RU2359184C1 - Sonic cold device, acoustic radiation element - Google Patents
Sonic cold device, acoustic radiation element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359184C1 RU2359184C1 RU2007138431/06A RU2007138431A RU2359184C1 RU 2359184 C1 RU2359184 C1 RU 2359184C1 RU 2007138431/06 A RU2007138431/06 A RU 2007138431/06A RU 2007138431 A RU2007138431 A RU 2007138431A RU 2359184 C1 RU2359184 C1 RU 2359184C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- voltage
- output
- power
- acoustic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к холодильной или морозильной технике, в частности к машинам, в которых хладагентом является воздух, и может быть использовано в бытовых холодильниках.The invention relates to refrigeration or freezing equipment, in particular to machines in which the refrigerant is air, and can be used in domestic refrigerators.
Введение в действие на территории Российской Федерации регулирующих мер Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой, и Киотского протокола к Рамочной конвенции ООН о сохранении климата поставило задачу в ближайшей перспективе сокращения производства и потребления гидрохлорфтор-углеродов и развития альтернативных технологий получения искусственного холода.The introduction on the territory of the Russian Federation of the regulatory measures of the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer and the Kyoto Protocol to the UN Framework Convention on Climate Conservation set the task in the near future to reduce the production and consumption of hydrochlorofluorocarbons and to develop alternative technologies for producing artificial cold.
Проведенные в этом направлении исследования показали, что одним из перспективных методов получения искусственного холода является акустический метод, основанный на переносе тепла звуком и использующий в качестве рабочего вещества воздух или смесь газов.Studies conducted in this direction have shown that one of the promising methods for producing artificial cold is the acoustic method based on the transfer of heat by sound and using air or a mixture of gases as a working medium.
Известен акустический хладоагрегат, содержащий корпус, помещенный в корпус акустический излучатель, выполненную в корпусе полость, заполненную рабочей средой, под резонатор и встроенный в нее регенератор, на торцах которого установлены теплообменники, акустический излучатель встроен в устройство возбуждения (см. патент US 6804967, F25B 9/00, 2004 г.).Known acoustic refrigeration unit comprising a housing, an acoustic emitter placed in the housing, a cavity filled in the housing filled with a working medium, a cavity underneath the resonator and a regenerator built into it, at the ends of which heat exchangers are installed, the acoustic emitter is integrated into the excitation device (see US patent 6804967, F25B 9/00, 2004).
Известное устройство обеспечивает перепад температур до 12°С, что не позволяет применить его в бытовом холодильнике.The known device provides a temperature difference of up to 12 ° C, which does not allow its use in a domestic refrigerator.
Из уровня техники не известно устройство (объединенное одним изобретательским замыслом с акустическим хладоагрегатом) возбуждения излучателя акустического хладоагрегата генератором синусоидальных сигналов с автоподстройкой частоты.The prior art device is not known (combined by one inventive concept with an acoustic refrigeration unit) excitation of the emitter of the acoustic refrigeration unit by a sinusoidal signal generator with automatic frequency control.
Задачей настоящего изобретения являлась разработка акустического хладоагрегата с тепловым потоком более 30 Вт и перепадом температуры 30°С, что даст возможность применить такой хладоагрегат в бытовом холодильнике.The objective of the present invention was to develop an acoustic refrigeration unit with a heat flux of more than 30 W and a temperature drop of 30 ° C, which will make it possible to use such a refrigeration unit in a domestic refrigerator.
Указанная задача решена тем, что в акустическом хладоагрегате, содержащем корпус, помещенный в корпус акустический излучатель, выполненную в корпусе полость, заполненную рабочей средой, под резонатор и встроенный в нее регенератор, на торцах которого установлены теплообменники, акустический излучатель встроен в устройство возбуждения, согласно изобретению полость под резонатор выполнена ступенчатой формы с уменьшением размера в направлении от излучателя, с опорой каждой ступени на свою заходную часть, выполненную в форме усеченного конуса, теплообменник выполнен в виде алюминиевого перфорированного диска, а в качестве рабочей среды использована гелий-криптоновая смесь под давлением 2…3 атм.This problem is solved in that in an acoustic refrigeration unit containing a housing, an acoustic emitter placed in the housing, a cavity filled in the housing filled with a working medium, a resonator and a regenerator built into it, at the ends of which heat exchangers are installed, the acoustic emitter is integrated into the excitation device, according to According to the invention, the cavity for the resonator is made in a stepped form with a decrease in size in the direction from the emitter, with each stage resting on its inlet part, made in the form of a truncated Onus, the heat exchanger is made in the form of an aluminum perforated disk, and a helium-krypton mixture under a pressure of 2 ... 3 atm was used as a working medium.
Указанная задача решена еще тем, что устройство возбуждения акустического излучателя характеризуется соединенными в кольцо генератором, управляемым напряжением, третий вход которого соединен с подстроечным резистором управления частотой; формирователем коммутирующих импульсов; фазовращателем, дополнительно соединенным вторым входом с генератором, управляемым напряжением, усилителем мощности, вход которого соединен с потенциометром управления током; фильтром; акустическим излучателем; датчиком тока; вторым быстродействующим операционным усилителем блока операционных усилителей; фазовым дискриминатором и соединенным с кольцом первым быстродействующим операционным усилителем своим первым входом от второго выхода генератора, управляемого напряжением, а выходом со вторым входом фазового дискриминатора при подключении ко второму входу первого быстродействующего операционного усилителя подстроечного резистора управления сдвигом фазы, при этом устройство характеризуется запитанным от сети силовым преобразователем напряжения, первый выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности, а второй выход с первым входом блока быстродействующих операционных усилителей и запитанным от сети маломощным источником питания, первый выход которого (с выпрямленным напряжением +30 В) соединен силовым преобразователем напряжения, а второй выход (с выпрямленным напряжением +15 В) соединен через стабилизатор напряжения, выход которого, в свою очередь, соединен со вторым входом блока быстродействующих операционных усилителей, с третьим входом фазового дискриминатора, со вторым входом генератора, управляемого напряжением, и вторым входом формирователя коммутирующих импульсов.The indicated problem is also solved by the fact that the excitation device of the acoustic emitter is characterized by a voltage-controlled oscillator connected to the ring, the third input of which is connected to a frequency tuning trim resistor; shaper of switching pulses; a phase shifter additionally connected to the second input with a voltage controlled oscillator, a power amplifier, the input of which is connected to a current control potentiometer; a filter; acoustic emitter; current sensor; a second high-speed operational amplifier unit operational amplifiers; phase discriminator and the first high-speed operational amplifier connected to the ring by its first input from the second output of the voltage-controlled generator, and by the output with the second input of the phase discriminator when the phase-shift tuning resistor is connected to the second input of the first high-speed operational amplifier, while the device is characterized by a power supply from the network a power voltage converter, the first output of which is connected to the second input of the power amplifier, and the second output with the first input of the block of high-speed operational amplifiers and a low-power power source powered from the network, the first output of which (with rectified voltage +30 V) is connected by a power voltage converter, and the second output (with rectified voltage +15 V) is connected through a voltage regulator, the output of which, in in turn, connected to the second input of the block of high-speed operational amplifiers, with the third input of the phase discriminator, with the second input of the voltage-controlled generator, and the second input of the shaper to switching impulses.
Эффективно, если силовой преобразователь напряжения выполнен в виде соединенных последовательно сетевого выпрямителя, регулируемого инвертора, трансформаторно-выпрямительного блока, высокочастотного фильтра и устройства управления и защиты, включенного между выходом высокочастотного фильтра и вторым входом регулируемого инвертора.Effectively, if the power voltage converter is made in the form of a series-connected rectifier, an adjustable inverter, a transformer-rectifier unit, a high-pass filter and a control and protection device connected between the output of the high-pass filter and the second input of the adjustable inverter.
Достаточно, если маломощный источник питания выполнен в виде включенных последовательно понижающего трансформатора, выпрямителя и сглаживающего фильтра.It is enough if the low-power power supply is made in the form of a step-down step-down transformer, a rectifier and a smoothing filter connected in series.
Совокупность отличительных признаков заявленных технических решений заявителю не известна, что является доказательством новизны предложения, а каждый из признаков заявленной совокупности со всей очевидностью не следует из уровня техники, что является доказательством наличия изобретательского уровня в предложении. При этом авторы подчеркивают наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков изобретения и достигнутым результатом, имеющим технический характер.The totality of the distinctive features of the claimed technical solutions to the applicant is not known, which is proof of the novelty of the proposal, and each of the features of the claimed combination clearly does not follow from the prior art, which is evidence of the presence of inventive step in the proposal. Moreover, the authors emphasize the existence of a causal relationship between the totality of the essential features of the invention and the achieved result, which is of a technical nature.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен акустический хладоагрегат, на фиг.2 представлена структурная электрическая схема устройства возбуждения акустического излучателя, на фиг.3 - структурная электрическая схема силового преобразователя напряжения, на фиг.4 - структурная электрическая схема маломощного источника питания.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows an acoustic refrigeration unit, Fig. 2 shows a structural electrical diagram of an acoustic emitter excitation device, Fig. 3 is a structural electrical diagram of a power voltage converter, and Fig. 4 is a structural electrical diagram of a low-power power source.
Акустический хладоагрегат содержит корпус 1, выполненный оребренным со стороны горячего теплообменника.The acoustic refrigeration unit comprises a housing 1 made of finned side of the hot heat exchanger.
В корпус помещен акустический излучатель 2 (динамик). Корпус выполнен разъемным для удобства изготовления и сборки. В корпусе выполнена полость под резонатор 3 ступенчатой формы с уменьшением размера в направлении от излучателя, с опорой каждой ступени на свою заходную часть в форме усеченного конуса. В полости размещен регенератор 4, по концам которого установлены теплообменник 5 (холодный) и теплообменник 6 (горячий). Теплообменники выполнены в виде алюминиевого перфорированного диска. На поз.7 условно показано устройство возбуждения акустического излучателя 2. Рабочим телом является гелий-криптоновая смесь под давлением 2…3 атм. Основное преимущество такой смеси перед воздухом или чистым гелием состоит в значении числа Прандтля - отношении коэффициента климатической вязкости к коэффициенту теплопроводности. Число Прандтля для гелий-криптоновой смеси составляет около 0,3 при концентрации криптона 0,2…0,5. Эта смесь имеет еще одно преимущество перед чистым гелием - малая скорость звука. Чем ниже скорость звука, тем меньшая длина резонатора необходима. Это позволяет уменьшить длину всей конструкции. Оптимальное рабочее давление смеси равно 2,5 атм. и выбирается с учетом значения температуропроводности.An acoustic emitter 2 (speaker) is placed in the housing. The housing is detachable for ease of manufacture and assembly. In the housing, a cavity is made for the resonator 3 of a step shape with a decrease in size in the direction from the emitter, with each stage resting on its inlet in the form of a truncated cone. A regenerator 4 is placed in the cavity, at the ends of which a heat exchanger 5 (cold) and a heat exchanger 6 (hot) are installed. The heat exchangers are made in the form of an aluminum perforated disk. At
Принципом работы заявленного устройства является принцип теплового насоса, переносящего тепло от холодного тела к горячему в зазоре между двумя пластинами в условиях звукового поля. Элементарный объем рабочей среды (воздуха) колеблется в звуковом поле, являющемся стоячей волной около одной из пластин регенератора. При максимальном смещении элементарного объема давление в нем максимально. Газ сжат, и температура в нем отличается от температуры пластины. Вследствие разницы температур возникает тепловой поток от элементарного объема к пластине. Далее элементарный объем движется в обратном направлении и при максимальном смещении давление в нем минимально. Газ в нем разрежен, следовательно, его температура понижена по сравнению со средним значением и температурой пластины. Вследствие разности температур возникает тепловой поток к элементарному объему от пластины. При каждом повторении этого циклического движения элементарный объем воздуха забирает некоторое количество тепла на одном конце пластины и передает это же количество тепла другому концу пластины. Таким образом, в стоячей звуковой волне возникает однонаправленный перенос тепла. Для поддержания этого процесса переноса необходимы одновременные перемещения элементарного объема и изменение давления в нем.The principle of operation of the claimed device is the principle of a heat pump that transfers heat from a cold body to a hot one in the gap between two plates in a sound field. The elementary volume of the working medium (air) fluctuates in the sound field, which is a standing wave near one of the plates of the regenerator. At the maximum displacement of the elementary volume, the pressure in it is maximum. The gas is compressed, and the temperature in it is different from the temperature of the plate. Due to the temperature difference, a heat flux arises from the elementary volume to the plate. Further, the elementary volume moves in the opposite direction and at maximum displacement, the pressure in it is minimal. The gas in it is rarefied; therefore, its temperature is lowered in comparison with the average value and the temperature of the plate. Due to the temperature difference, a heat flux to the elementary volume from the plate occurs. Each time this cyclic movement is repeated, an elementary volume of air takes a certain amount of heat at one end of the plate and transfers the same amount of heat to the other end of the plate. Thus, unidirectional heat transfer occurs in a standing sound wave. To maintain this transfer process, simultaneous movements of the elementary volume and a change in pressure in it are necessary.
Исследованиями установлено, что поток тепла пропорционален квадрату амплитуды давления, то есть является квадратичной по полю (звуковому) величиной. Теряемая в звуковом поле мощность - тоже квадратичная величина. Это позволяет делать ориентировочные оценки звуковых полей, необходимых для создания больших потоков тепла. Например, если увеличить звуковое давление до 6,5×103 Па (167 дБ), то поток тепла увеличится в 10 раз и составит 13,6 Вт.Studies have established that the heat flux is proportional to the square of the pressure amplitude, that is, it is quadratic in field (sound) value. The power lost in the sound field is also a quadratic value. This allows you to make rough estimates of the sound fields needed to create large heat fluxes. For example, if you increase the sound pressure to 6.5 × 103 Pa (167 dB), then the heat flux will increase by 10 times and amount to 13.6 watts.
Реализация этого принципа происходит при помощи резонатора 3, в котором создается стоячая волна акустических колебаний рабочей среды регенератора 4. Стоячая волна образуется в результате наложения двух волн, распространяющихся в резонаторе во взаимно противоположных направлениях: одна - от акустического излучателя, а другая, прошедшая регенератор и отраженная от торца резонатора, - противоположно акустическому излучателю. При этом должны быть выполнены условия: - частоты волн одинаковы; - амплитуды колебаний являются одинаковыми функциями координат; - у торца резонатора располагаются реверсивные узлы скоростей смещения газа и образуются максимальные пучности давления. Таким образом, основной проблемой обеспечения максимального эффекта преобразования энергии акустических колебаний в тепловую и холодную является проблема акустического согласования частотных и амплитудных режимов акустического излучателя и резонатора. Проблема обостряется тем, что при изменении температуры окружающей среды и элементов конструкции в процессе работы изменяются все акустические параметры. Для того чтобы удержать акустические параметры в стабильном состоянии, акустический излучатель хладоагрегата встроен в устройство возбуждения 7 {фиг.1). Устройство возбуждения акустического излучателя {фиг.2) содержит соединенные в кольцо генератор 8, управляемый напряжением, третий вход которого соединен с подстроечным резистором управления частотой, формирователь коммутирующих импульсов 9, фазовращатель 10, дополнительно соединенный с генератором, управляемым напряжением, усилитель мощности 11, второй вход которого соединен с потенциометром управления током, фильтр 12, акустический излучатель 2, датчик тока 13, второй быстродействующий операционный усилитель 14 блока операционных усилителей 15, фазовый дискриминатор 17 и соединенный с кольцом первый быстродействующий операционный усилитель 16, своим первым входом соединенный со вторым выходом генератора, управляемого напряжением, а выходом - со вторым входом фазового дискриминатора с подключением ко второму входу первого быстродействующего операционного усилителя подстроечного резистора управления сдвигом фазы, при этом устройство содержит запитанный от сети силовой преобразователь напряжения 18, первый выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности, а второй выход - с первым входом блока быстродействующих операционных усилителей, и запитанный от сети маломощный источник питания 19, первый выход которого (с выпрямленным напряжением +30 В) соединен с силовым преобразователем напряжения, а второй выход (с выпрямленным напряжением +15 В) соединен через стабилизатор напряжения 20, выход которого, в свою очередь, соединен со вторым входом блока быстродействующих операционных усилителей, с третьим входом фазового дискриминатора, со вторым входом генератора, управляемого напряжением, и вторым входом формирователя коммутирующих импульсов. Силовой преобразователь напряжения 18 (фиг.3) содержит сетевой выпрямитель 21, регулируемый инвертор 22, трансформаторно-выпрямительный блок 23, высокочастотный фильтр 24 и устройство управления и защиты 25, выход которого соединен со вторым входом регулируемого инвертора.This principle is implemented using a resonator 3, in which a standing wave of acoustic vibrations of the working medium of the regenerator 4 is created. The standing wave is formed as a result of the superposition of two waves propagating in the resonator in mutually opposite directions: one from the acoustic emitter and the other passing through the regenerator and reflected from the end of the resonator is opposite to the acoustic emitter. In this case, the conditions must be met: - the wave frequencies are the same; - the oscillation amplitudes are the same coordinate functions; - at the end of the resonator there are reversible nodes of the gas displacement velocities and maximum pressure antinodes are formed. Thus, the main problem of ensuring the maximum effect of converting the energy of acoustic vibrations into thermal and cold is the problem of acoustic matching of frequency and amplitude modes of the acoustic emitter and resonator. The problem is exacerbated by the fact that when the ambient temperature and structural elements change during operation, all acoustic parameters change. In order to keep the acoustic parameters in a stable state, the acoustic emitter of the refrigeration unit is integrated in the excitation device 7 (Fig. 1). The acoustic emitter excitation device (Fig. 2) contains a voltage-controlled
Силовой преобразователь напряжения предназначен для электропитания акустического излучателя и обеспечивает преобразование напряжения переменного тока сети 220 В (50 Гц) в стабилизированное напряжение постоянного тока, регулируемое в диапазоне 10…100 В. Силовой преобразователь обеспечивает при минимальных габаритах выходную мощность устройства возбуждения до 100 Вт с КПД до 95% и высокую стабильность выходного напряжения при пульсациях не более 1%. Сетевой выпрямитель 21 выполнен по безтрансформаторной схеме. Он обеспечивает выпрямление напряжения сети 220 В (50 Гц), сглаживание пульсаций, постоянную подачу выпрямленного напряжения в нагрузку при кратковременных провалах напряжения сети ниже допустимого уровня и уменьшение уровня помех за счет применения помехоподавляющего фильтра.The power voltage converter is designed to power an acoustic emitter and provides the conversion of 220 V (50 Hz) AC voltage to a stabilized DC voltage, adjustable in the range of 10 ... 100 V. The power converter provides, with minimum dimensions, the output power of the excitation device up to 100 W with efficiency up to 95% and high stability of the output voltage with ripples of not more than 1%. The
Напряжение постоянного тока с выхода сетевого выпрямителя поступает на вход регулируемого инвертора 22, который преобразует постоянное напряжение в импульсное напряжение прямоугольной формы частотой 20 кГц, и далее на трансформаторно-выпрямительный блок 23, который преобразует переменное напряжение постоянного тока, поступающего на вход высокочастотного фильтра 24 для сглаживания пульсаций. Устройство управления и защиты 25 обеспечивает:The DC voltage from the output of the mains rectifier is supplied to the input of the
- плавное нарастание выходного напряжения при включении силового преобразователя;- a smooth increase in the output voltage when the power converter is turned on;
- стабилизацию выходного напряжения, которая осуществляется с помощью широкоимпульсного метода регулирования напряжения путем изменения коэффициента заполнения импульсов управления работой мощных транзисторов регулируемого инвертора;- stabilization of the output voltage, which is carried out using the wide-pulse voltage regulation method by changing the duty cycle of the power transistors of the adjustable inverter;
- защиту мощных транзисторов инвертора от протекания в них сквозных токов путем формирования периодической последовательности импульсов с фиксированной паузой, управляющих работой транзисторов;- protection of powerful transistors of the inverter from the flow of through currents in them by forming a periodic sequence of pulses with a fixed pause that control the operation of transistors;
- уменьшения потерь за счет формирования напряжения необходимой формы, управляющего работой транзисторов VT;- reduce losses due to the formation of the voltage of the required form, which controls the operation of transistors VT;
- защиту силового преобразователя напряжения от коротких замыканий в нагрузке. Схема сетевого выпрямителя (не показана) состоит из фильтра сетевого (конденсаторы, дроссель), мостового выпрямителя V06M с токоограничивающим резистором, сглаживающего низкочастотного фильтра (конденсаторы, дроссели).- protection of the power voltage converter from short circuits in the load. The circuit of the network rectifier (not shown) consists of a network filter (capacitors, inductor), a bridge rectifier V06M with a current-limiting resistor, a smoothing low-pass filter (capacitors, inductors).
В качестве силовой части высокочастотного преобразователя постоянного напряжения выбрана схема двухтактного конвертора, выполненного по полумостовой схеме на транзисторах КП948А и конденсаторах.As a power part of a high-frequency DC-DC converter, a push-pull converter circuit is selected, made according to a half-bridge circuit on transistors KP948A and capacitors.
Маломощный источник питания выполнен в виде включенных последовательно: понижающего трансформатора 26, выпрямителя 27 и сглаживающего фильтра 28.A low-power power supply is made in the form of series-connected: step-
Генератор импульсов управления построен на микросхеме 1114ЕЖ с нелинейной обратной связью для обеспечения плавного изменения коэффициента заполнения напряжения выходных управляющих импульсов. Цепь обратной связи для стабилизации уровня мощности, отдаваемой в нагрузку, представляет собой высокочастотный выпрямитель на частоте преобразования (вторичная обмотка высокочастотного трансформатора, диоды, резистор, конденсатор), напряжение с которого подается на управляющий вход генератора и меняет коэффициент заполнения импульсов управления в сторону уменьшения сигнала рассогласования.The control pulse generator is built on a 1114EZH chip with non-linear feedback to ensure a smooth change in the duty cycle of the output control pulses. The feedback circuit for stabilizing the power supplied to the load is a high-frequency rectifier at a conversion frequency (secondary winding of a high-frequency transformer, diodes, resistor, capacitor), the voltage from which is supplied to the control input of the generator and changes the duty cycle fill factor in the direction of decreasing signal mismatch.
Высокочастотный выпрямитель (на диодах КД226) и высокочастотный фильтр (дроссель и конденсаторы) преобразуют импульсное напряжение на вторичной обмотке третьего высокочастотного трансформатора в стабилизированное напряжение постоянного тока регулируемого уровня. Резистор обеспечивает минимальный ток в цепи нагрузки для работы кольца регулирования.A high-frequency rectifier (on KD226 diodes) and a high-frequency filter (inductor and capacitors) convert the pulse voltage on the secondary winding of the third high-frequency transformer into a stabilized DC voltage of an adjustable level. The resistor provides the minimum current in the load circuit for the operation of the control ring.
Маломощный источник питания 19 (фиг.3, 4) предназначен для электропитания блоков акустического излучателя выпрямленным напряжением +15 В и питания устройства управления и защиты 25 силового преобразователя напряжения 18 выпрямленным напряжением +30 В. Маломощный источник питания собран по классической блок-схеме и содержит включенные последовательно понижающий трансформатор, выпрямитель и сглаживающий фильтр.A low-power power supply 19 (Figs. 3, 4) is designed to power the acoustic emitter blocks with a rectified voltage of +15 V and power the control and
Анализ современных схемотехнических решений, применяемых при разработке генераторов периодических электрических сигналов с автоматической подстройкой частоты, показал, что наиболее универсальным решением задачи создания устройства возбуждения акустического излучателя хладоагрегата является генератор, управляемый напряжением с фазовой автоподстройкой частоты.An analysis of modern circuitry solutions used in the development of periodic electric signal generators with automatic frequency control showed that the most universal solution to the problem of creating a device for exciting an acoustic emitter of a refrigeration unit is a voltage-controlled phase-locked oscillator.
В соответствии с техническими требованиями к устройству возбуждения акустического излучателя хладоагрегата разработаны его структурная и принципиальная электрическая (не приведена) схемы с фазовой автоматической подстройкой генерируемой частоты. Функцию генератора, управляемого напряжением в этих схемах, выполняет задающий многофункциональный регулируемый генератор, выполненный на микросхеме 1CL8038. В устройствах фазовой автоматической подстройки частоты выходной сигнал изменяется в направлении уменьшения сигнала ошибки. В данном случае сигналом ошибки является частота и, следовательно, контур регулирования должен изменять частоту ошибки в направлении достижения нулевой частоты. Для выполнения этого условия частота обратной связи должна быть равна входной частоте. Как только эти две частоты равны, сигнал ошибки становится функцией разности фаз между этими двумя сигналами. Таким образом, разность фаз также является регулируемой величиной.In accordance with the technical requirements for the device for the excitation of an acoustic emitter of a refrigeration unit, its structural and principal electrical (not shown) circuits with phase automatic adjustment of the generated frequency have been developed. The function of the voltage-controlled oscillator in these circuits is performed by a master multifunction adjustable oscillator made on the 1CL8038 microcircuit. In phase locked loops, the output signal changes in the direction of decreasing the error signal. In this case, the error signal is the frequency and, therefore, the control loop must change the frequency of the error in the direction of reaching zero frequency. To fulfill this condition, the feedback frequency must be equal to the input frequency. Once these two frequencies are equal, the error signal becomes a function of the phase difference between the two signals. Thus, the phase difference is also an adjustable quantity.
Периодическая последовательность прямоугольных импульсов заданной частоты (третий вход генератора, управляемого напряжением, соединен с подстроечным резистором управления частотой) с первого выхода упомянутого генератора 8 подается на формирователь коммутирующих импульсов 9. В зависимости от скважности поступающих импульсов вырабатывается управляющее напряжение изменяющегося уровня, что приводит к формированию на противофазных выходах формирователя коммутирующих импульсов последовательности импульсов прямоугольной формы с меняющейся длительностью. Эти импульсы поступают на вход фазовращателя 10, работа которого синхронизируется выходным сигналом с генератора 8, управляемого напряжением. При этом на выходе с фазовращателя получаем две последовательности противофазных импульсов прямоугольной формы, которые управляют работой ключей усилителя мощности 11. Уровень мощности сигнала, поступающего на акустический излучатель 2, устанавливается с помощью потенциометра тока, выведенного на лицевую панель. На выходе усилителя мощности имеем импульсный сигнал прямоугольной формы постоянной амплитуды и с меняющейся длительностью импульсов. Сигнал поступает на фильтр 12, который преобразует периодическую последовательность прямоугольных импульсов в сигнал по форме, близкой синусоидальной форме заданной частоты с доводкой фазового сдвига тока и напряжения в нагрузке - излучателе 2 на ноль фазы. Сигнал с части нагрузки - датчик тока 13, формирующего синусоидальный сигнал обратной связи для осуществления работы кольца фазовой автоподстройки частоты, поступает на инвертирующий вход второго операционного усилителя 14 блока, выполняющего роль ноль-органа в блоке операционных усилителей 15, и преобразует синусоидальный сигнал в импульсный, который подается на первый вход фазового дискриминатора 17. Сигнал пилообразной формы со второго выхода генератора, управляемого напряжением, поступает на инвертирующий вход первого операционного усилителя 16, реализующего функцию компаратора, блока операционных усилителей 15. Ко второму входу первого операционного усилителя подключен подстроечный резистор фазы, дающий возможность в пределах 10% подстроить сдвиг фаз между током и напряжением. На выходе первого операционного усилителя получаем сигнал прямоугольной формы с меняющейся длительностью. Этот сигнал поступает на второй вход фазового дискриминатора 17. Сравнивая фазы поступивших импульсных сигналов, фазовый дискриминатор вырабатывает управляющее напряжение для генератора 8, управляемого напряжением, которое определяет частоту сигнала меняющейся скважности на выходе генератора.A periodic sequence of rectangular pulses of a given frequency (the third input of the voltage-controlled generator is connected to the tuning resistor of the frequency control) from the first output of the mentioned
Схема фазовой автоподстройки работает следующим образом. На управляющий вход генератора, управляемого напряжением, через буферный каскад подается напряжение управления, сформированное фазовым дискриминатором 17. Для формирования напряжения управления на входы фазового дискриминатора подаются выходные напряжения с быстродействующих операционных усилителей 14 и 16 блока операционных усилителей 15. Сигналы, поступающие на вход первого операционного усилителя 16 с выхода генератора, управляемого напряжением, имеют пилообразную форму, а сигналы, поступающие с выхода операционных усилителей, представляют последовательность прямоугольных импульсов. При точном соответствии частоты сигналов, поступающих на акустический излучатель 2, частоте, генерируемой генератором, управляемым напряжением, коэффициент заполнения сигналов управления с выхода фазового дискриминатора равен 50%, а пилообразные сигналы на входе первого операционного усилителя имеют симметричную форму. В случае отклонения частоты от заданного значения коэффициент заполнения импульсов управления изменяется с соответствующим изменением формы пилы. При увеличении коэффициента заполнения длительность нарастающего полупериода пилы увеличивается, а длительность спадающего уменьшается. В случае уменьшения коэффициента заполнения длительность нарастающего полупериода пилы уменьшается, а спадающего увеличивается.The phase-locked loop works as follows. The control voltage generated by the
Сигналы с выхода фазового дискриминатора 17, определяемые разностью частот импульсных напряжений на входах фазового дискриминатора, изменяют частоту и фазу генерируемых сигналов в сторону уменьшения сигнала ошибки.The signals from the output of the
Конструкция устройства возбуждения акустического излучателя выполнена в виде малогабаритного автономного блока, внутри которого размещены печатные платы генератора, управляемого напряжением, силового преобразователя напряжения и маломощного источника питания. На лицевую панель корпуса прибора выведены ручки регулировки тока для установки уровня выходной мощности и ручки управления подстроечными резисторами частоты и фазы.The design of the device for exciting an acoustic emitter is made in the form of a small-sized autonomous unit, inside of which there are printed circuit boards of a voltage-controlled generator, a power voltage converter, and a low-power power source. The current control knobs for setting the output power level and the control knobs for tuning frequency and phase resistors are displayed on the front panel of the device case.
Предложенные устройства в совокупности обеспечивают получение наибольшего КПД изотермического эффекта и максимально возможный коэффициент преобразования электрической энергии в акустическую, достигающий 96% при высокой стабильности и долговечности. Устройства прошли необходимый цикл испытаний, требования по мощности теплового потока и перепаду температур на теплообменниках выполнены.The proposed devices together provide the highest efficiency of the isothermal effect and the maximum possible coefficient of conversion of electrical energy into acoustic energy, reaching 96% with high stability and durability. The devices passed the necessary test cycle, the requirements for heat flow power and temperature difference on heat exchangers are fulfilled.
Для заявленных технических решений, как они охарактеризованы в независимых пунктах формулы, подтверждена возможность их осуществления с помощью описанных в заявке и известных средств и методов.For the claimed technical solutions, as described in the independent claims, the possibility of their implementation using the well-known tools and methods described in the application is confirmed.
В свою очередь заявленное изобретение способно обеспечить достижение усматриваемого заявителями технического результата, следовательно, оно соответствует критерию «промышленная применимость» действующего патентного закона.In turn, the claimed invention is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicants, therefore, it meets the criterion of "industrial applicability" of the current patent law.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007138431/06A RU2359184C1 (en) | 2007-10-17 | 2007-10-17 | Sonic cold device, acoustic radiation element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007138431/06A RU2359184C1 (en) | 2007-10-17 | 2007-10-17 | Sonic cold device, acoustic radiation element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2359184C1 true RU2359184C1 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=41025981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007138431/06A RU2359184C1 (en) | 2007-10-17 | 2007-10-17 | Sonic cold device, acoustic radiation element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2359184C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689502C1 (en) * | 2015-09-17 | 2019-05-28 | Саундэнерджи Б.В. | Thermoacoustic energy conversion system |
-
2007
- 2007-10-17 RU RU2007138431/06A patent/RU2359184C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2689502C1 (en) * | 2015-09-17 | 2019-05-28 | Саундэнерджи Б.В. | Thermoacoustic energy conversion system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Brooking et al. | Power conditioning of the output from a linear vernier hybrid permanent magnet generator for use in direct drive wave energy converters | |
| US9322587B2 (en) | Heat pump device, air conditioner, and refrigerating machine | |
| JP2005054768A (en) | Linear compressor and control device thereof | |
| JP7249353B2 (en) | Oscillator-driven thermoelectric generator | |
| KR20110112921A (en) | Resonance power generator | |
| RU2015111522A (en) | VARIABLE SPEED DRIVE SYSTEMS, METHOD FOR VARIABLE SPEED DRIVE SYSTEM AND METHOD OF COOLING HYDROCARBON FLOW | |
| JP2019530416A (en) | Resonant rectifier circuit using capacitor sensing. | |
| RU2359184C1 (en) | Sonic cold device, acoustic radiation element | |
| CN206425212U (en) | A kind of supersonic generator for ultrasonic wave Compound Machining | |
| US4253139A (en) | Power conversion and regulation system | |
| RU2669382C1 (en) | Method of generation of electrical quasi-harmonic vibrations in inductive-resistive load | |
| Yang et al. | Output voltage regulation for piezoelectric transformer-based resonant power supplies using phase-locked loop | |
| CN110789736B (en) | Peak staggering control method for satellite-borne high-power refrigerating machine | |
| JP4596960B2 (en) | Electromagnetic induction heating device, electromagnetic induction heating cooking device | |
| Lin | Control of active power decoupling circuit based on parametric oscillator | |
| JP2003264056A (en) | Controlling method of induction heating apparatus | |
| JP2004006384A (en) | Microwave heating device | |
| JP2008109722A (en) | Motor drive | |
| RU2322309C1 (en) | Ultrasound generator | |
| Yang et al. | Resonant current estimation and voltage regulation for piezoelectric transformer-based power supply | |
| JP7373842B2 (en) | Contactless power supply system and contactless power supply control method | |
| JPH103984A (en) | High-frequency power supply unit | |
| JP2006164525A (en) | Induction heating device | |
| JP2015082902A (en) | Bidirectional power conversion device | |
| Zhu et al. | The synthetic control of smc and pi for arc welding/cutting power supply |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101018 |