Параметрический трансформатор

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании параметрических трансформаторов повышенной частоты для источников вторичного электропитания. Технический результат состоит в повышении перегрузочной способности без затухания колебаний за счет отсутствия непосредственной электромагнитной связи между потоками входной, резонансной и нагрузочной цепи. Параметрический трансформатор содержит магнитопровод, первичную обмотку, выходную обмотку, резонансную обмотку, подключенную к конденсатору. Магнитопровод имеет П-образную конструкцию. На левой части магнитопровода помещен С-образный сердечник, на котором расположена первичная обмотка. На боковой поверхности правой части магнитопровода с внешней и с внутренней стороны расположены два одинаковых постоянных магнита, соединенных стальной подковообразной обоймой, таким образом, чтобы поток постоянных магнитов замыкался по контуру: левый постоянный магнит, магнитопровод, правый постоянный магнит, стальная обойма, левый постоянный магнит, выходная обмотка намотана на правый торец магнитопровода таким образом, что ее плоскость перпендикулярна плоскости потока постоянных магнитов. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании параметрических трансформаторов повышенной частоты для источников вторичного электропитания.

Известен параметрический трансформатор (патент RU №2040058, H01F 27/28, G05F 3/06, 20.07.1995 г.), состоящий из составного магнитопровода броневого типа, в котором на одном из крайних участков расположена первичная обмотка, подключенная к сети с напряжением U1, частотой f1, на другом крайнем участке расположена выходная резонансная обмотка, подключенная к конденсатору, данный участок периодически насыщается магнитным потоком первичной обмотки и вызывает периодическую модуляцию индуктивности обмотки резонансного контура, а вместе с этим и параметрическое возбуждение колебаний в контуре.

Недостатком данного устройства является электромагнитная взаимосвязанность первичной и вторичной обмоток, зависимость выходного напряжения, снимаемого с конденсатора резонансной обмотки, от величины нагрузки, что приводит к снижению нагрузочного диапазона, расположение входной обмотки на крайнем стержне, что приводит к нелинейной зависимости выходного потока от входного, т.е. исключения потоковой связи между входной и выходной обмотками, что снижает перегрузочную способность устройства без срыва колебаний.

Наиболее близким к предлагаемому является параметрический трансформатор (патент RU 116268, H01F 19/04, H01F 27/38, от 20.07.1995 г.), состоящий из составного магнитопровода броневого типа, имеющего С-образный участок, состоящий из боковых стержней и центральной части, замыкающего участка, среднего участка, выходной обмотки, резонансной обмотки, расположенной на среднем участке, подключенной к конденсатору, в конце среднего участка, в месте стыка с замыкающим участком, имеется вставка из другого по сравнению с остальной частью магнитного материала, представляющая собой часть тороидального сердечника, на котором расположена первичная обмотка, подключенная к сети, выходная обмотка размещена на боковых стержнях С-образного участка и разделена на две равные части, соединенные последовательно-встречно.

Недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа, является невысокая технологичность конструкции в связи с ее сложностью; устройство имеет недостаток, свойственный практически всем параметрическим трансформаторам - не предусмотрено разделение магнитных потоков резонансной и выходной обмотки, в связи с чем при увеличении тока нагрузки добротность уменьшается и колебания срываются.

Задачей предлагаемого устройства является упрощение конструкции, увеличение технологичности и надежности всего устройства путем удаления хрупкой средней части.

Техническим результатом изобретения является увеличение перегрузочной способности устройства без затухания колебаний за счет отсутствия непосредственной электромагнитной связи между потоками входной, резонансной и нагрузочной цепи.

Технический результат достигается тем, что параметрический трансформатор содержит магнитопровод, первичную обмотку, выходную обмотку, резонансную обмотку, подключенную к конденсатору, отличающийся тем, что магнитопровод имеет П-образную конструкцию, на левой части магнитопровода помещен С-образный сердечник, на котором расположена первичная обмотка, на боковой поверхности правой части магнитопровода с внешней и с внутренней стороны расположены два одинаковых постоянных магнита, соединенных стальной подковообразной обоймой, таким образом, что поток постоянных магнитов замыкается по контуру: левый постоянный магнит, магнитопровод, правый постоянный магнит, стальная обойма, левый постоянный магнит, выходная обмотка намотана на правый торец магнитопровода таким образом, что ее плоскость перпендикулярна плоскости потока постоянных магнитов.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором показана конструкция параметрического трансформатора.

Параметрический трансформатор содержит магнитопровод 1, первичную обмотку 2, выходную обмотку 3, резонансную обмотку 4, подключенную к конденсатору 5, и согласно изобретению магнитопровод 1 имеет П-образную конструкцию, на левой части магнитопровода 1 помещен незамкнутый С-образный сердечник 6, на котором расположена первичная обмотка 2, к боковой поверхности правой части магнитопровода 1 с внешней и с внутренней стороны расположены два одинаковых постоянных магнита 7, соединенных стальной подковообразной обоймой 8, таким образом, что поток постоянных магнитов 7 замыкается по контуру: левый постоянный магнит 7, магнитопровод 1, правый постоянный магнит 7, стальная обойма 8, левый постоянный магнит 7, выходная обмотка 3 намотана на правый торец магнитопровода 1 таким образом, что ее плоскость перпендикулярна плоскости потока постоянных магнитов 7.

Работа параметрического трансформатора основана на возникновении периодических колебаний в колебательном контуре W₂ Ср при периодическом изменением какого-либо параметра, в частности индуктивности обмотки колебательного контура. Это осуществляется периодическим насыщением части участка магнитопровода, на котором расположена соответствующая обмотка.

Принцип действия параметрического трансформатора сводится к следующему. Параметрический трансформатор содержит магнитопровод 1, первичную обмотку 2, выходную обмотку 3 и резонансную обмотку 4, подключенную к конденсатору 5, совместно с которым она образует колебательный контур W_p Ср. Первичная обмотка 2 параметрического трансформатора расположена на С-образном сердечнике 6, помещенном на левой части магнитопровода 1, и подключена к источнику периодических импульсов частотой ƒ₁.

Магнитный поток Ф1, образованный первичной обмоткой 2, замыкается по С-образному сердечнику 7 и перпендикулярной ему области левой части магнитопровода 1, причем величина магнитного потока Ф1 должна быть достаточной для периодического насыщения перпендикулярной ему области левой части магнитопровода 1. В связи с этим относительная магнитная проницаемость μ_r1 всего магнитопровода 1 будет также периодически меняться, что приведет к периодическому изменению индуктивности резонансной обмотки 4 и возникновению периодических колебаний в резонансном контуре W_p Ср. Переменный магнитный поток Ф_р, созданный резонансной обмоткой 4, изменяется с частотой ƒ₂⁼ƒ₁/2, будет замыкаться по магнитопроводу 1.

На боковой поверхности правой части магнитопровода 1 с внешней и с внутренней стороны расположены два одинаковых постоянных магнита 7, соединенных стальной подковообразной обоймой 8, таким образом, что поток постоянных магнитов 7 перпендикулярен потоку Ф_р резонансной обмотки 4 и замыкается по контуру: левый постоянный магнит 7, магнитопровод 1, стальная обойма 8, левый постоянный магнит 7.

Правая часть магнитопровода 1 находится под воздействием суммарного магнитного потока , достаточного для периодического насыщения области пересечения потока Ф_р резонансной обмотки 4 с потоком Ф_о постоянных магнитов 7, при этом магнитная проницаемость данной области правого стержня магнитопровода 1 периодически меняется от μ_r1 до μ_rmin, где μ_r1 ^_ магнитная проницаемость ненасыщенного материала, μ_rmin - магнитная проницаемость насыщенного материала. В результате этих процессов величина потока постоянных магнитов 7 будет периодически изменяться от Ф_о до Ф_о - ΔФ_о, где Ф_о - переменная составляющая потока постоянных магнитов 7, обусловленная изменением магнитной проницаемости μ_r

Поскольку выходная обмотка 3 расположена так, что на нее воздействует только переменная составляющая ΔФ_о потока постоянных магнитов 7, в ней наводится переменная ЭДС

где k_ф - конструктивный коэффициент;

W₂ - число витков выходной обмотки 3;

ƒ₂ - частота напряжения выходной обмотки 3.

При этом ƒ₂=2ƒр=ƒ₁, т.к. магнитный поток ΔФ_о, наводящий ЭДС, меняется дважды за период резонансной частоты ƒ_p.

Падение напряжения на выходной обмотке будет меньше, чем в прототипе, т.к. магнитное сопротивление магнитов велико, отсутствует непосредственная электромагнитная связь между потоками входной, резонансной и нагрузочной цепи, в связи с этим нагрузочная цепь не влияет на резонансную, добротность резонансного контура не зависит от нагрузки, поэтому увеличивается перегрузочная способность устройства без затухания колебаний.

Таким образом, предлагаемая конструкция параметрического трансформатора при всех достоинствах, присущих прототипу, имеет дополнительные преимущества:

1) технологичность и надежность устройства много раз превышает прототип благодаря отсутствию довольно хрупкой средней части, состоящей из тонкого среднего участка и вставленного в него тороидального сердечника, при этом резко повышается надежность всего устройства;

2) повышена перегрузочная способность устройства без затухания колебаний за счет того, что падение напряжения на выходной обмотке будет меньше, чем в прототипе, т.к. магнитное сопротивление постоянных магнитов велико, отсутствует непосредственная электромагнитная связь между потоками входной, резонансной и нагрузочной цепи, в связи с этим нагрузочная цепь не влияет на резонансную, добротность резонансного контура не зависит от нагрузки.

Параметрический трансформатор, содержащий магнитопровод, первичную обмотку, выходную обмотку, резонансную обмотку, подключенную к конденсатору, отличающийся тем, что магнитопровод имеет П-образную конструкцию, на левой части магнитопровода помещен С-образный сердечник, на котором расположена первичная обмотка, на боковой поверхности правой части магнитопровода с внешней и с внутренней стороны расположены два одинаковых постоянных магнита, соединенных стальной подковообразной обоймой таким образом, чтобы поток постоянных магнитов замыкался по контуру: левый постоянный магнит, магнитопровод, правый постоянный магнит, стальная обойма, левый постоянный магнит, причем выходная обмотка намотана на правый торец магнитопровода таким образом, что ее плоскость перпендикулярна плоскости потока постоянных магнитов.