RU2423746C2 - Electric high-frequency resonant transformer (versions) - Google Patents

Electric high-frequency resonant transformer (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2423746C2
RU2423746C2 RU2009133949/07A RU2009133949A RU2423746C2 RU 2423746 C2 RU2423746 C2 RU 2423746C2 RU 2009133949/07 A RU2009133949/07 A RU 2009133949/07A RU 2009133949 A RU2009133949 A RU 2009133949A RU 2423746 C2 RU2423746 C2 RU 2423746C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
resonant
winding
primary
frequency
beginning
Prior art date
Application number
RU2009133949/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009133949A (en
Inventor
Дмитрий Семенович Стребков (RU)
Дмитрий Семенович Стребков
Владимир Захарович Трубников (RU)
Владимир Захарович Трубников
Алексей Иосифович Некрасов (RU)
Алексей Иосифович Некрасов
Антон Алексеевич Некрасов (RU)
Антон Алексеевич Некрасов
Олег Алексеевич Рощин (RU)
Олег Алексеевич Рощин
Леонид Юрьевич Юферев (RU)
Леонид Юрьевич Юферев
Original Assignee
Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) filed Critical Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ)
Priority to RU2009133949/07A priority Critical patent/RU2423746C2/en
Publication of RU2009133949A publication Critical patent/RU2009133949A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2423746C2 publication Critical patent/RU2423746C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: magnetic conductor is a resonant winding to increase connection between the primary and secondary windings specified by good quality of a quarter-wave-length vibrator it forms. The electric high-frequency transformer is additionally equipped with a resonant winding (a resonator), arranged in the form of a helical coil with winding length equal to a quarter of current and voltage standing wave length and made of serially connected sections of helically wound insulated wire, cut of which is different for every section and reduces as the section moves away from the beginning of the resonant winding. Above the resonant winding, near its beginning in the area of current loop formation, there are the primary and secondary windings connected to a generator and a load. Resonant frequency of primary, secondary and resonant winding circuits are equal to each other. Beginnings of primary, secondary and resonant windings are electrically connected to each other and are grounded, and the second lead of the resonant winding is insulated. Beginnings of primary and secondary windings may be connected to each other, and beginning of the resonant winding is grounded, and its end is insulated. The primary and secondary windings may be galvanically isolated, and beginning of the resonant winding is grounded, and its end is insulated.
EFFECT: increased transmitted capacity and working frequency by exclusion of a magnetic conductor, provision of possibility to connect to the outlet of low-resistance loads transformer.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к конструкции электрических высокочастотных трансформаторов для устройств передачи электрической энергии.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the design of electrical high-frequency transformers for electric power transmission devices.

Известен электрический трансформатор напряжения - электромагнитный статический преобразователь электрической энергии, содержащий первичную и вторичную обмотки и магнитопровод. Энергия из одной обмотки в другую передается изменяющимся во времени магнитным потоком, охватывающим обе обмотки трансформатора. Для снижения магнитного сопротивления переменному магнитному потоку обмотки располагают на ферромагнитном сердечнике-магнитопроводе.Known electrical voltage transformer is an electromagnetic static converter of electrical energy containing primary and secondary windings and a magnetic circuit. The energy from one winding to another is transmitted by a time-varying magnetic flux covering both transformer windings. To reduce the magnetic resistance to the alternating magnetic flux, the windings are located on the ferromagnetic core-magnetic circuit.

Эффективность передачи энергии в трансформаторе из первичной обмотки во вторичную определяется коэффициентом магнитной связи между обмотками. При этом в силу практического равенства магнитного потока вдоль всего магнитопровода, соотношение напряжений на выводах обмоток соответствует соотношению числа их витков. (Копылов Н.П. Электрические машины. - М.: Логос, 2002 г., стр.131-239).The efficiency of energy transfer in the transformer from the primary to the secondary is determined by the coefficient of magnetic coupling between the windings. Moreover, due to the practical equality of the magnetic flux along the entire magnetic circuit, the voltage ratio at the terminals of the windings corresponds to the ratio of the number of their turns. (Kopylov N.P. Electric machines. - M .: Logos, 2002, pp. 131-239).

Недостатком известного трансформатора является ограничение его параметров по частоте и мощности из-за имеющихся у магнитопроводящих материалов свойств нелинейной зависимости их от частоты и интенсивности магнитного потока, что является следствием доменной природы магнитных свойств ферромагнетиков. При большой частоте и большой величине магнитного потока магнитные домены магнитопроводящего сердечника перестают реагировать на изменения магнитного потока.A disadvantage of the known transformer is the limitation of its parameters in frequency and power due to the non-linear dependence of their properties on magnetic conductive materials on their frequency and magnetic flux intensity, which is a consequence of the domain nature of the magnetic properties of ferromagnets. At a high frequency and a large magnitude of the magnetic flux, the magnetic domains of the magnetic core cease to respond to changes in magnetic flux.

Известно устройство для преобразования электрической энергии, предложенное в 1897 г. Н.Тесла. Согласно изобретению устройство содержит первичную низковольтную обмотку, соединенную с электрическим генератором повышенной частоты, и вторичную высоковольтную обмотку для передачи электрической энергии по одному проводу. Длина вторичной обмотки приблизительно равна четверти длины волны электромагнитного поля. Высоковольтная обмотка располагается внутри первичной обмотки, а прилегающий к первичной обмотке вывод высоковольтной обмотки заземляется. При этом в высоковольтной обмотке возбуждаются стоячие волны тока и напряжения. В области, прилегающей к первичной обмотке, возбуждается пучность тока и, следовательно, пучность магнитной индукции, а в противоположной области высоковольтной обмотки возбуждается пучность напряжения с созданием высокого потенциала на выводе высоковольтной обмотки трансформатора. (Н.Тесла. Электрический трансформатор. Патент США №593138 от 12.11.1897 г.).A device for converting electrical energy, proposed in 1897, N. Tesla. According to the invention, the device comprises a primary low-voltage winding connected to an electric generator of high frequency, and a secondary high-voltage winding for transmitting electrical energy through a single wire. The length of the secondary winding is approximately equal to a quarter of the wavelength of the electromagnetic field. The high-voltage winding is located inside the primary winding, and the output of the high-voltage winding adjacent to the primary winding is grounded. In this case, standing waves of current and voltage are excited in the high-voltage winding. In the area adjacent to the primary winding, a current antinode is excited, and therefore, a magnetic induction, and in the opposite region of the high-voltage winding, a voltage antinode is excited with the creation of a high potential at the terminal of the transformer high-voltage winding. (N. Tesla. Electric transformer. US Patent No. 593138 of November 12, 1897).

Недостатком данного электрического трансформатора является невозможность прямого подключения низкоомной нагрузки к вторичной обмотке из-за высокого выходного сопротивления трансформатора. Для обеспечения возможности подключения низкоомной нагрузки требуется применение специального согласующего устройства, например второго, понижающего, трансформатора Тесла.The disadvantage of this electric transformer is the inability to directly connect a low-impedance load to the secondary winding due to the high output resistance of the transformer. To ensure the possibility of connecting a low-impedance load, the use of a special matching device, for example, a second, step-down Tesla transformer, is required.

Известен электрический высокочастотный трансформатор, содержащий низковольтную обмотку и высоковольтную обмотку, выполненную в виде спирали проводом разного сечения, причем сечение провода обмотки увеличивается по мере приближения к области пучности тока. Такое исполнение высоковольтной обмотки способствует снижению потерь на сопротивлении обмотки трансформатора при работе на повышенных частотах. При этом повышается добротность четвертьволновой высоковольтной обмотки и усиливается эффект образования пучности тока. (Патент РФ 2337423 от 07.09.2007 г.).Known electric high-frequency transformer containing a low-voltage winding and a high-voltage winding, made in the form of a spiral wire of different sections, and the cross section of the winding wire increases as you approach the region of the antinode current. This design of the high-voltage winding helps to reduce losses on the resistance of the transformer winding when operating at high frequencies. In this case, the quality factor of the quarter-wave high-voltage winding is increased and the effect of the formation of current antinodes is enhanced. (RF patent 2337423 from 09/07/2007).

Недостатком известного электрического высокочастотного трансформатора является невозможность подключения к выходу трансформатора низкоомных нагрузок. Прямое подключение обычной низкоомной нагрузки равно аварийному режиму, соответствующему режиму короткого замыкания трансформатора, что не позволяет осуществить необходимую трансформацию и передачу электрической энергии.A disadvantage of the known electric high-frequency transformer is the inability to connect low-impedance loads to the transformer output. Direct connection of a conventional low-impedance load is equal to the emergency mode corresponding to the short circuit mode of the transformer, which does not allow the necessary transformation and transmission of electrical energy.

Задачей изобретения является повышение эффективности преобразования и передачи электрической энергии.The objective of the invention is to increase the efficiency of conversion and transmission of electrical energy.

Технический результат заключается в увеличении передаваемой мощности, повышении рабочей частоты, исключении использования магнитопровода и обеспечении возможности подключения к выходу трансформатора низкоомных нагрузок.The technical result consists in increasing the transmitted power, increasing the operating frequency, eliminating the use of a magnetic circuit and making it possible to connect low-impedance loads to the transformer output.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемый электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у её начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансная частота контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, а начала первичной, вторичной и резонансной обмоток электрически соединены между собой и заземлены, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками и расширения диапазона рабочей частоты.The above technical result is achieved in that the proposed electric high-frequency resonant transformer containing a primary winding connected through a first resonant capacitor to a high-frequency generator, a secondary winding connected through a second resonant capacitor with a load, is additionally equipped with a resonant winding made in the form of a spiral coil with a winding length equal to a quarter of the length of the standing wave of current and voltage, while the resonant winding consists of several of connected sections of a spiral wound insulated wire, the cross section of which is different for each section and decreases as the section moves away from the beginning of the resonant winding, over the resonant winding, at its beginning, in the area of formation of the antinode current, primary and secondary windings are connected, connected to the generator and the load while the resonant frequency of the contours of the primary, secondary and resonant windings are equal to each other and correspond to the frequency of the generator, and the beginning of the primary, secondary and resonant windings are electric cally interconnected and grounded, and the end of the resonance coil is isolated, the resonance coil is used as a magnetic circuit for increasing the coupling coefficient between the primary and secondary windings and extend the operating frequency range.

В другом варианте электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансная частота контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, а начала первичной и вторичной обмоток соединены между собой, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками и расширения диапазона рабочей частоты.In another embodiment, an electric high-frequency resonant transformer containing a primary winding connected through a first resonant capacitor to a high-frequency generator, a secondary winding connected through a second resonant capacitor with a load, is additionally equipped with a resonant winding made in the form of a spiral coil with a winding length equal to a quarter of the standing length current and voltage waves, while the resonant winding consists of several series-connected sections of helically wound of the cross-sectional wire, the cross section of which is different for each section and decreases as the section moves away from the beginning of the resonant winding, on top of the resonant winding, at its beginning, in the area of formation of the antinode current, primary and secondary windings are connected, connected to the generator and the load, while the resonant frequency the contours of the primary, secondary and resonant windings are equal to each other and correspond to the frequency of the generator, and the beginnings of the primary and secondary windings are interconnected, the beginning of the resonant winding is grounded, and the end of the reason waist isolated windings, the resonance coil is used as a magnetic circuit for increasing the coupling coefficient between the primary and secondary windings and extend the operating frequency range.

В другом варианте электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансная частота контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками и расширения диапазона рабочей частоты.In another embodiment, an electric high-frequency resonant transformer containing a primary winding connected through a first resonant capacitor to a high-frequency generator, a secondary winding connected through a second resonant capacitor with a load, is additionally equipped with a resonant winding made in the form of a spiral coil with a winding length equal to a quarter of the standing length current and voltage waves, while the resonant winding consists of several series-connected sections of helically wound insulated of the cross-sectional wire, the cross section of which is different for each section and decreases as the section moves away from the beginning of the resonant winding, on top of the resonant winding, at its beginning, in the area of formation of the antinode current, primary and secondary windings are connected, connected to the generator and the load, while the resonant frequency the contours of the primary, secondary and resonant windings are equal to each other and correspond to the frequency of the generator, the primary and secondary windings are not galvanically connected, the beginning of the resonant winding is grounded, and the end of the resonant the windings are isolated, while the resonant winding is used as a magnetic circuit to increase the coupling coefficient between the primary and secondary windings and expand the range of the operating frequency.

Исключение из конструкции трансформатора магнитопроводящего ферромагнитного сердечника снимает ограничение на увеличение магнитной индукции и рабочей частоты при работе электрического высокочастотного резонансного трансформатора. Увеличение передаваемой мощности и повышение рабочей частоты достигается в результате замены магнитопроводящего сердечника трансформатора на резонансную обмотку (резонатор), выполненную в виде спирали с электрической длиной, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения в ней.An exception to the design of a transformer of a magnetically conductive ferromagnetic core removes the limitation on the increase in magnetic induction and operating frequency during operation of an electric high-frequency resonant transformer. An increase in the transmitted power and an increase in the operating frequency is achieved by replacing the transformer’s magnetic core with a resonant winding (resonator) made in the form of a spiral with an electric length equal to a quarter of the standing current wavelength and voltage in it.

На фиг.1-3 представлен электрический высокочастотный резонансный трансформатор и схема его соединения с питающим генератором и нагрузкой.Figure 1-3 presents an electric high-frequency resonant transformer and a diagram of its connection with the supply generator and the load.

Устройство содержит электрический высокочастотный резонансный трансформатор 1, имеющий первичную обмотку 2 с индуктивностью L1, соединенную через первый резонансный конденсатор 3 емкостью C1 с генератором 4, и вторичную обмотку 5 с индуктивностью L2, соединенную через второй резонансный конденсатор 6 емкостью C2 с нагрузкой 7, а также резонансную обмотку 8, обладающую индуктивностью Lp и собственной емкостью Ср. Начала первичной обмотки 3, вторичной обмотки 6 и резонансной обмотки 8 объединены и соединены с землей 9, а конец 10 резонансной обмотки 8 изолирован.The device comprises an electric high-frequency resonant transformer 1 having a primary winding 2 with an inductance L 1 connected through a first resonant capacitor 3 with a capacitance C 1 to a generator 4, and a secondary winding 5 with an inductance L 2 connected through a second resonant capacitor 6 with a capacitance C 2 with a load 7, as well as a resonant winding 8 having an inductance L p and its own capacitance C p . The beginning of the primary winding 3, the secondary winding 6 and the resonant winding 8 are combined and connected to the ground 9, and the end 10 of the resonant winding 8 is isolated.

Электрический высокочастотный трансформатор работает следующим образом. Электрическая энергия повышенной частоты от генератора 4 подается на входной контур, образуемый индуктивностью L1 первичной обмотки 2 и емкостью C1 первого резонансного конденсатора 3. Магнитный поток, создаваемый током в первичной обмотке 2, переносит энергию из входного резонансного контора в выходной резонансный контур, образуемый индуктивностью L2 вторичной обмотки 5 и емкостью С2 второго резонансного конденсатора 6, и отдает ее нагрузке 7. Магнитный поток первичной обмотки 2 возбуждает также резонансную обмотку 8, вдоль которой в условиях резонанса устанавливаются стоячие волны напряжения и тока. При этом создаваемые резонансной обмоткой 8 пучности тока находятся в области расположения первичной обмотки 2, что приводит к увеличению интенсивности магнитного потока в обмотке 2, уменьшению магнитного потока рассеяния трансформатора 1 и увеличению коэффициента связи и величины магнитной индукции при передаче энергии к нагрузке практически без ограничения по частоте.Electric high-frequency transformer operates as follows. Electric energy of increased frequency from the generator 4 is supplied to the input circuit formed by the inductance L 1 of the primary winding 2 and the capacitance C 1 of the first resonant capacitor 3. The magnetic flux generated by the current in the primary winding 2 transfers energy from the input resonant circuit to the output resonant circuit formed L 2 the inductance of the secondary winding 5 and the capacitance C 2 of the second resonance capacitor 6, and gives it to a load 7. The magnetic flux of the primary winding 2 also excites resonant coil 8 along which a conditional Rep resonance standing waves are set voltage and current. At the same time, the current antinodes created by the resonant winding 8 are located in the region of the primary winding 2, which leads to an increase in the magnetic flux intensity in the winding 2, a decrease in the scattering magnetic flux of the transformer 1, and an increase in the coupling coefficient and magnetic induction during energy transfer to the load with virtually no frequency.

Работа электрического высокочастотного резонансного трансформатора 1 с резонансной обмоткой 8 в качестве дополнительного намагничивающего четвертьволнового вибратора осуществляется при равенстве частот питающего генератора 4, входного контура (L1, C1), образуемого первичной обмоткой 2 и первым конденсатором 3, выходного контура (L2, C2), образуемого вторичной обмоткой 5 и емкостью второго конденсатора 6, а также частотой резонансной обмотки 8, обладающей индуктивностью Lp, собственной емкостью Ср.The operation of an electric high-frequency resonant transformer 1 with a resonant winding 8 as an additional magnetizing quarter-wave vibrator is carried out when the frequencies of the supply generator 4, the input circuit (L 1 , C 1 ), formed by the primary winding 2 and the first capacitor 3, of the output circuit (L 2 , C 2 ) formed by the secondary winding 5 and the capacitance of the second capacitor 6, as well as the frequency of the resonant winding 8, having inductance L p , own capacitance C p .

Рабочие резонансные частоты входного и выходного контуров и резонансной обмотки электрического высокочастотного резонансного трансформатора определяются их электрическими параметрами и соответствуют следующим выражениям.The working resonant frequencies of the input and output circuits and the resonant winding of an electric high-frequency resonant transformer are determined by their electrical parameters and correspond to the following expressions.

Рабочая частота входного резонансного контура:The operating frequency of the input resonant circuit:

Figure 00000001
Figure 00000001

Рабочая частота выходного резонансного контура:The operating frequency of the output resonant circuit:

Figure 00000002
Figure 00000002

Рабочая частота резонансной обмотки (резонатора) 8:The operating frequency of the resonant winding (resonator) 8:

Figure 00000003
Figure 00000003

где L1, L2, C1, C2 - индуктивности обмоток в Гн, и емкости конденсаторов в Ф первичного и вторичного контуров;where L 1 , L 2 , C 1 , C 2 - the inductance of the windings in GN, and the capacitance of the capacitors in f of the primary and secondary circuits;

L0, С0 - распределенная погонная индуктивность в Гн/м, и емкость, Ф/м резонансной обмотки 8; lэ - длина катушки резонансной обмотки 8.L 0 , C 0 - distributed linear inductance in GN / m, and capacitance, f / m resonant winding 8; l e - the length of the coil of the resonant winding 8.

Резонансные частоты f1, f2, f3 и частота тока fг питающего генератора 4 равны между собой и являются рабочей частотой электрического высокочастотного резонансного трансформатора.The resonant frequencies f 1 , f 2 , f 3 and the current frequency f g of the supply generator 4 are equal to each other and are the working frequency of the electric high-frequency resonant transformer.

В варианте исполнения трансформатора по фиг.2 начала первичной обмотки 2 и вторичной обмотки 5 соединены между собой, начало 9 резонансной обмотки 8 заземлено, а ее конец 10 изолирован.In the embodiment of the transformer of FIG. 2, the beginnings of the primary winding 2 and the secondary winding 5 are interconnected, the beginning 9 of the resonant winding 8 is grounded, and its end 10 is isolated.

В другом варианте, в соответствии с фиг.3, начала первичной обмотки 2 и вторичной обмотки 5 между собой и с началом резонансной спиральной обмотки 8 гальванически не связаны, начало 9 резонансной обмотки 8 заземлено, а её конец 10 изолирован.In another embodiment, in accordance with FIG. 3, the beginnings of the primary winding 2 and the secondary winding 5 are not galvanically connected to each other and to the beginning of the resonant spiral winding 8, the beginning 9 of the resonant winding 8 is grounded, and its end 10 is isolated.

В электрическом высокочастотном резонансном трансформаторе резонансная обмотка 8, выполненная в виде спирали с четвертьволновой электрической длиной, выполняет функцию ферромагнитного сердечника. Первичная 2 и вторичная 5 обмотки намотаны поверх четвертьволновой резонансной обмотки 8 и расположены в области формирования пучности тока по длине резонансной обмотки 8, которая в условиях резонанса работает в качестве четвертьволнового вибратора. Энергетический обмен между первичной и вторичной обмотками происходит через магнитное поле, возбуждаемое в области пучности тока резонансной катушки. За счет увеличения добротности четвертьволнового вибратора, образуемого резонансной обмоткой 8, значительно увеличивается коэффициент связи и энергетический обмен между первичной и вторичной обмотками.In an electric high-frequency resonant transformer, the resonant winding 8, made in the form of a spiral with a quarter-wave electric length, performs the function of a ferromagnetic core. Primary 2 and secondary 5 windings are wound over a quarter-wave resonant winding 8 and are located in the current antinode formation region along the length of the resonant winding 8, which, under resonance conditions, acts as a quarter-wave vibrator. The energy exchange between the primary and secondary windings occurs through a magnetic field excited in the region of the antinode current of the resonant coil. By increasing the quality factor of the quarter-wave vibrator formed by the resonant winding 8, the coupling coefficient and energy exchange between the primary and secondary windings are significantly increased.

Используемая в электрическом высокочастотном резонансном трансформаторе резонансная обмотка (резонатор) не требует применения ферритов или трансформаторного железа, выполняет функции магнитопровода, практически не имеющего предела магнитного насыщения, расширяя рабочий частотный диапазон в 10-100 раз, повышает коэффициент связи между первичной и вторичной обмотками, что значительно повышает величину передаваемой мощности.The resonant winding (resonator) used in the electric high-frequency resonant transformer does not require the use of ferrites or transformer iron, acts as a magnetic circuit that has practically no limit of magnetic saturation, expanding the operating frequency range by 10-100 times, and increases the coupling coefficient between the primary and secondary windings, which significantly increases the amount of transmitted power.

Claims (3)

1. Электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансные частоты контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, а начала первичной, вторичной и резонансной обмоток электрически соединены между собой и заземлены, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками с расширением диапазона рабочей частоты.1. An electric high-frequency resonant transformer containing a primary winding connected through a first resonant capacitor to a high-frequency generator, a secondary winding connected through a second resonant capacitor with a load, characterized in that it is further provided with a resonant winding made in the form of a spiral coil with a winding length equal to a quarter of the length of the standing wave of current and voltage, while the resonant winding consists of several series-connected sections helically wound of the insulated wire, the cross section of which is different for each section and decreases as the section moves away from the beginning of the resonant winding, on top of the resonant winding, at its beginning, in the region of formation of the antinode current, the primary and secondary windings are connected, connected to the generator and the load, while the resonant the frequencies of the circuits of the primary, secondary and resonant windings are equal to each other and correspond to the frequency of the generator, and the beginnings of the primary, secondary and resonant windings are electrically connected to each other and grounded, and isolated resonant coil, wherein the resonant coil is used as a magnetic circuit for increasing the coupling coefficient between the primary and secondary windings with the expansion operating frequency range. 2. Электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансные частоты контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, начала первичной и вторичной обмоток соединены между собой, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками с расширением диапазона рабочей частоты.2. Electric high-frequency resonant transformer containing a primary winding connected through a first resonant capacitor to a high-frequency generator, a secondary winding connected through a second resonant capacitor with a load, characterized in that it is additionally equipped with a resonant winding made in the form of a spiral coil with a winding length, equal to a quarter of the length of the standing wave of current and voltage, while the resonant winding consists of several series-connected sections helically wound of the insulated wire, the cross section of which is different for each section and decreases as the section moves away from the beginning of the resonant winding, on top of the resonant winding, at its beginning, in the region of formation of the antinode current, the primary and secondary windings are connected, connected to the generator and the load, while the resonant the frequencies of the contours of the primary, secondary and resonant windings are equal to each other and correspond to the frequency of the generator, the beginnings of the primary and secondary windings are interconnected, the beginning of the resonant winding is grounded, and the end ezonansnoy isolated windings, the resonance coil is used as a magnetic circuit for increasing the coupling coefficient between the primary and secondary windings with the expansion operating frequency range. 3. Электрический высокочастотный резонансный трансформатор, содержащий первичную обмотку, соединенную через первый резонансный конденсатор с высокочастотным генератором, вторичную обмотку, соединенную через второй резонансный конденсатор с нагрузкой, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен резонансной обмоткой, выполненной в виде спиральной катушки с длиной намотки, равной четверти длины стоячей волны тока и напряжения, при этом резонансная обмотка состоит из нескольких последовательно соединенных секций спирально намотанного изолированного провода, сечение которого различно для каждой секции и уменьшается по мере удаления секции от начала резонансной обмотки, поверх резонансной обмотки, у ее начала, в области формирования пучности тока, размещены первичная и вторичная обмотки, соединенные с генератором и нагрузкой, при этом резонансные частоты контуров первичной, вторичной и резонансной обмоток равны между собой и соответствуют частоте генератора, первичная и вторичная обмотки гальванически не связаны, начало резонансной обмотки заземлено, а конец резонансной обмотки изолирован, при этом резонансную обмотку используют в качестве магнитопровода для увеличения коэффициента связи между первичной и вторичной обмотками с расширением диапазона рабочей частоты. 3. An electric high-frequency resonant transformer containing a primary winding connected through a first resonant capacitor to a high-frequency generator, a secondary winding connected through a second resonant capacitor with a load, characterized in that it is further provided with a resonant winding made in the form of a spiral coil with a winding length, equal to a quarter of the length of the standing wave of current and voltage, while the resonant winding consists of several series-connected sections helically wound of the insulated wire, the cross section of which is different for each section and decreases as the section moves away from the beginning of the resonant winding, on top of the resonant winding, at its beginning, in the region of formation of the antinode current, the primary and secondary windings are connected, connected to the generator and the load, while the resonant the frequencies of the circuits of the primary, secondary and resonant windings are equal to each other and correspond to the frequency of the generator, the primary and secondary windings are not galvanically connected, the beginning of the resonant winding is grounded, and the end The nanosecond winding is isolated, while the resonant winding is used as a magnetic circuit to increase the coupling coefficient between the primary and secondary windings with an extension of the operating frequency range.
RU2009133949/07A 2009-09-11 2009-09-11 Electric high-frequency resonant transformer (versions) RU2423746C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009133949/07A RU2423746C2 (en) 2009-09-11 2009-09-11 Electric high-frequency resonant transformer (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009133949/07A RU2423746C2 (en) 2009-09-11 2009-09-11 Electric high-frequency resonant transformer (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009133949A RU2009133949A (en) 2011-03-20
RU2423746C2 true RU2423746C2 (en) 2011-07-10

Family

ID=44053378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009133949/07A RU2423746C2 (en) 2009-09-11 2009-09-11 Electric high-frequency resonant transformer (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2423746C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626815C2 (en) * 2015-10-14 2017-08-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Method and device for transmission of electric power
RU2661888C1 (en) * 2017-04-13 2018-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук Resonance transformer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626815C2 (en) * 2015-10-14 2017-08-02 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ" (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) Method and device for transmission of electric power
RU2661888C1 (en) * 2017-04-13 2018-07-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук Resonance transformer

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009133949A (en) 2011-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6288519B2 (en) Wireless power transmission system
EP1741113B1 (en) A device and method of non-contact energy transmission
RU2003105178A (en) METHOD AND DEVICE FOR TRANSMISSION OF ELECTRIC ENERGY
RU2374713C2 (en) Planar high-voltage transformer
Al-Saadi et al. Comparison of spiral and square coil configurations in wireless power transfer system for contactless battery charging
CN112600314A (en) Method and device for transmitting electrical energy
RU2524672C2 (en) High voltage transformer
RU2423746C2 (en) Electric high-frequency resonant transformer (versions)
RU2125310C1 (en) High-frequency transformer
RU2577522C2 (en) Method and device for transmission of electric power
Farriz et al. A simple design of a mini tesla coil with DC voltage input
US3477016A (en) Transformer system including a large number of magnetically independent transformer elements
Qin et al. A high frequency wireless power transfer system for electric vehicle charging using multi-layer nonuniform self-resonant coil at MHz
CN111279579A (en) Resonant tank circuit for transmitting electrical energy
Lu et al. Application and analysis of adjustable profile high frequency switchmode transformer having a U-shaped winding structure
RU2337423C1 (en) Electric high-frequency transformer
Wen et al. Investigation on transmission efficiency for magnetic materials in a wireless power transfer system
KR101470815B1 (en) Magnetic resonance type wireless power transmission apparatus for low voltage
CN102881412A (en) Energy-generation transformer
CN106575564A (en) A switching converter circuit with an integrated transformer
RU2751094C1 (en) Electric energy transmission system
RU2661888C1 (en) Resonance transformer
RU2718779C1 (en) Method and device for transmission of electric power (versions)
CN112753151A (en) System for transmitting electric power to an electric load
Meher et al. Wireless Power Transfer using EF 2 Inverter with Fixed Coil Capacitor and Air core Inductor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110912