времени t₀ (когда составной биполярный ключевой транзистор VT1-VT2 открыт) конденсатор С1 заряжается через индуктивность L1. Выходное напряжение U_вых и напряжение U_обр обратной связи увеличиваются. Величина U_обр связана с величиной U_вых соотношением:

где φ и n - соответственно, угол поворота и число полных оборотов ползунка подстроечного резистора R3.

Как только величина U_обр будет равна или больше опорного напряжения U_ref блока 18, усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал закрытия составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. При этом индуктивность L1 через разрядный диод VD2 отдает запасенную энергию конденсатору С1, а последний при закрытом ключевом транзисторе VT1-VT2 разряжается на нагрузку R1. Выходное напряжение U_вых и напряжение U_обр обратной связи уменьшаются. Как только величина U_обр будет меньше опорного напряжения U_ref блока 18, усилитель 19 на входе 23 блока 16 формирует сигнал на открытие составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. Конденсатор С1 заряжается через индуктивность L1, процесс работы импульсного источника напряжения 6 в отсутствие сигналов с блока 7 многократно повторяется по описанной выше процедуре. В данном режиме работы импульсный источник напряжения 6 в отсутствие сигналов с блока 7 выполняет функции автоматического стабилизатора напряжения U_вых при любых изменениях напряжения U_вх от аккумулятора АКБ на входах 4 и 8. Это общепринятый, стандартный режим автоматической регулировки напряжения U_вых импульсного источника напряжения 6 в отсутствие внешних сигналов с блока 7.

Для решения поставленной в предлагаемом изобретении технической задачи импульсный источник напряжения 6 используется в режиме автоматической регулировки напряжения U_вых под воздействием внешних сигналов с блока 7.

Импульсы треугольного напряжения, образующиеся на выходе интегратора D1 генератора ГТН (см. фиг. 2) выделяются на выводе 11 блока 7 и имеют вид, приведенный на фиг. 4, график U₁₁(t).

Зависимость U₁₁(t) в течение каждого периода Т можно представить в виде:

где α - постоянная наклона, В/сек.

Это напряжение складывается с напряжением на резисторах R3-R4 резистивного делителя R2-R4, а напряжение U_обр обратной связи будет в этом случае равно:

где U₀ - величина напряжения на резисторе R4 в момент времени t=0.

С помощью подстроечного резистора R11 величину U₀ устанавливают равной U_ref. В этом случае в процессе работы импульсного источника напряжения 6 в момент времени t=0 U_обр больше или равно U_RF блока 18, усилитель 19 на входе 23 контроллера 16 формирует сигнал закрытия составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2. Величина напряжения U_вых равна или близка к нулю, т.к. величина U_o6р образуется за счет внешнего напряжения U₁₁(t), равного при t=0 U₀, т.е. U_ref. С течением времени t величина U₁₁(t) уменьшается. Уменьшается и U_обр, а схема импульсного источника напряжения 6 отслеживает это уменьшение U_обр путем периодического отрывания составного биполярного ключевого транзистора VT1-VT2, увеличивая таким образом величину напряжения U_вых до тех пор, пока U_обр не будет равно U_ref при величине U₁₁(t) в текущий момент времени t. Так как U₁₁(t) линейно уменьшается в течение первой половины периода Т, то напряжение U_вых будет линейно увеличиваться в течение первой половины периода Т, а в течение второй половины периода Т U₁₁(t) будет линейно увеличиваться, при этом напряжение U_вых будет линейно уменьшаться в течение второй половины периода Т.

В течение периода Т напряжение U_вых в противофазе будет повторять однополярную треугольную форму U₁₁(t) блока 7 (см. фиг. 4). При этом U_обр в течение времени t не изменяется по величие, т.к. его изменения компенсируются за счет автоматического слежения за изменениями U_обр схемой импульсного источника напряжения 6 при изменениях напряжения U₁₁(t) блока 7 (см. фиг. 4, график U₂₀).

С выхода 9 импульсного источника напряжения 6 однополярное треугольное напряжение U_вых поступает на выход 5 генератора 3 и далее через вход 34 блока 21 на стоки транзисторов VT3, VT4.

Для образования в первичной обмотке W1 трансформатора Т1 разнополярнго треугольного напряжения (тока) схема 24 осуществляет каждый, например, четный период напряжения U_вых изменение направления тока в первичной обмотке W1 трансформатора Т1.

С этой целью с выхода 11 блока 7 напряжение U₁₁(t) подается на вход 29 схемы 24. Одновременно с выхода 30 блока 7 на вход 32 схемы 24 синхронизации блока 21 поступают импульсы синхронизации. Дифференцирующая цепочка, состоящая из конденсатора С3, операционного усилителя D3 резистора R10 обратной связи и диода VD4, выделяет из треугольных импульсов, поступающих на вход 29 схемы 24, только фронты излома треугольной функции и предает их на информационный вход D D-триггера, находящегося в счетном режиме. При наличии на счетном входе С D-триггера счетного импульса, поступающего с выхода 30 блока 7, D-триггер переключается из одного состояния в другое, например из состояния с высоким уровнем напряжения на выходе Q и низким уровнем напряжения на инвертирующем выходе Q D-триггера в состояние с низким уровнем напряжения на выходе Q и высоким уровнем напряжения на инвертирующем выходе Q.

При поступлении следующих импульсов на входы D и С состояние D-триггера изменится на противоположное. Длительность импульсов на выходе Q и инвертирующем выходе Q D-триггера равна периоду Т следования импульсов модуля функции синуса (см. фиг. 4, график U₉) на выходе 11 блока 7 (см. фиг. 4, график U₁₁). Передние и задние фронты этих импульсов совпадают с моментами изломов кривой выходного напряжения U_вых на выходе 9 источника 6 (см. фиг. 4, графики U_VT4 и U_VT6). Эти импульсы через драйверы DD3 и DD4 с выходов 25, 26, 27, 28 подаются соответственно на затворы транзисторов VT3, VT4, VT5, VT6, поочередно включая пары транзисторов VT3, VT6 или VT4, VT5, см. фиг. 4, графики U_VT6 и U_VT4. При этом форма напряжения на анодах диодов VD2, VD3 будет соответствовать форме напряжения на выходе 9 импульсного источника напряжения 6 (на VD2 нечетные полуволны напряжения, a VD3 четные полуволны напряжения U_вых), а ток в первичной обмотке W1 трансформатора Т1 будет иметь треугольную форму, по истечении каждого периода Т поочередно изменять направление на противоположное. При этом будет осуществляться перемагничивание ферромагнитного сердечника и устранение влияния остаточной индукции на процесс генерации энергии. Ток, проходящий через первичную обмотку W1, трансформируется во вторичную обмотку W2 и далее в нагрузку R1. Форма напряжения на резисторе R1 приведена на фиг. 4, график U_R1(t).

Если нагрузка R1 имеет чисто индуктивный характер, то в моменты переключения пар транзисторов VT3, VT4 или VT5, VT6 на анодах диодов VD2, VD3 будут за счет эдс самоиндукции индуктивности R1 появляться броски напряжения и тока, которые в моменты закрытия транзисторов VT3 или VT5 открывают диод VD2 или VD3, через которые в эти моменты осуществляется подзарядка аккумуляторной батареи АКБ (рекуперация энергии).

Наиболее эффективно предлагаемое устройство работает при φ=0. В этом случае ограничения формы напряжения U_вых (см. фиг. 4, график U₉) отсутствуют.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство позволяют с минимальными потерями энергии (по сравнению с прототипом) осуществить процесс перемагничивания ферромагнитного сердечника трансформатора, исключить влияние остаточной индукции B_r на величину магнитной индукции В, значительно увеличить изменение магнитной индукции В, а также относительной магнитной проницаемости µ ферромагнитного материала и таким образом увеличить величину генерируемой энергии, а также удельную мощность в целом устройства.

Источники информации

1. Б.Ю. Семенов, Силовая электроника: от простого к сложному. - М.: СОЛОН-Пресс, 2005. - 179 с.

1. Способ преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую энергию, заключающийся в том, что электрический ток от источника преобразуют в трансформаторе и направляют в нагревательное устройство, в котором используют источник постоянного тока в виде аккумуляторной батареи, при этом постоянный ток преобразуют в линейно меняющийся во времени ток с помощью генератора линейно меняющегося во времени напряжения, далее этот линейно меняющийся во времени ток направляют в первичную обмотку трансформатора, вторичную обмотку которого подсоединяют к нагревательному устройству, при этом генератор линейно меняющегося во времени напряжения шунтируют диодом по обратному току, отличающийся тем, что в качестве линейно меняющегося во времени напряжения используют напряжение треугольной формы, при этом в моменты времени излома кривой напряжения треугольной формы переключают направление тока в первичной обмотке трансформатора.

2. Реверсивное устройство преобразования энергии магнитного поля ферромагнитного сердечника в тепловую или электрическую энергию, содержащее источник электрического тока, генератор напряжения, линейно меняющегося во времени, диод, выполненный с возможностью шунтирования по обратному току между входом и выходом, трансформатор с первичной и вторичной обмотками, причем первый вход генератора соединен с первым полюсом источника электрического тока, второй полюс которого соединен со вторым входом генератора, а вторичная обмотка трансформатора подсоединена к потребителю тепловой или электрической энергии, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено блоком изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, при этом первый вход этого блока соединен со вторым полюсом источника электрического тока и со вторым входом генератора, второй вход этого блока соединен первым выходом генератора, а первый и второй выходы этого блока соединены соответственно с первым и вторым выводами первичной обмотки трансформатора, при этом блок выполнен с возможностью изменения направления тока в первичной обмотке трансформатора, а генератор выполнен с возможностью создания на его выходе линейно меняющегося во времени выходного напряжения треугольной формы и возможностью синхронизации моментов времени излома кривой выходного напряжения треугольной формы с моментами времени переключения направления тока в первичной обмотке трансформатора.