Способ передачи электромагнитной энергии

 

ан Ве-юб!ънАя ааааа е -(,ев, Союз Советских

Социалистических

Республик о и и.оФГ ни--е (11) 625648

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К llAYEHTV (61) Дополнительный к патенту (22) ЗаЯвлено 20.07.73 (21) 1945966/24-07 (23) Приоритет — (32) 21.07.72 (3!) 7226338 (3З) Франция (43) Опубликовано 25.09.78бюллетень №35 (45) Дата опубликования описания11.08.78

2 (51) М. Кл, Я 01 Р 21/12

Государственный комитет

Совете Министров СВВР но делам изобретений и открытий (53) УДК 621.3.013 (088.8) Иностранцы

Кристиан Риукс и Мишель Лежантий (Франция) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Анвар" (Франция) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

ЭНЕРГИИ

Изобретение касается способа передачи с высоким КПЕ магнитной энергии из катушки индуктивности в сопротивление нагрузки. Оно может найти применение в электротехнике, а именно в тех областях, где используют устройства, содержащие накопительные катушки, например, для создания магнитных солей, накапливающие значительную энергию, которая должна быть выделена с высоким КПД.

Если через индуктивность величины Ь протекает ток т, электромагнитная энергия, накапливаемая в этой катушке, равна W = 1/24i, а магнитный поток равен Р"-1,1 1 1).

Предположим, что эту индуктивность подключают при помощи выключателя к другой индуктивности, величину которой для простоты берут равной первой. Так как поток остается неизменным, после замыкания выключателя в каждой из индуктивностей он будет равен 1/2 Ь, а накопленная электромагнитная энергия равна 1/8 L i, В этих условиях передача магнитной энергии от первой индуктивности ко второй осушествляется с

КПД 25%. Этот способ передачи приме. няется в основном в лабораторных условиях, но его нельзя применять в тех цепях, в которых магнитная энергия достигается значительной величины, так как его низкий КПД приводит к слишком большим потерям энергии, Целью изобретения является повышение

10 КПД.

Для этого по предложенному способу передачу энергии осуществляют путем последовательного подключения одного из отводов одной из катушек к ряду отвоИ дов другой катушки в порядке их убывания, Две катушки индуктивности, между которыми осуществляется передача, или соединены посредством системы коммутации, 20 или связаны посредством трансформатора, коэффициент трансфopMBIIHH которого является переменным.

На фиг. 1 показана схема электрической цепи; на фиг. 2 — график развития

25 такой цепи; на фиг. 3 — график развития

6256 одной из схем; на фиг. 4 — характеристика КПД передачи по предложенному способу в зависимости от числа осуществляемых передач; на фиг. 5 — схелre цеди, в которой две индуктивнос ги с оединекы при помощи трансформатора со вспомогательным колебательным контуром; на фиг. 6— график развития системы, когда вспомогательная цепь авляетса колебательным контуром, как на фиг. 5, и преобразования основной цепи синхронно с колебаниями то- о ка во вспомогательной цепи. Индуктивности

1 и 2, величины которых равны соответственно) g u L, имеют купевое внутреннее сопротивление„по ким протекают токи, соответственно, 1 и,, в генератор15 ной схеме 3 протекает ток, (фиг. 1).

Cl

Соединительное устройство 4 — нейтральное с энергетической точки зрения (индуктивность, емкость и сопротивление нулевые), обеспечивает между тремя токами

28

1,, I2 — линейное соотношение вида:

"C " "" 1 Р 2 Ю

Пользуясь формулой, можно изучаешь обмен энергией между элементами (,„,p, и генераторной схемой 3.

Предположим, что коэффициенты р и/3 постоянны. Электромагнитная энергия, накопленная в каждой из индуктивностей, соответственно следующая:

Ф = — L j

)..2

1 2 2 (27 A2 = — L

Z 2 2

Полная энергия 9/, накопленная во всей цепи, которая представляет собой сумму энергии %1 и %2, может быть выражена просто как функция коэффициен49 тов О(, и /Ь тека 1 @ и величины индуктывностей 4 и L2 . Расчеты позволяют установить следующее соотношение:

3. .2 . Р 2 2 {. 2 Й (ч" 1(3)45 . Р 2 2

Выражение (3) показывает, что полная энергия V/y имеет минимальную ве= личину (Фу ), при 1 =О. Когда схема на фиг. 1 находится в таком состоянии, говорят, что она в состоянии равновесия.

Энергию %/1 и Ч/д, накопленную в индуктивностях 1 и 2 удобно выразить через соотношения:

% =W coe6

М/,= Ф„. 5 и 8

43

В состоянии равновесия, определяемом углом 8,., накормим:

- (i

В общем случае можно установить, что для любого положения, характериз.- .,:=;: o углом 8, имеется соотношение: ф оС /Ь сов В-В,){ Я

- ь7

Зги результаты наглядно представлены на графике с двумя взаимно периендикулчрными осами, на которых накладывают величины Я и N> (фиг. 2).

Точкой равновесия является такая точка M о, при которой (77

Скользящая точке М, представляющая конкретное состояние пепи, расположена на прял;ой, перпендикулярной к СМ в точке Мо таким образом, что: (""И1 1 () { 2. " ®2 . (Ж

Следовательно, график на фиг. 2 показывает общее поведение цепи при изменении некоторых из ее элементов, при котором всегда выполняется соотношение (1). Так дла цепи, показанной на фиг. 1, в которой начальное состояние соответствует электромагкитной энергии, накопленной только в индуктивности 1, и представлено точкой М, отрезок прямой, заключенный между М j и М,, представляет продвижение этой системы к конечному состоянию равновесия, показанному точкой М .

В рассмотренном случае, относящемся к известным способам, индуктивности 1 и 2 имеют одинаковую величину, благодаря симметрии точки М с, расположена на первой биссектрисе системы осей, а конечное состояние таково, что %1 4@2.

Передача, соответствующая переходу от

М g к М z, осуществляется в этом случае, с КПД 25%, На фиг. 3 показана последовательность из И преобразователей, которые позволяют осуществлять постоянную передачу энергии, содержащейся в начальный момент в одной из индуктивностей, в другую индуктивность, в отличие от одной единств

643

625

45 венной резкой передачи, показанной на фиг. 2, которая характерна для извест ных способов. Нв фиг. 3 начальное состояние системы представлено точкой М соответствующей электромагнитной энергии, накопленной исключительно в сопротивлении величиной g, причем абсцисса точки М paBHa fVl . Обозначение М указыввет, что перед всяким преобразованием BeIIb находится в положении равно1О весия. Первое преобразование цепи заставляет точку, предстввляюшую состояние системы, перейти из точки МО в ,такую точку М, при которой угол (ОЫ, ОМО) равен IL/2и, Это принимает-1 ся за новое начальное состояние в новом преобразовании от М1 к М, имеющем тот же характер и ту же величину, что и предыдущее преобразование, но постоянно подходит к точке М (с ординатой 2О Я, где вся магнитная энергия накоплена в индуктивности g2, Следовательно, изменение системы осуществляется вдоль ломанной линии В, тогда как идеальное преобразование с КПЕ(равным единице должно было бы происходить по четверти окружности g . Скользящая точка обозначена через М. В этом случае легко подсчитать потери, возникеющие в системе при ее преобразовании вдоль ломанной ли - нии В и, следовательно, KM преобразования, который по определению равен отнс шению энергии, окончательно накопленной в индуктивности L g, к энергии, первоначально накопленной в индуктивности Ь 1

Находим: Iw ) н () cos — ((9) 40

Этот КПЙ тем ближе к 1, чем больше И

) чем больше число преобразований, осуществленных для перехода от начального состояния к конечному.

При фиг. 4 показано изменение КПЙ в зависимости от числа и преобразований. На этой фигуре и отложено по оси абсцисс, в КПД вЂ” по оси ординат. йля достижения значительного KIIQ необходимо прибегнуть практически более чем K десяти преобразованиям (в извест ных способах при угле между начальным и конечным состояниями равном Яt4, что соответствует И =2, КПП составляет

0,25.

На фиг, 5 показан один из вариантов передачи энергии. На этой фигуре показан

6 вариант цепи нв фиг, 1, которая содержит идентичные элементы обозначенные одинаковыми позициями. в частности индуктивности 1 и 2, величины которых равны соответственно ), и ) д, Эти индуктивности связаны трансформатором и образуют основную цепь. Вспомогательная цепь образована генератором 5 и реактивным элементом 6, например конденсатором. Вспомогательная цепь 6 соединена с основной цепью полной взаимной индукцией через трансформатор 7. .Пля такой цепи токи, 1, (g связаны линейным соотношением, аналогичным соотношению (1 ), которое приводит к закону изменения полной энергии того же вида, что и выражении (3). Для такой цепи график — на фиг. 2 остается действительным с той только разницей, что вспомогательная цепь С содержит теперь конденсатор 6, способный вызывать колебания тока около положения равновесия. Когда система, выходящая из начального состояния, характеризующегося на фиг. 2 точкой М, достигает состояния, характеризующегося точкой М, конденсатор 6 уже приобретает заряд не равный нулю.

Следовательно, . начиная с точки М<, ток („ изменяет знак, и конденсатор превращается в генератор. Энергия кон- денсатора передается в основную цепь, которая отклоняется от положения равновесия до точки, симметричной М относительно М . По достижении этой точки состояние цепи воэвращвеп=я к состоянию, представленному точкой Мо, Таким образом возникает колебательное движение между точкой М; и точкой, ей симметричной, относительно Мо °

На фиг. 6 система переходит от начального состояния, представленного точкой

N р, в состояние, представленное точкой Мт, симметричной точке Мр-i относитепьно состояния равновесия Мр ) .

Система, начальное состояние кбторой представлено точкой Мд и которая снабжена реактивной системЬй, например конденсатор 6,, перемещается к конечному состоянию, характеризующемуся точкой

М вдоль ломаной линии В, которая вписана в четверть круга с центром в точке О, так что конечная энергия UV g равна начальной энергии Vl<, В этом случае передача осуществляется с КПД, равным единице. Этот частный случай передачи требует, чтобы изменения основной цепи происходили синхронно с последовательными зарядами и разрядами кон62 5643 денсатора 6. Моменты изменений основной цепи соответствуют вершинам многоугольной характеристики В, т.е. точкам

Мр <> Мр > Мрф и т, д, В таком варианте передачи энергии вклад конденсатора очень невелик по отношению к полной энергии. Действительно, если обозначить число последовательностей, полярный угол между точкой Мр!.Ц2, пРедставлЯющий состоЯние минимальной энергии, и одной из точек !

О

М р или Яр!., соответствующих преобразованиям элементов, цепи, равен !tt/$ tf энергия, вносимая конденсатором, составляет% (й/4!!) . Для п= 8 эта энергия

2 составляет всего одну сотую от полной !

5 энергии.

Формула изобретения

Способ передачи электромагнитной энергии от накопительной катушки в нагрузочную катушку пуаем подключения коммутирующего элемента к отводам упомянутых катушек, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

KHL1, передачу энергии осуществл цо" путем последовательного подключения одного из отводов одной из катушек к ряду отводов другой катушки в порядке их убывания, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1, Родштейн Л. А. Электрические аппараты низкого напряжения, И-Л, Энергия, 1964, с. 16, Составитель В. Мясникова

Редактор E. Кравцова Техред Э. Чужик Корректор С. Ямалова

Заказ 5280/5 Тираж 960 Подписное

ЦИНИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений и открнтий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4