Параметрический резонансный генератор

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе параметрических резонансных генераторов. Задачей предлагаемого изобретения является увеличение мощности и снижение зависимости вырабатываемой электроэнергии параметрического резонансного генератора от величины нагрузки. Технический результат заключается в увеличении мощности и стабилизации величины вырабатываемой энергии при изменении нагрузки. Сущность: в предлагаемом параметрическом резонансном генераторе, содержащем группу катушек индуктивности, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и устройство для периодического изменения индуктивности резонансного контура, установленное на оси электродвигателя, катушки индуктивности установлены в пазах статора параметрического резонансного генератора, а устройство периодического изменения индуктивности выполнено в виде ротора с пазами и выступами в поперечном сечении, катушки индуктивности, соединенные между собой и с емкостью, образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, дополнительные обмотки всех катушек индуктивности соединены последовательно и образуют вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, а выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через диодно-конденсаторный блок или через еще один резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе параметрических резонансных генераторов.

Известен резонансный усилитель мощности, содержащий входной и силовой трансформаторы с нагрузкой во вторичной обмотке силового трансформатора и последовательный резонансный контур между трансформаторами, состоящий из емкости С и индуктивности входной обмотки силового трансформатора, а также из устройства обратной связи между обмотками входного и силового трансформатора, резонансный усилитель мощности содержит n каскадов усиления из n понижающих силовых трансформаторов, соединенных между собой с помощью n последовательных резонансных контуров, где n=2, 3, … m, а обратная связь выполнена в виде устройства, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки последнего силового трансформатора к первичной обмотке входного трансформатора, мощность каждого последующего n-го силового трансформатора связана с мощностью предыдущего n-1-го силового трансформатора соотношением: Pn=кРn-1, где к - коэффициент усиления одного каскада (Резонансный усилитель мощности. Пат. РФ №2517378, заявл. 17.10.2012, опубл. 27.05.2014. Бюл. №15).

В варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде блока бесперебойного питания, вход которого соединен со вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход - с первичной обмоткой входного трансформатора. В другом варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде однонаправленной индуктивности, вход которой соединен со вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход - с первичной обмоткой входного трансформатора.

Недостатком известного устройства является большая масса сердечников и катушек и невысокий коэффициент усиления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является параметрический резонансный генератор, состоящий из двух групп плоских катушек самоиндукции с железным сердечником, соединенных с емкостью и образующих резонансный контур, катушки самоиндукции установлены на двух параллельных плоскостях по периферии двух параллельных окружностей, между обращенными друг к другу сторонами катушек выполнено узкое пространство в виде щели, в которой помещен плоский металлический диск с возможностью вращения, имеющий на периферии вырезы в виде зубцов, количество зубцов равно количеству пар катушек, середины зубцов расположены на окружности, совпадающей с окружностью, проходящей через центр катушек самоиндукции (И. Греков. Резонанс. - Госэнергоиздат, 1952, с. 60-84).

Известный параметрический резонансный генератор использует явление параметрического возбуждения колебаний за счет периодического изменения индуктивности резонансного контура.

Недостатком известного параметрического резонансного генератора являются ограниченная мощность из-за нелинейной зависимости индуктивности катушки с железным сердечником от тока в катушке индуктивности. Другим недостатком является снижение добротности резонансного контура из-за включения сопротивления нагрузки в цепь резонансного контура.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение мощности и снижение зависимости вырабатываемой электроэнергии параметрического резонансного генератора от величины нагрузки.

Технический результат заключается в увеличении мощности и стабилизации величины вырабатываемой энергии при изменении нагрузки.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом параметрическом резонансном генераторе, содержащем группу катушек индуктивности, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур и устройство для периодического изменения индуктивности резонансного контура, установленное на оси электродвигателя, катушки индуктивности установлены в пазах статора параметрического резонансного генератора, а устройство периодического изменения индуктивности выполнено в виде ротора с пазами и выступами в поперечном сечении, катушки индуктивности, соединенные между собой и с емкостью, образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, дополнительные обмотки всех катушек индуктивности соединены последовательно и образуют вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, а выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через диодно-конденсаторный блок или через еще один резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой.

В варианте параметрического резонансного генератора установленные в пазах статора катушки индуктивности имеют тангенциональную намотку по касательной к окружности статора, а размер одного выступа ротора равен общему размеру двух рядом установленных катушек индуктивности на внутренней круговой поверхности статора.

В другом варианте параметрического резонансного генератора установленные в пазах статора катушки индуктивности имеют радиальную намотку по нормали к окружности статора, а размер одного выступа ротора равен общему размеру двух зубцов и одного паза между зубцами на внутренней круговой поверхности статора.

В варианте параметрического резонансного генератора статор генератора выполнен из ферромагнитного материала, при котором индуктивность катушек не зависит от тока в катушке в диапазоне частот 0-10 кГц, например из феррита.

В другом варианте параметрического резонансного генератора статор выполнен из электроизоляционного материала, например из стеклопластика.

В варианте параметрического резонансного генератора ротор выполнен из ферромагнитного материала

В другом варианте параметрического резонансного генератора ротор выполнен из немагнитного материала, например из титана или алюминиевого сплава.

Еще в одном варианте параметрического резонансного генератора ротор выполнен из электроизоляционного материала, например из стеклопластика, а обод ротора с пазами и выступами выполнен из ферромагнитного материала.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2.

На фиг. 1 показана электрическая блок-схема параметрического резонансного генератора.

На фиг. 2 показан общий вид устройства периодического изменения индуктивности в виде статора и ротора.

На фиг. 1 группа катушек индуктивности 1 с индуктивностью L1 (на фиг. 1 показаны две катушки индуктивности 1) установлена с тангенциональной намоткой по касательной к окружности статора в пазах 2 статора 3, все катушки индуктивности соединены последовательно между собой и с емкостью 4 и образуют последовательный резонансный контур 5 с резонансной частотой f0. Каждая катушка индуктивности 1 имеет дополнительную обмотку 6, все обмотки 6 соединены последовательно и с обмотками катушек 1 образуют резонансный трансформатор Тесла 7. Трансформатор Тесла 7 соединен линией 8 с понижающим трансформатором Тесла 9 с высоковольтной 10 и низковольтной 11 обмотками. В цепи низковольтной обмотки 11 установлена емкость 12 второго резонансного контура 13. Второй резонансный контур 13 понижающего трансформатора Тесла 9 соединен через выпрямитель 14, инвертор 15 с нагрузкой 16. Ротор 17 параметрического резонансного генератора соединен с валом электродвигателя 18, который соединен с сетью 19 через частотный преобразователь 20 для регулирования числа оборотов.

На фиг. 2 ротор 17 параметрического резонансного генератора имеет на границе со статором 3 выступы 21 и пазы 22 для периодического изменения индуктивности резонансного контура 5 статора 3. В пазах 2 статора 3 размещены обмотки катушек индуктивности 1, которые соединены последовательно с образованием первичной обмотки трансформатора Тесла 7 и с емкостью 4 с образованием резонансного контура 5. Каждая катушка индуктивности 1 имеет дополнительную обмотку 6. Все дополнительные обмотки 6 соединены последовательно и образуют вторичную обмотку резонансного трансформатора Тесла 7.

Размер А каждого выступа 2 на ободе ротора 17 равен размеру В двух катушек индуктивности 1 на статоре 3

А=В.

При радиальной намотке катушек индуктивности 1 по нормали к окружности статора размер А каждого выступа 21 на ободе ротора 17 равен суммарному размеру С одного паза и двух зубцов на внутренней поверхности статора. Число выступов ротора NB в два раза меньше числа пазов 2 статора 3

NC=2NB.

Параметрический резонансный генератор работает следующим образом. При вращении электродвигателя 18 выступы 21 ротора 17 периодически перекрывают две соседние катушки индуктивности 1, при этом энергия магнитного поля уменьшается, что эквивалентно уменьшению индуктивности катушек индуктивности. Когда в воздушном зазоре над катушками индуктивности 1 находятся пазы 22, индуктивность резонансного контура 5 становится максимальной. Изменение индуктивности резонансного контура 5 приводит к параметрическому возбуждению электромагнитных колебаний. При изменении индуктивности с частотой, в два раза большей, чем резонансная частота f0 колебаний контура 5, в резонансном контуре 5 возникают мощные колебания с напряжением на катушке индуктивности 1 контура 5 более 10 кВ. В проводниках и в катушках 1 резонансного контура 5 существуют хаотичные флуктации электронов, энергия и амплитуда колебаний которых пропорциональна температуре окружающей среды. Как показывает теория и опыт, в резонансном контуре 5 постоянно циркулируют беспорядочные, непрерывно меняющие свое направление, частоту и величину очень слабые флуктуационные токи величиной менее 10-12 А, наведенные теплом окружающей среды, магнитным полем Земли, атмосферными разрядами, электрическими устройствами, радиоволнами. Параметрический резонансный генератор усиливает эти электрические колебания, что приводит к увеличению мощности в цепи.

При изменении индуктивности резонансного контура 5 на ΔL общая индуктивность резонансного контура 5 изменяется от L1+L2 до L1+L2-ΔL. Если частота f изменений параметров резонансного контура 5 в 2 раза превосходит резонансную частоту f0 контура, происходит усиление энергии колебаний и напряжения на катушках индуктивности 1. Трансформатор Тесла 7 усиливает электрические колебания по напряжению и передает их по линии 8 на высоковольтную обмотку 10 второго трансформатора Тесла 9, у которого низковольтная обмотка 9 с емкостью 12 настроена на резонансную частоту f0. Электрическую энергию с трансформатора Тесла 9 передают в выпрямитель 14, преобразуют по частоте в инверторе 15 и передают в нагрузку 16. Изменение частоты f осуществляют путем регулирования числа оборотов электродвигателя 18 с помощью частотного преобразователя 20. Корпус статора 3 выполняют из ферромагнитного материала, обеспечивающего работоспособность параметрического резонансного генератора при резонансной частоте до 10 кГц.

Пример выполнения параметрического резонансного генератора.

Генератор выполнен с вертикальным расположением оси электродвигателя. Каждая катушка индуктивности 1 имеет 6 витков изолированного медного провода, намотанных радиально в пазах 2 статора 3 с внутренним диаметром статора 3 1000 мм, длиной статора 100 мм. Диаметр ротора 17 950 мм, длина ротора 100 мм. Количество выступов 21 на роторе 17 равно 45, число катушек индуктивности 1 на статоре 90. Мощность однофазного электродвигателя 18 составляет 1 кВт, скорость вращения 4500 об/мин.

При вращении ротора 17 выступы 21 периодически совпадают с размерами двух соседних катушек индуктивности 1.

Каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку 6 с числом витков 20 с образованием вторичной обмотки трансформатора Тесла 7.

Все катушки индуктивности 1 соединены между собой попарно последовательно с образованием первичной обмотки трансформатора Тесла 7 и с емкостью 4 с образованием резонансного контура 5 с резонансной частотой f0=1 кГц. Все дополнительные обмотки 6 катушек индуктивности 1 соединены между собой последовательно и образуют вторичную обмотку трансформатора Тесла 7.

Понижающий трансформатор Тесла 9 выполнен аналогично.

Напряжение на входе трансформатора Тесла 9 составляет 10 кВ, выпрямленное напряжение на выпрямителе 14 500 В, напряжение на трехфазном инверторе 15 230/380 В, частота 50 Гц, электрическая мощность 15 кВт.

Параметрический резонансный генератор имеет простую конструкцию, большую мощность при изменении нагрузки, устойчив к коротким замыканиям и может использоваться для питания радиостанций, в технологиях сварки, а также в качестве компактного высокочастотного источника питания.

1. Параметрический резонансный генератор, содержащий группу катушек, соединенных последовательно и образующих с емкостью резонансный контур и устройство периодического изменения индуктивности резонансного контура, установленное на оси электродвигателя, отличающийся тем, что катушки индуктивности установлены в пазах статора параметрического резонансного генератора, а устройство периодического изменения индуктивности выполнено в виде ротора с пазами и выступами в поперечном сечении, катушки индуктивности, соединенные между собой и с емкостью, образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, каждая катушка индуктивности имеет дополнительную обмотку, дополнительные обмотки всех катушек индуктивности соединены последовательно и образуют вторичную обмотку резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, а выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через диодно-конденсаторный блок или через еще один резонансный трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой.

2. Параметрический резонансный генератор по п. 1, отличающийся тем, что установленные в пазах статора катушки индуктивности имеют тангенциональную намотку по касательной к окружности статора, а размер одного выступа ротора равен общему размеру двух рядом установленных катушек индуктивности на внутренней круговой поверхности статора.

3. Параметрический резонансный генератор по п. 1, отличающийся тем, что установленные в пазах статора катушки индуктивности имеют радиальную намотку по нормали к окружности статора, а размер одного выступа ротора равен общему размеру двух зубцов и одного паза между зубцами на внутренней круговой поверхности статора.

4. Параметрический резонансный генератор по п. 1, отличающийся тем, что статор генератора выполнен из ферромагнитного материала, при котором индуктивность катушек не зависит от тока в катушке в диапазоне частот 0-10 кГц, например из феррита.

5. Параметрический резонансный генератор по п. 1, отличающийся тем, что статор выполнен из электроизоляционного материала, например из стеклопластика.

6. Параметрический резонансный генератор по п. 1, отличающийся тем, что ротор выполнен из ферромагнитного материала.

7. Параметрический резонансный генератор по п. 1, отличающийся тем, что ротор выполнен из немагнитного материала, например из титана или алюминиевого сплава.

8. Параметрический резонансный генератор по п. 1, отличающийся тем, что ротор выполнен из электроизоляционного материала, например из стеклопластика, а обод ротора с пазами и выступами выполнен из ферромагнитного материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к созданию контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов. Технический результат заключается в обеспечении согласования выходного полного сопротивления микросхемы мощности с широкополосной сетью.

Изобретение относится к созданию контура усилителя с перекрестной разводкой сигналов постоянного тока и СВЧ-сигналов. Технический результат заключается в обеспечении высокого коэффициента полного сопротивления микросхемы электропитания.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе резонансных усилителей мощности. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления резонансного преобразователя до 2-10 и стабилизации величины коэффициента усиления при изменении нагрузки и частоты.

Изобретение относится к радиопередающим устройствам коротковолнового диапазона и может быть использовано в усилителях мощности радиопередатчиков. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для регулировки амплитуды радиочастотного сигнала. .

Изобретение относится к технике усиления мощности электрических сигналов (С) и может быть использовано при усилении мощности в системах воспроизведения звука, в устройствах автоматики, измерительной и преобразовательной техники.

Изобретение относится к усилителям мощности низкой частоты и может использоваться в миниатюрных слуховых аппаратах. .

Изобретение относится к радиоэлектронике при проектировании плавучих объектов. .

Изобретение относится к области усилительной и генераторной техники и может быть использовано в широкополосных передающих трактах звукового диапазона частот для радиовещания и звукоподводной связи.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в усилителях. Достигаемый технический результат - увеличение коэффициента усиления. Способ увеличения мощности электрического сигнала характеризуется тем, что на вход усилителя для питания колебательного контура подают сигнал переменного тока, находящийся в полосе пропускания колебательного контура усилителя через элемент положительной обратной связи, указанный сигнал подают через элемент обратной связи последовательно с источником сигнала, при этом в сердечнике лавинообразно нарастает магнитный поток, который индуцирует ЭДС во вторичных обмотках усилителя для питания потребителей. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в усилителях мощности. Достигаемый технический результат - увеличение коэффициента усиления и снижение зависимости параметров усиления электрических сигналов от величины нагрузки. Устройство усиления электрических сигналов содержит две группы катушек индуктивности, диск с приводом от электродвигателя для периодического изменения параметров резонансного контура, установленный в зазоре между катушками индуктивности, которые попарно соединены последовательно между собой и с емкостью и образуют резонансный контур первичной обмотки резонансного высокочастотного трансформатора Тесла, вторичную обмотку которого образуют дополнительные обмотки каждой катушки индуктивности. Способ усиления электрических сигналов характеризуется тем, что возбужденные в резонансном контуре колебания преобразуют по напряжению в упомянутом трансформаторе Тесла, выпрямляют и через инвертор передают в нагрузку. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к резонансным преобразователям электрической энергии на основе параметрических резонансных генераторов. Технический результат состоит в повышении мощности и снижении зависимости вырабатываемой электроэнергии параметрического резонансного генератора от величины нагрузки. Параметрический резонансный генератор содержит группу катушек, соединенных последовательно и образующих с емкостью резонансный контур. Устройство периодического изменения индуктивности резонансного контура установлено на оси электродвигателя. Параметрический резонансный генератор и устройство периодического изменения индуктивности резонансного контура выполнены из первой и второй параметрических резонансных электрических машин, установленных друг над другом. Каждая из электрических машин имеет статор и ротор. Роторы двух электрических машин установлены на общем валу. В пазах статора первой и второй электрических машин вокруг зубцов статора установлены основные катушки индуктивности, соединенные между собой и с емкостью в отдельный резонансный контур каждой электрической машины. Каждая основная катушка индуктивности во второй электрической машине имеет дополнительную обмотку. Все дополнительные обмотки всех катушек индуктивности второй электрической машины соединены последовательно и совместно с основными катушками индуктивности выполнены в виде резонансного трансформатора Тесла, в котором основные катушки индуктивности резонансного контура являются первичной обмоткой. Дополнительные обмотки катушек индуктивности выполнены в виде вторичной обмотки. Выводы вторичной обмотки трансформатора Тесла соединены через выпрямитель или еще один трансформатор Тесла, выпрямитель и инвертор с нагрузкой и через преобразователь частоты с резонансным контуром катушек индуктивности первой электрической машины. Роторы первой и второй электрической машины в поперечном сечении имеют на внешнем ободе выступы и пазы. Размеры выступа ротора равны общему размеру двух зубцов и двух пазов статора. Количество выступов ротора в два раза меньше числа зубцов статора в каждой электрической машине. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Технический результат - увеличение коэффициента усиления электрических сигналов и повышение стабильности величины коэффициента усиления при изменении нагрузки. Предложено четыре варианта устройств усиления электрических сигналов и способ усиления электрических сигналов. Предлагаемые устройства усиления электрических сигналов содержат по две группы катушек индуктивности, установленных попарно с зазором в параллельных плоскостях соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью и образующих резонансный контур, и прибор для периодического изменения параметров резонансного контура, который содержит источники света, которые могут быть выполнены и установлены различным образом. 5 н. и 22 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Задачей и техническим результатом является в способе и устройстве увеличение коэффициента усиления и снижение зависимости параметров от величины нагрузки с увеличением добротности резонансных контуров за счет однонаправленной передачи электрической энергии от источника питания к нагрузке, исключения сопротивления нагрузки из электрической цепи, обеспечивающей параметрическое усиление электрических колебаний, и использования энергии электрического поля уединенных емкостей, что приводит к параметрическому изменению емкости в резонансных контурах высоковольтных обмоток трансформаторов Тесла. Предлагается усиление электрических сигналов путем параметрического возбуждения колебаний в резонансном контуре и преобразование электрической энергии в энергию колебаний с частотой f1 в резонансном контуре низковольтной обмотки трансформатора Тесла, а также усиление электрических колебаний тока и напряжения путем периодического изменения потенциала за счет поляризации молекул воздуха и паров воды в электрическом поле уединенной емкости и параметрического резонанса в резонансном контуре высоковольтной обмотки трансформатора Тесла с частотой f2=f1. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам усиления электрических сигналов на основе резонансных преобразователей электрической энергии. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления и снижении зависимости параметров от величины нагрузки. Технический результат в группе изобретений достигается за счет того, что прибор для изменения параметров резонансного контура выполнен в виде двух естественных уединенных емкостей из проводящего материала, установленных над повышающим и понижающим трансформатором Тесла, и соединен со свободным выводом высоковольтной обмотки с образованием резонансного контура. Также указанный прибор может быть выполнен в виде n+2 уединенных емкостей из проводящего материала, одна из которых установлена над повышающим трансформатором Тесла и n+1 уединенных емкостей установлены над n+1 понижающим трансформаторами Тесла, каждая уединенная емкость соединена со свободным выводом высоковольтной обмотки с образованием резонансного контура, все 2(n+2) резонансные контуры имеют одинаковую резонансную частоту. Также в одном из вариантов обеспечивается усиление электрических колебаний путем параметрического изменения емкости резонансного контура высоковольтной обмотки понижающего трансформатора Тесла, передачи усиленных колебаний тока и напряжения в резонансный контур низковольтной обмотки понижающего трансформатора Тесла с частотой f3=f2=f1=f0, выпрямления тока и напряжения и преобразования электрической энергии по частоте и напряжению в инверторе и передачи в нагрузку и частично по цепи обратной связи через блок питания на вход источника питания. Усиление электрических колебаний может быть достигнуто путем параметрического изменения емкости n+1 резонансных контуров высоковольтных обмоток n+1 понижающих трансформаторов Тесла, передачи усиленных колебаний тока и напряжения в n+1 резонансных контуров низковольтной обмотки n+1 понижающих трансформаторов Тесла с резонансной частотой, одинаковой для всех 2(n+2) резонансных контуров, выпрямления тока и напряжения в n+1 выпрямителе. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх