RU2622844C1

RU2622844C1 - Resonant parametric oscillator and method of electrical excitation of oscillations in parametric resonance generator

Info

Publication number: RU2622844C1
Application number: RU2016105576A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Семенович Стребков
Original assignee: Дмитрий Семенович Стребков
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2016-02-18
Publication date: 2017-06-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: resonant parametric generator contains two groups of self-induction coils, united with the capacity for education of resonant circuit and installed with a gap coaxial to opposite each other, a device for changing parameters of resonant circuit installed in the gap between the two groups, coaxial coils and performed as a bilateral solar cells with p-n transitions optical radiation sources, which are connected to the pulse power source, and solar cells connected to a resonant circuit via frequency converter, resonant circuit is connected with the second resonant circuit, which through rectifier, load impedance, power supply and the switch is connected to line input feedback frequency converter.

EFFECT: increasing the power and stabilizing the values of generated energy when the load changes.

9 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе параметрических резонансных генераторов.The invention relates to electrical engineering, in particular to resonant converters of electrical energy based on parametric resonant generators.

Известен резонансный усилитель мощности, содержащий входной и силовой трансформаторы с нагрузкой во вторичной обмотке силового трансформатора и последовательный резонансный контур между трансформаторами, состоящий из емкости С и индуктивности входной обмотки силового трансформатора, а также из устройства обратной связи между обмотками входного и силового трансформатора, резонансный усилитель мощности содержит n каскадов усиления из n понижающих силовых трансформаторов, соединенных между собой с помощью n последовательных резонансных контуров, где n=2, 3, …m, а обратная связь выполнена в виде устройства, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки последнего силового трансформатора к первичной обмотке входного трансформатора, мощность каждого последующего n-го силового трансформатора связана с мощностью предыдущего n-1-го силового трансформатора соотношением: P_n=кP_n-1 где к - коэффициент усиления одного каскада (Резонансный усилитель мощности. Пат. РФ №2517378, заявл. 17.10.2012, опубл. 27.05.2014. Бюл. №15).Known resonant power amplifier containing input and power transformers with a load in the secondary winding of the power transformer and a series resonant circuit between transformers, consisting of a capacitance C and inductance of the input winding of the power transformer, as well as from a feedback device between the windings of the input and power transformer, a resonant amplifier power contains n amplification stages of n step-down power transformers, interconnected using n consecutive resonance nth circuits, where n = 2, 3, ... m, and the feedback is made in the form of a device providing unidirectional movement of electric energy from the secondary winding of the last power transformer to the primary winding of the input transformer, the power of each subsequent n-th power transformer is related to the power of the previous n-1st power transformer by the ratio: P _n = kP _n-1 where k is the gain of one stage (Resonant power amplifier. Pat. RF №2517378, declared 10/17/2012, publ. 05/27/2014. Bull. No. 15).

В варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде блока бесперебойного питания, вход которого соединен с вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход с первичной обмоткой входного трансформатора. В другом варианте исполнения резонансного усилителя мощности устройство обратной связи выполнено в виде однонаправленной индуктивности, вход которой соединен со вторичной обмоткой последнего силового трансформатора, а выход - с первичной обмоткой входного трансформатора.In the embodiment of the resonant power amplifier, the feedback device is made in the form of an uninterruptible power supply unit, the input of which is connected to the secondary winding of the last power transformer, and the output with the primary winding of the input transformer. In another embodiment of the resonant power amplifier, the feedback device is made in the form of a unidirectional inductance, the input of which is connected to the secondary winding of the last power transformer, and the output to the primary winding of the input transformer.

Недостатком известного устройства является большая масса сердечников и катушек и невысокий коэффициент усиления.A disadvantage of the known device is the large mass of cores and coils and a low gain.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является параметрический резонансный генератор, состоящий из двух групп плоских катушек самоиндукции с железным сердечником, соединенных с емкостью и образующих резонансный контур, катушки самоиндукции установлены на двух параллельных плоскостях по периферии двух параллельных окружностей, между обращенными друг к другу сторонами катушек выполнено узкое пространство в виде щели, в которой помещен плоский металлический диск с возможностью вращения, имеющий на периферии вырезы в виде зубцов, количество зубцов равно количеству пар катушек, середины зубцов расположены на окружности, совпадающей с окружностью, проходящей через центр катушек самоиндукции. (И. Греков. Резонанс. - Госэнергоиздат, 1952, с. 60-84).Closest to the proposed invention is a parametric resonance generator, consisting of two groups of flat self-induction coils with an iron core connected to the capacitance and forming a resonant circuit, self-induction coils are installed on two parallel planes along the periphery of two parallel circles, between the sides of the coils facing each other a narrow space in the form of a slit in which a flat metal disk with rotation is placed, having a notch in the form of a tooth at the periphery c, the number of teeth is equal to the number of pairs of coils, the middle of the teeth is located on a circle coinciding with the circle passing through the center of the self-induction coils. (I. Grekov. Resonance. - Gosenergoizdat, 1952, p. 60-84).

Известный параметрический резонансный генератор использует явление параметрического возбуждения колебаний за счет периодического изменения индуктивности резонансного контура.Known parametric resonant generator uses the phenomenon of parametric excitation of oscillations due to periodic changes in the inductance of the resonant circuit.

Недостатком известного параметрического резонансного генератора являются ограниченная мощность из-за нелинейной зависимости индуктивности катушки с железным сердечником от тока в катушке индуктивности. Другим недостатком является снижение добротности резонансного контура из-за включения сопротивления нагрузки в цепь резонансного контура.A disadvantage of the known parametric resonant generator is limited power due to the nonlinear dependence of the inductance of the iron core coil on the current in the inductor. Another disadvantage is the decrease in the quality factor of the resonant circuit due to the inclusion of load resistance in the circuit of the resonant circuit.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение мощности и снижение зависимости вырабатываемой электроэнергии параметрического резонансного генератора от величины нагрузки.The objective of the invention is to increase power and reduce the dependence of the generated electricity of a parametric resonant generator on the magnitude of the load.

Технический результат заключается в увеличении мощности и стабилизации величины вырабатываемой энергии при изменении нагрузки.The technical result consists in increasing power and stabilizing the amount of generated energy when the load changes.

Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления резонансного преобразователя и стабилизации величины коэффициента усиления при изменении нагрузки и частоты.The technical result consists in increasing the gain of the resonant transducer and stabilizing the magnitude of the gain when changing the load and frequency.

Технический результат достигается тем, что в резонансном параметрическом генераторе, содержащем две группы катушек самоиндукции, соединенных с емкостью для образования резонансного контура с частотой f₀, установленных с зазором соосно напротив друг друга, и устройство для изменения параметров резонансного контура, установленное в зазоре соосно между двумя группами катушек, устройство для изменения параметров резонансного контура выполнено в виде двусторонних солнечных элементов, площадь каждого солнечного элемента равна или больше площади торцевой плоскости каждой катушки индуктивности, солнечные элементы соединены оптически рабочими поверхностями с источниками оптического излучения со спектром излучения в области собственного поглощения полупроводникового материала солнечных элементов, источники оптического излучения соединены электрически с импульсным источником питания с частотой 100 Гц-100 кГц, а солнечные элементы соединены с резонансным контуром через преобразователь частоты, резонансный контур соединен однопроводниковой линией со вторым резонансным контуром с резонансной частотой f₀, второй резонансный контур через выпрямитель и сопротивление нагрузки, блок питания и коммутатор соединен линией обратной связи с входом преобразователя частоты.The technical result is achieved by the fact that in a resonant parametric generator containing two groups of self-induction coils connected to a capacitance to form a resonant circuit with a frequency f ₀ installed with a gap coaxially opposite to each other, and a device for changing the parameters of the resonant circuit installed in the gap coaxially between two groups of coils, a device for changing the parameters of the resonant circuit is made in the form of bilateral solar cells, the area of each solar cell is equal to or greater the area of the end plane of each inductor, the solar cells are connected by optical working surfaces to optical radiation sources with a radiation spectrum in the intrinsic absorption region of the semiconductor material of the solar cells, the optical radiation sources are electrically connected to a switching power supply with a frequency of 100 Hz-100 kHz, and the solar cells are connected with a resonant circuit through a frequency converter, the resonant circuit is connected by a single-conductor line to the second resonant a circuit with a resonant frequency f ₀ , a second resonant circuit through a rectifier and load resistance, a power supply and a switch is connected by a feedback line to the input of the frequency converter.

В варианте исполнения резонансного параметрического генератора источники света выполнены в виде светодиодов.In an embodiment of the resonant parametric generator, the light sources are made in the form of LEDs.

В другом варианте резонансного параметрического генератора источники света выполнены в виде люминесцентных автокатодных ламп с холодной эмиссией электронов.In another embodiment of the resonant parametric generator, the light sources are made in the form of fluorescent self-cathode tubes with cold electron emission.

Еще в одном варианте исполнения резонансного параметрического генератора солнечные элементы имеют плоскости р-n переходов, перпендикулярные осям катушек самоиндукции.In yet another embodiment of the resonant parametric generator, the solar cells have pn junction planes perpendicular to the axes of the self-induction coils.

В варианте исполнения резонансного параметрического генератора солнечные элементы имеют плоскости р-n переходов, параллельные осям катушек индуктивности.In an embodiment of a resonant parametric generator, the solar cells have pn junction planes parallel to the axes of the inductors.

В варианте исполнения резонансного параметрического генератора каждая катушка индуктивности имеет встроенный по оси катушки сердечник на основе постоянного магнита.In the embodiment of the resonant parametric generator, each inductor has a core based on a permanent magnet integrated along the axis of the coil.

В другом варианте резонансного параметрического генератора каждые две установленные соосно катушки индуктивности имеют встроенные по оси ферритовые сердечники.In another embodiment of the resonant parametric generator, every two coaxially mounted inductor coils have ferrite cores integrated along the axis.

В варианте резонансного параметрического генератора каждые две установленные соосно катушки индуктивности с зазором имеют общий незамкнутый сердечник.In the embodiment of the resonant parametric generator, every two coaxially mounted inductor coils with a gap have a common open core.

Технический результат достигается также тем, что в способе возбуждения электрических колебаний в резонансном параметрическом генераторе путем изменения параметров резонансного контура за счет изменения энергии электромагнитного поля катушек индуктивности резонансного контура между катушками индуктивности устанавливают солнечные элементы, которые соединяют с резонансным контуром через преобразователь частоты, солнечные элементы освещают импульсным излучением с частотой f_c=100 Гц-100 кГц, возбуждают в солнечных элементах колебания электромагнитного поля, изменяют индуктивность резонансного контура с частотой f_c, в два раза большей резонансной частоты f₀ резонансного контура, f_c=2 f₀, усиливают электромагнитные колебания в резонансном контуре за счет параметрического резонанса с периодическим изменением индуктивности и передачи электрической энергии от солнечных элементов в резонансный контур, усиленные колебания через однопроводниковую линию передают во второй резонансный контур с резонансной частотой f₀, выпрямляют и передают в нагрузку, часть электрической энергии от сопротивления нагрузки передают по линии обратной связи через блок питания и коммутатор на вход преобразователя частоты.The technical result is also achieved by the fact that in the method of exciting electric oscillations in a resonant parametric generator by changing the parameters of the resonant circuit by changing the energy of the electromagnetic field of the inductance coils of the resonant circuit between the inductors, solar cells are installed that are connected to the resonant circuit through a frequency converter, the solar cells are illuminated pulsed radiation with a frequency f _c = 100 Hz-100 kHz, the excite oscillations in solar cells lektromagnitnogo field alter the inductance of the resonant circuit with a frequency f _c, at twice the resonant frequency f ₀ of the resonant circuit, f _c = 2 f _0, enhance the electromagnetic oscillations in the resonant circuit due to parametric resonance with a periodic variation of inductance and transmission of electrical energy from solar elements into the resonant circuit, amplified oscillations are transmitted through a single-conductor line to the second resonant circuit with resonant frequency f ₀ , rectified and transferred to the load, part of the electrical energy from the load resistance is transmitted via the feedback line through the power supply and the switch to the input of the frequency converter.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется на фиг. 1, 2, 3, где на фиг. 1 представлена электрическая схема резонансного параметрического генератора с катушками индуктивности и солнечными элементами с р-n переходами, плоскости которых перпендикулярны оси катушек индуктивности, на фиг. 2 - электрическая схема резонансного параметрического генератора, у которого плоскости р-n переходов солнечных элементов параллельны оси катушек индуктивности, на фиг. 3 - электрическая схема резонансного параметрического генератора, у которого установленные соосно катушки индуктивности имеют общий незамкнутый сердечник.The invention is illustrated in FIG. 1, 2, 3, where in FIG. 1 is an electrical diagram of a resonant parametric generator with inductors and solar cells with pn junctions whose planes are perpendicular to the axis of the inductors, FIG. 2 is a circuit diagram of a resonant parametric generator in which the pn junction planes of the solar cells are parallel to the axis of the inductors, FIG. 3 is a circuit diagram of a resonant parametric generator in which coaxially mounted inductors have a common open core.

Резонансный параметрический генератор на фиг. 1 содержит две пары катушек 1 и 2, установленных попарно с зазором 3 между параллельными торцевыми поверхностями 4 соосно напротив друг друга, соединенных последовательно с емкостью 5 и образующих резонансный контур 6. Прибор 7 для периодического изменения параметров резонансного контура 6, установленный в зазоре 3 между каждыми двумя катушками индуктивности 1, 2 выполнен в виде двусторонних солнечных элементов 8, соединенных оптически с источниками оптического излучения 9. Площадь S₁ каждого солнечного элемента 8 равна или больше площади S₂ торцевой поверхности 4 катушки индуктивности 1, 2. Источники оптического излучения 9 установлены с внешней стороны 10 катушек индуктивности 1, 2 и соединены электрически с импульсным источником питания 11 с регулируемой частотой 100 Гц-100 кГц. Катушки индуктивности 1 и 2 установлены соосно. Это означает, что ось 12 катушки индуктивности 1 и ось 13 катушки индуктивности 2 находятся на одной прямой. Плоскости р-n переходов 14 солнечных элементов 8 параллельны рабочей поверхности солнечных элементов 8 и перпендикулярны оси 12 катушки 1 и оси 13 катушки 2. Солнечные элементы 8 имеют две рабочие поверхности 15 и 16 и металлические контакты 17 на рабочей поверхности 15 и 18 на рабочей поверхности 16. Металлические контакты 17 и 18 выполнены в виде узких полос шириной 100-200 мкм, совмещенных в плане и расположенных друг от друга на расстоянии 3 мм, таким образом, общая площадь металлических контактов 17 и 18 на двух рабочих поверхностях 15 и 16 солнечных элементов 8 не превышает 3-5%. При использовании солнечных элементов 8 из полупроводникового кремния солнечные элементы с двухсторонней поверхностью прозрачны для инфракрасного излучения за краем полосы собственного поглощения в кремнии с длиной волны более λ₀=1,15 мкм, а спектр собственного поглощения солнечных элементов из полупроводникового кремния находится в области длин волн λ=0,38-1,15 мкм и соответствует спектру источников оптического излучения. Незначительная площадь металлических контактов 17 и 18 3-6% на рабочей поверхности 15 и 16 приводит к тому, что неосвещенные солнечные элементы 8 с двухсторонней рабочей поверхностью прозрачны для электромагнитного поля катушек индуктивности 1 и 2. Солнечные элементы 8 соединены с резонансным контуром 6 через преобразователь частоты 19. Резонансный контур 6 соединен однопроводниковой линией 20 со вторым резонансным контуром 21 с резонансной частотой

, где L₂ и C₂ - индуктивность 22 и емкость 23 второго резонансного контура 21. Резонансный контур 21 соединен через выпрямитель 24 и инвертор 25 с нагрузкой 26 и с преобразователем частоты 19 через линию обратной связи 27 с блоком питания 28 и коммутатором 29. Блок питания 28 соединен с импульсным источником питания 11.The resonant parametric oscillator of FIG. 1 contains two pairs of

coils

1 and 2 mounted in pairs with a gap 3 between parallel end surfaces 4 coaxially opposite each other, connected in series with a capacitance 5 and forming a resonant circuit 6. A device 7 for periodically changing the parameters of the resonant circuit 6, installed in the gap 3 between each two

coils

1, 2 is designed as a bilateral solar cell 8, optically connected with optical radiation source 9. the area S ₁ of each of the solar cell 8 is equal to or greater than the area of S ₂ tsevoy surface 4 of the

inductor

1, 2. Light sources 9 are mounted on the outside of inductors 10 1, 2, and connected electrically to the pulsed power supply 11 with adjustable frequency of 100 Hz-100 kHz.

Inductors

1 and 2 are mounted coaxially. This means that the axis 12 of the inductor 1 and the axis 13 of the inductor 2 are on the same line. The planes of the pn junctions 14 of the solar cells 8 are parallel to the working surface of the solar cells 8 and perpendicular to the axis 12 of the coil 1 and the axis 13 of the coil 2. The solar cells 8 have two working

surfaces

15 and 16 and metal contacts 17 on the working

surface

15 and 18 on the working surface 16. The

metal contacts

17 and 18 are made in the form of narrow strips with a width of 100-200 μm, combined in plan and spaced from each other at a distance of 3 mm, thus the total area of the

metal contacts

17 and 18 on two working

surfaces

15 and 16 of the solar cells in 8 does not exceed 3-5%. When using solar cells 8 made of semiconductor silicon, solar cells with a double-sided surface are transparent to infrared radiation beyond the edge of the intrinsic absorption band in silicon with a wavelength greater than λ ₀ = 1.15 μm, and the intrinsic absorption spectrum of solar cells made of semiconductor silicon is in the wavelength range λ = 0.38-1.15 μm and corresponds to the spectrum of optical radiation sources. The insignificant area of

metal contacts

17 and 18 3-6% on the working

surface

15 and 16 leads to the fact that unlit solar cells 8 with a double-sided working surface are transparent for the electromagnetic field of

inductors

1 and 2. Solar cells 8 are connected to the resonant circuit 6 through a converter frequency 19. The resonant circuit 6 is connected by a single-conductor line 20 with the second resonant circuit 21 with a resonant frequency

where L ₂ and C ₂ are the inductance 22 and the capacitance 23 of the second resonant circuit 21. The resonant circuit 21 is connected through a rectifier 24 and an inverter 25 to a load 26 and to the frequency converter 19 through a feedback line 27 with a power supply 28 and a switch 29. Block power supply 28 is connected to a switching power supply 11.

На фиг. 2 солнечный элемент 30 состоит из скоммутированных последовательно микроэлементов 31 с р-n переходами 32 и металлическими контактами 33, плоскости которых параллельны осям 12 и 13 катушек индуктивности 1 и 2 и перпендикулярны двум рабочим поверхностям 34 и 35 солнечных элементов 30. Общая площадь металлических контактов 33 на рабочих поверхностях 34 и 35 составляет 3-5%, поэтому солнечные элементы 30 так же, как и солнечные элементы 8 на фиг. 1, прозрачны для излучения за краем инфракрасной полосы поглощения λ₀ полупроводника λ₀. Для полупроводникового кремния λ₀=1,15 мкм.In FIG. 2, the solar cell 30 consists of microelements 31 sequentially connected with pn junctions 32 and metal contacts 33, the planes of which are parallel to the axes 12 and 13 of the inductors 1 and 2 and perpendicular to the two working surfaces 34 and 35 of the solar cells 30. The total area of the metal contacts 33 on working surfaces 34 and 35 is 3-5%, therefore, the solar cells 30 are the same as the solar cells 8 in FIG. 1 are transparent to radiation beyond the edge of the infrared absorption band λ _{0 of the} semiconductor λ ₀ . For semiconductor silicon, λ ₀ = 1.15 μm.

Солнечные элементы 30 соединены с резонансным контуром 6 через преобразователь частоты 19, который преобразует импульсную электромагнитную энергию с частотой f в электромагнитную энергию с частотой

, равной резонансной частоте контура 6.The solar cells 30 are connected to the resonant circuit 6 through a frequency converter 19, which converts pulsed electromagnetic energy with a frequency f into electromagnetic energy with a frequency

equal to the resonant frequency of circuit 6.

На фиг. 1 и 2 катушки индуктивности 1 и 2 имеют кольцевые ферритовые сердечники 36 и солнечные элементы 8 и 30, соединены оптически с источниками оптического излучения 9 через внутреннюю полость 37 внутри катушек индуктивности 1 и 2, при этом направление оптического излучения параллельно осям 12 и 13 катушек 1 и 2.In FIG. 1 and 2, inductors 1 and 2 have annular ferrite cores 36 and solar cells 8 and 30, are optically connected to optical radiation sources 9 through an internal cavity 37 inside inductors 1 and 2, while the direction of optical radiation is parallel to the axes 12 and 13 of coils 1 and 2.

На фиг. 3 каждая пара катушек индуктивности 1 и 2 с зазором 3 имеет общий незамкнутый сердечник 38. Солнечные элементы 39 установлены в зазоре 3 сердечника 38, а источники оптического излучения 40 установлены вокруг солнечных элементов 39 и соединены оптически с рабочими поверхностями солнечных элементов с помощью световодов 41.In FIG. 3, each pair of inductors 1 and 2 with a gap of 3 has a common open core 38. Solar cells 39 are installed in the gap 3 of the core 38, and optical radiation sources 40 are mounted around the solar cells 39 and are connected optically to the working surfaces of the solar cells using optical fibers 41.

Резонансный параметрический генератор работает следующим образом. Солнечные элементы 8 на фиг. 1, 30 на фиг. 2 и 39 на фиг. 3 при отсутствии освещения прозрачны для электромагнитного поля катушек индуктивности 1 и 2. При включении коммутатора 29 и присоединении блока питания 28 к преобразователю частоты 19 и к импульсному источнику питания 11 в контуре 6 возникают электрические колебания с частотой f₀, а источники оптического излучения освещают солнечные элементы импульсным излучением с частотой 2f₀. При освещении солнечных элементов источниками оптического излучения через р-n переход 14 (фиг. 1) и через микроэлементы 31 с р-n переходами 32 и металлическими контактами 33 солнечных элементов 30 на фиг. 2 и на рабочей поверхности 15 и 16 солнечных элементов 8 протекают токи, которые своим магнитным и электрическим полем экранируют электромагнитное поле катушек индуктивности 1 и 2, что приводит к изменению индуктивности резонансного контура 6. При питании источника оптического излучения 9 от импульсного источника питания 11 с частотой f₁ происходит периодическое изменение индуктивности резонансного контура 6, которое приводит к параметрическому возбуждению колебаний при условии f₀=2f₀, где f₀ - резонансная частота контура 6.The resonant parametric generator operates as follows. Solar cells 8 in FIG. 1, 30 in FIG. 2 and 39 in FIG. 3, in the absence of lighting, transparent to the electromagnetic field of inductors 1 and 2. When you turn on the switch 29 and connect the power supply 28 to the frequency converter 19 and to the switching power supply 11 in the circuit 6, electric oscillations with a frequency of f ₀ occur, and optical radiation sources illuminate the solar elements by pulsed radiation with a frequency of 2f ₀ . When solar cells are illuminated with optical radiation sources through the pn junction 14 (Fig. 1) and through microelements 31 with pn junction 32 and metal contacts 33 of the solar cells 30 in FIG. 2 and currents flow on the working surface 15 and 16 of the solar cells 8, which shield the electromagnetic field of the inductors 1 and 2 with their magnetic and electric fields, which leads to a change in the inductance of the resonant circuit 6. When the optical radiation source 9 is supplied from a switching power supply 11 s frequency f ₁ there is a periodic change in the inductance of the resonant circuit 6, which leads to parametric excitation of oscillations under the condition f ₀ = 2f ₀ , where f ₀ is the resonant frequency of the circuit 6.

, где L₁ - полная общая индуктивность последовательно соединенных катушек индуктивности 1 и 2 в резонансном контуре 6, C₁ - емкость 5 резонансного контура 6.

where L ₁ is the total total inductance of series-connected

inductors

1 and 2 in the resonant circuit 6, C ₁ is the capacitance 5 of the resonant circuit 6.

Периодическое изменение электромагнитного поля солнечных элементов при импульсном освещении приводит к появлению напряжения на катушках индуктивности 1 и 2 с частотой f₁ импульсного источника питания 11. Солнечные элементы 8 соединены через преобразователь частоты 19 с резонансным контуром 6 с резонансной частотой f₀, что приводит к дополнительному увеличению электромагнитной энергии колебаний в резонансном контуре 6. Электромагнитную энергию колебаний в резонансном контуре 6 передают по однопроводниковой линии 20 во второй резонансный контур 21 с резонансной частотой, равной резонансной частоте f₀ контура 6, выпрямляют в выпрямителе 24, преобразуют по напряжению и частоте в инверторе 25 и передают в нагрузку 26. Часть электрической энергии передают с нагрузки 26 по линии обратной связи 27 и блок питания 28, коммутатор 29 на вход преобразователя частоты 19.Periodic changes in the electromagnetic field of solar cells under pulsed illumination leads to the appearance of voltage across the inductors 1 and 2 with a frequency f _{1 of a} switching power supply 11. Solar cells 8 are connected via a frequency converter 19 to a resonant circuit 6 with a resonant frequency f ₀ , which leads to an additional increase the electromagnetic energy of the oscillations in the resonant circuit 6. The electromagnetic energy of the oscillations in the resonant circuit 6 is transmitted via a single-conductor line 20 to the second resonant Contours 21 with resonant frequency equal to resonance frequency f ₀ circuit 6, rectified in the rectifier 24 is converted to voltage and frequency of the inverter 25 and supplied to the load 26. Part of electric energy is transmitted to the load 26 through feedback line 27 and the power supply 28, the switch 29 to the input of the frequency Converter 19.

Пример выполнения резонансного параметрического генератора.An example of a resonant parametric generator.

Резонансный параметрический генератор на фиг. 1 содержит две пары катушек индуктивности 1 и 2 диаметром 80 мм, длиной 180 мм. Каждая катушка индуктивности 1 и 2 имеет 50 витков провода марки ПВВ-1. В зазоре 3 между катушками индуктивности 1 и 2 размером 5 мм установлен осесимметрично солнечный кремниевый элемент 8 диаметром 100 мм с двумя рабочими поверхностями 15 и 16. Плоскость р-n переходов 14 и металлических контактов 17 и 18 в солнечном элементе 8 параллельна рабочей поверхности 15 и 16 и перпендикулярна оси катушек 12 и 13. Рабочие поверхности 15 и 16 солнечного элемента 8 соединены оптически через внутреннюю полость 37 (фиг. 2) катушек индуктивности 1 и 2 с двумя источниками оптического излучения 9 на основе светодиодов мощностью каждый 50 Вт, которые электрически соединены с импульсным источником питания 11 мощностью 100 Вт с частотой импульсов 2 кГц. Электрический ток солнечного элемента 8 при импульсном освещении составляет 10 A при напряжении 0,5 В. Резонансный контур 6 состоит из индуктивности четырех катушек индуктивности 1 и 2, соединенных последовательно, и емкости 5. Рабочая частота резонансного контура 6 составляет 1 кГц. Резонансный контур 6 соединен однопроводниковой линией 20 со вторым резонансным контуром 21 с рабочей частотой 1 кГц. Солнечный элемент 8 соединен с преобразователем частоты 19. Преобразователь частоты 19 преобразует импульсное напряжение и ток от солнечного элемента 8 с частотой f₁=2 кГц в напряжение и ток с резонансной частотой f₀=1 кГц контура 6. При подаче импульсного питания на матрицы светодиодов с частотой f₁=2 кГц напряжение на индуктивности и емкости контура 6 составило 6 кВ, электрическая мощность на нагрузке 800 Вт.The resonant parametric oscillator of FIG. 1 contains two pairs of inductors 1 and 2 with a diameter of 80 mm and a length of 180 mm. Each inductor 1 and 2 has 50 turns of wire brand PVV-1. In the gap 3 between the inductors 1 and 2 of size 5 mm, an axisymmetrically solar silicon element 8 with a diameter of 100 mm is installed with two working surfaces 15 and 16. The plane of the pn junctions 14 and the metal contacts 17 and 18 in the solar element 8 is parallel to the working surface 15 and 16 and perpendicular to the axis of the coils 12 and 13. The working surfaces 15 and 16 of the solar element 8 are connected optically through the internal cavity 37 (Fig. 2) of the inductors 1 and 2 with two optical radiation sources 9 based on LEDs with a power of 50 W each e electrically connected to a pulsed power supply 11 with 100 watts with a frequency of 2 kHz pulse. The electric current of the solar cell 8 under pulsed illumination is 10 A at a voltage of 0.5 V. The resonant circuit 6 consists of the inductance of four inductors 1 and 2 connected in series and a capacitance 5. The operating frequency of the resonant circuit 6 is 1 kHz. The resonant circuit 6 is connected by a single-conductor line 20 to the second resonant circuit 21 with an operating frequency of 1 kHz. The solar cell 8 is connected to the frequency converter 19. The frequency converter 19 converts the pulse voltage and current from the solar cell 8 with a frequency f ₁ = 2 kHz into voltage and current with a resonant frequency f ₀ = 1 kHz of circuit 6. When applying pulse power to the LED matrix with a frequency f ₁ = 2 kHz, the voltage across the inductance and capacitance of circuit 6 was 6 kV, and the electric power at a load of 800 watts.

Достоинством резонансного параметрического генератора является увеличение вырабатываемой мощности за счет трех факторов: параметрического возбуждения колебаний за счет периодического изменения индуктивности резонансного контура, передачи электрической энергии от солнечных элементов в резонансный контур через преобразователь частоты и электромагнитного высокочастотной связи импульсного тока солнечных элементов и катушек индуктивности.The advantage of a resonant parametric generator is an increase in the generated power due to three factors: parametric excitation of oscillations due to a periodic change in the inductance of the resonant circuit, transmission of electric energy from solar cells to the resonant circuit through a frequency converter and electromagnetic high-frequency coupling of the pulsed current of solar cells and inductors.

Стабилизация величины вырабатываемой энергии при изменении нагрузки достигается за счет увеличения добротности резонансного контура и удаления сопротивления нагрузки из резонансного контура параметрического генератора во второй резонансный контур, связанный с резонансным контуром параметрического генератора однопроводниковой линией.Stabilization of the generated energy when the load changes is achieved by increasing the quality factor of the resonant circuit and removing the load resistance from the resonant circuit of the parametric generator to the second resonant circuit connected to the resonant circuit of the parametric generator by a single-conductor line.

Claims

one . A resonant parametric generator containing two groups of self-induction coils connected to a capacitance for the formation of a resonant circuit with a frequency f ₀ installed with a gap coaxially opposite each other, and a device for changing the parameters of the resonant circuit installed in the gap coaxially between two groups of coils, characterized in that the device for changing the parameters of the resonant circuit is made in the form of two-sided solar cells with pn junctions of the semiconductor, the area of each solar cell is equal to or longer than the area of the end plane of each self-induction coil, the solar cells are connected by optically working surfaces to optical radiation sources with a radiation spectrum in the intrinsic absorption region of the semiconductor material of the solar cells, the optical radiation sources are electrically connected to a switching power source with a frequency of 100 Hz to 100 kHz, and the solar cells connected to the resonant circuit through a frequency converter, the resonant circuit is connected by a single-conductor line to the second resonator ansnym circuit with a resonance frequency f _0, the second resonant circuit via a rectifier and a load resistance, the power supply line and a switch coupled to the input of the feedback inverter.

2. The resonant parametric generator according to claim 1, characterized in that the optical radiation sources are made in the form of LEDs.

3. The resonant parametric generator according to claim 1, characterized in that the optical radiation sources are made in the form of fluorescent self-cathode tubes with cold electron emission.

4. The resonant parametric generator according to claim 1, characterized in that the solar cells have planes of p-n junctions perpendicular to the axes of the inductors.

5. The resonant parametric generator according to claim 1, characterized in that the solar cells have p-n junction planes parallel to the axes of the inductors.

6. The resonant parametric generator according to claim 1, characterized in that each inductor has a core based on a permanent magnet integrated on the axis of the coil.

7. The resonant parametric generator according to claim 1, characterized in that every two coaxially mounted inductor coils have ferrite cores integrated along the axis.

8. Resonant parametric generator according to claims. 1 and 7, characterized in that every two coaxially mounted inductors with a gap have a common open core.

9. A method of exciting electric oscillations in a resonant parametric generator by changing the parameters of the resonant circuit by changing the energy of the electromagnetic field of the inductance coils of the resonant circuit, characterized in that solar cells are installed between the coils of the inductors, which are connected to the resonant circuit through a frequency converter, the solar cells are illuminated by a pulse radiation with a frequency f _c = 100 Hz - 100 kHz, the excite oscillations in solar cells the electromagnetic field, and changing the inductance of the resonant circuit with a frequency f _c, at twice the resonant frequency f ₀ of the resonant circuit, f _c = 2 f _0, enhance the electromagnetic oscillations in the resonant circuit due to parametric resonance with a periodic variation of inductance and transmission of electrical energy from solar cells in the resonant circuit, amplified oscillations are transmitted through a single-conductor line to a second resonant circuit with a resonant frequency f ₀ , rectified and transferred to the load, part of the electrical energy from the resistance loads are transferred via the feedback line through the power supply and the switch to the input of the frequency converter.