RU2688147C2 - Independent electric power source - Google Patents
Independent electric power source Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688147C2 RU2688147C2 RU2017113017A RU2017113017A RU2688147C2 RU 2688147 C2 RU2688147 C2 RU 2688147C2 RU 2017113017 A RU2017113017 A RU 2017113017A RU 2017113017 A RU2017113017 A RU 2017113017A RU 2688147 C2 RU2688147 C2 RU 2688147C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- resonant
- power
- control unit
- transformer
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 86
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 abstract 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 5
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/505—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
- H02M7/515—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
- H02M7/523—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with LC-resonance circuit in the main circuit
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Amplifiers (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике, конкретнее к автономным источникам электропитания, и может найти широкое применение в промышленности, в бытовой технике и особенно на транспорте.The invention relates to power engineering, more specifically to autonomous sources of power supply, and may find wide application in industry, household appliances and especially in transport.
В настоящее время широко распространены резонансные усилители тока, в которых используется явление электрического резонанса в последовательном колебательном контуре.At present, resonant current amplifiers are widely distributed, using the phenomenon of electrical resonance in a series oscillatory circuit.
Известен трансформатор энергии (резонансный усилитель), содержащий источник энергии, выключатель, преобразователь энергии источника в импульсы переменного тока высокой частоты, первый конденсатор (первый фильтр) первичную и вторичную обмотки высокочастотного трансформатора, регулятор частоты первого последовательного колебательного контура, образованного первым конденсатором и индуктивностью первичной обмотки высокочастотного трансформатора, при этом в цепь второго последовательного колебательного контура, образованного вторым конденсатором (второй фильтр) и индуктивностью вторичной обмотки высокочастотного трансформатора включен стабилизатор частоты второго последовательного колебательного контура, а регулятор частоты первого последовательного колебательного контура выполняет функции модулятора частоты первого последовательного колебательного контура, например, частотой модуляции 50 Гц. (Патент WO 2008/103129).A power transformer (resonant amplifier) is known, which contains an energy source, a switch, a source of energy converter into high-frequency AC pulses, a first capacitor (first filter) primary and secondary windings of a high-frequency transformer, a frequency controller of the first series oscillatory circuit formed by the first capacitor and the primary inductance winding high-frequency transformer, while in the circuit of the second series of the oscillatory circuit formed by the second the capacitor (second filter) and the inductance of the secondary winding of the high-frequency transformer switch on the frequency regulator of the second series oscillator circuit, and the frequency controller of the first series oscillator acts as a frequency modulator of the first series oscillator circuit, for example, with a modulation frequency of 50 Hz. (Patent WO 2008/103129).
Недостатком известного усилителя является сложность ручной его настройки на резонансную частоту второго последовательного колебательного контура, имеющего большую (больше 100) величину добротности (и, следовательно, большой коэффициент усиления по мощности) и нестабильность его работы при изменяющейся электрической нагрузке. При величине добротности меньше 10 стабильность его работы возрастает, но коэффициент усиления резко снижается.A disadvantage of the known amplifier is the difficulty of manually adjusting it to the resonant frequency of the second consecutive oscillating circuit, which has a large (more than 100) Q value (and, consequently, a large power gain) and the instability of its operation with varying electrical load. When the Q value is less than 10, the stability of its operation increases, but the gain decreases sharply.
Известен резонансный усилитель промышленной частоты, содержащий последовательно соединенные первичную обмотку силового трансформатора, обмотки двух встречно включенных управляемых магнитных реакторов, емкости и вторичной обмотки входного понижающего трансформатора, которые образуют последовательный резонансный контур. Резонансная емкость включена между выводами вторичной обмотки входного трансформатора и первичной обмотки силового трансформатора. Управляемые магнитные реакторы включены между двумя другими выводами вторичной обмотки входного трансформатора и первичной обмотки силового трансформатора. Два встречно включенных управляемых магнитных реактора выполняют функции индуктивной обратной связи для стабилизации напряжения при изменении электрической нагрузки. Первичная обмотка входного трансформатора подключена к источнику электрической энергии. Электрическая нагрузка присоединена ко вторичной обмотке силового трансформатора. Коэффициент усиления зависит от нагрузки и при настройке резонансного контура превышает единицу (Элементарный учебник физики / Под ред. акад. Г.С. Ландсберга. Т. III. Колебания, волны, оптика, строение атома. - М., 1975, стр. 81-82).Known resonant amplifier industrial frequency, containing consistently connected the primary winding of a power transformer, the windings of two counter-operated controlled magnetic reactors, capacitance and the secondary winding of the input step-down transformer, which form a series resonant circuit. A resonant capacitance is connected between the terminals of the secondary winding of the input transformer and the primary winding of the power transformer. Controlled magnetic reactors are connected between the other two terminals of the secondary winding of the input transformer and the primary winding of the power transformer. Two counter-operated controlled magnetic reactors serve as inductive feedback to stabilize the voltage when the electrical load changes. The primary winding of the input transformer is connected to a source of electrical energy. The electrical load is connected to the secondary winding of the power transformer. The gain depends on the load and when tuning the resonant circuit exceeds one (Elementary physics textbook / Edited by Acad. GS Landsberg. T. III. Oscillations, waves, optics, atomic structure. - Moscow, 1975, p. 81 -82).
Недостатком известного преобразователя является не высокий коэффициент усиления и сложность ручной настройки усилителя на резонансную частоту при изменяющейся электрической нагрузке.The disadvantage of the known converter is not a high gain and the complexity of the manual tuning of the amplifier to the resonant frequency with varying electrical load.
Известен резонансный усилитель промышленной частоты, содержащий первичный источник энергии промышленной частоты, силовой трансформатор, включающий первую, вторую и третью обмотки и конденсатор. Первые выводы первой и второй обмоток через конденсатор соединены последовательно. Вторые выводы первой и второй обмоток подсоединены к полюсам внешнего источника переменного тока. Вторая обмотка выполняет функции элемента обратной связи. При этом для увеличения на выходе электрического сигнала на вход усилителя для питания колебательного контура подают сигнал переменного тока, находящийся в полосе пропускания колебательного контура усилителя, через элемент положительной обратной связи. Этот сигнал подают через элемент обратной связи последовательно с источником сигнала, при этом в сердечнике лавинообразно нарастает магнитный поток, который индуцирует ЭДС во вторичных обмотках усилителя для питания потребителей. (патент России №2600097, МПК H03F 3/20, опубл. 20.10.2016 г.).Known resonant amplifier industrial frequency, containing the primary source of energy of industrial frequency, power transformer, comprising the first, second and third windings and a capacitor. The first terminals of the first and second windings are connected in series through a capacitor. The second terminals of the first and second windings are connected to the poles of an external AC source. The second winding serves as a feedback element. At the same time to increase the output of the electrical signal to the input of the amplifier for supplying the oscillating circuit, an alternating current signal located in the passband of the oscillating circuit of the amplifier is fed through an element of positive feedback. This signal is fed through the feedback element in series with the signal source, while the magnetic flux in the core is avalanche-like, which induces an emf in the secondary windings of the amplifier to power the consumers. (Russian patent №2600097, IPC
Недостатком этого известного преобразователя является сложность ручной настройки усилителя на резонансную частоту при изменяющейся электрической нагрузке и нестабильность усиления обусловленная изменением температуры сердечника трансформатора в процессе работы преобразователя в режиме лавинообразного не контролируемого нарастания магнитного потока в сердечнике.The disadvantage of this known converter is the difficulty of manually adjusting the amplifier to the resonant frequency with varying electrical load and the instability of the gain due to a change in the temperature of the transformer core during the operation of the converter in the avalanche mode of uncontrolled increase of the magnetic flux in the core.
Известен принятый автором за прототип резонансный усилитель электрического сигнала, содержащий первичный источник энергии промышленной частоты, входной и силовой трансформаторы с нагрузкой во вторичной обмотке силового трансформатора и последовательный резонансный контур между трансформаторами, состоящий из конденсатора 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=1, 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. (патент России №2517378, МПК H03F 3/20, 27.05.2014 г.).Known adopted by the author for the prototype of a resonant amplifier of an electrical signal containing the primary source of power industrial frequency, input and power transformers with a load in the secondary winding of a power transformer and a series resonant circuit between transformers, consisting of a capacitor and inductance of the input winding of the power transformer, as well as from the reverse device connection between the windings of the input and power transformer. Resonant power amplifier contains n stages of amplification of n step-down power transformers interconnected with n consecutive resonant circuits, where n = 1, 2, 3, ... m, and the feedback is made in the form of a device that provides unidirectional movement of electrical energy from the secondary the windings of the last power transformer to the primary winding of the input transformer. (patent of Russia No. 2517378, IPC
Недостатком этого преобразователя также является сложность ручной настройки усилителя на резонансную частоту при изменяющейся электрической нагрузке и нестабильность резонансной частоты контура, а следовательно и усиления, обусловленная изменением температуры сердечника трансформатора в процессе работы преобразователя в режиме нарастания магнитного потока в сердечнике.The disadvantage of this converter is also the difficulty of manually adjusting the amplifier to the resonant frequency with varying electrical load and instability of the resonant frequency of the circuit, and hence amplification, due to a change in the core temperature of the transformer during converter operation in the mode of increase of the magnetic flux in the core.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages.
Технический результат заключается в повышении стабильности коэффициента усиления, стабилизации величины коэффициента усиления при изменении различных факторов, например, величины нагрузки, температуры, сдвига резонансных частот и т.п., за счет ввода в известный резонансный усилитель мощности системы автоматического регулирования резонансной частоты в каждом отдельном последовательном резонансном контуре резонансного усилителя мощности и первичном источнике энергии.The technical result consists in increasing the stability of the gain, stabilizing the magnitude of the gain when changing various factors, such as load, temperature, shift of resonant frequencies, etc., due to input into the known resonant power amplifier of the automatic control system of the resonant frequency in each individual serial resonant circuit of the resonant power amplifier and the primary source of energy.
Технический результат достигается тем, что в известный источник электрической энергии, содержащий включающий силовой трансформатор и последовательный резонансный контур, состоящий из конденсатора и индуктивности обмотки силового трансформатора, а также из блока обратной связи, при этом резонансный усилитель содержит n каскадов из n понижающих силовых трансформаторов, первичные обмотки каждого из которых кроме первого соединены через соответствующий резонансный контур с вторичной обмоткой понижающего силового трансформатора предыдущего каскада, первичная обмотка понижающего силового трансформатора первого каскада соединена с вторичной обмоткой силового трансформатора, а вторичная обмотка понижающего силового трансформатора n-го каскада соединена с нагрузкой, вход блока обратной связи связан с вторичной обмоткой понижающего силового трансформатора n-го каскада, а обратная связь выполнена в виде блока, обеспечивающего однонаправленное движение электрической энергии от вторичной обмотки понижающего силового трансформатора n-го каскада к первичной обмотке силового трансформатора резонансного усилителя.The technical result is achieved by the fact that in a known source of electrical energy, comprising a power transformer and a series resonant circuit consisting of a capacitor and a winding inductance of the power transformer, as well as a feedback unit, the resonant amplifier contains n stages of n step-down power transformers, the primary windings of each of which, besides the first, are connected via a corresponding resonant circuit with the secondary winding of a step-down power transformer the primary winding of the step-down power transformer of the first stage is connected to the secondary winding of the power transformer, and the secondary winding of the step-down power transformer of the nth stage is connected to the load, the input of the feedback unit is connected to the secondary winding of the step-down power transformer of the nth stage, and feedback made in the form of a unit that provides unidirectional movement of electrical energy from the secondary winding of the step-down power transformer of the n-th stage to the primary winding of the power th transformer tuned amplifier.
Источник дополнительно содержит блок регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура и блок управления процессом работы источника, а первичный источник энергии выполнен в виде автономного резонансного генератора, вход которого соединен с выходом блока обратной связи, а выход с входной обмоткой входного трансформатора с возможностью образования с помощью витка связи, конденсатора и входной обмотки входного трансформатора последовательного резонансного контура, при этом первый и второй входы блока управления соединены с выводами сигнальной обмотки резонансного контура резонансного генератора, третий и четвертый входы блока управления соединены с выводами сигнальной обмотки входного трансформатора, пятый и шестой входы блока управления соединены с выводами сигнальной силового входного трансформатора, причем первый выход блока управления соединен с первым входом первичного источника энергии, второй выход блока управления соединен с входом блока регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура, образованного с помощью витка связи, конденсатора и входной обмотки входного трансформатора, третий выход блока управления соединен с входом блока регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура между входным и силовым трансформаторами.The source additionally contains a resonant frequency control unit for a series resonant circuit and a source process control unit, and the primary energy source is an autonomous resonant generator, whose input is connected to the output of the feedback unit, and the output to the input winding of the input transformer can be formed using a coil connection, capacitor and the input winding of the input transformer of a series resonant circuit, with the first and second inputs of the control unit connected to the terminals of the signal winding of the resonant circuit of the resonant generator, the third and fourth inputs of the control unit are connected to the terminals of the signal winding of the input transformer, the fifth and sixth inputs of the control unit are connected to the terminals of the signal power input transformer, the first output of the control unit is connected to the first input of the primary energy source The second output of the control unit is connected to the input of the resonant frequency control unit of a series resonant circuit formed with The terminal of the coupling, the capacitor and the input winding of the input transformer, the third output of the control unit is connected to the input of the resonant frequency control unit of the series resonant circuit between the input and power transformers.
При этом блок регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура подсоединен к конденсатору параллельно или последовательно, каждый резонансный контур содержит управляемый магнитный реактор, включенный между двумя другими выводами вторичной обмотки, а первый выход блока регулировки соединен с первым выводом вторичной обмотки входного трансформатора, второй выход блока регулировки соединен с первым выводом вторичной обмотки силового трансформатора.In this case, the resonant frequency control unit of the series resonant circuit is connected to the capacitor in parallel or in series, each resonant circuit contains a controlled magnetic reactor connected between the other two secondary windings, and the first output of the adjusting unit is connected to the first output of the secondary winding of the input transformer, the second output of the adjusting unit connected to the first output of the secondary winding of the power transformer.
На фиг. 1 приведена схема предлагаемого источника электрической энергии.FIG. 1 shows a diagram of the proposed source of electrical energy.
Возможны и другие варианты выполнения блока регулировки резонансной частоты последовательного резонансного контура, например, на варикапах, варикондах, матрице (наборе) конденсаторов с электронными коммутаторами их величины и т.п., но они не применимы для последовательного резонансного контура усилителя мощности, т.к. в условиях резонанса в этих контурах возникают большие электрические напряжения и токи, при которых варикапы, вариконд и т.п. электронные элементы выходят из строя.Other embodiments of the resonant frequency control unit for a series resonant circuit are possible, for example, on varicapes, variconds, a matrix (set) of capacitors with electronic switches, their size, etc., but they are not applicable to the series resonant circuit of a power amplifier, because . under conditions of resonance in these circuits large electrical voltages and currents occur, at which varicaps, varicades, etc. electronic components fail.
Устройство содержит источник 1 постоянного тока энергии, первичный источник 2 энергии, выполненный в виде автономного резонансного генератора переменного тока, резонансные усилители 3, 4, …n мощности, блок 5 обратной связи и блок 6 управления процессом работы автономного источника.The device contains a source of constant current energy, a primary source of
Резонансные усилители 3, 4, …n мощности содержат входной Т1 трансформатор и силовые трансформаторы Т2 - Ti с нагрузкой Rн во вторичной обмотке силового трансформатора Ti, а также последовательные резонансные контура между трансформаторами Т1 - Ti, состоящие из витков (выходных обмоток) W1, W3, … Wi3 связи (выходных обмоток трансформаторами Т1 - Ti), конденсаторов С1 - Ci, индуктивностей входных обмоток W2 - Wi2 трансформаторов Т1 - Ti и блоков 7, 7+i, … 7+n регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров резонансные усилителей 3, 4, …n.
Блок 5 обратной связи выполнен с возможностью однонаправленного движения электрической энергии от вторичной обмотки Wi6 последнего силового трансформатора Ti на вход 14 первичного источника 2 (автономного резонансного генератора переменного тока). Блок 5 может быть выполнен в виде АС - DC преобразователя, предающего на вход 14 часть (например, десятую часть) вырабатываемой резонансными усилителями 3, 4, …n мощности для частичной компенсации затрат энергии первичного источника 1 постоянного тока.The
Блок 6 управления процессом работы автономного источника содержит микропроцессор, например, на микросхеме ATmega 8535, шина ввода данных которого соединена с цифровыми выходами n независимых аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Аналоговые входы АЦП через входы 17-22, …2n-1, 2n блока 6 соединены с сигнальными обмотками W4 - Wi4 трансформаторов T1 - Ti. Шина выхода данных микропроцессора соединена с цифровыми входами n независимых цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Аналоговые выходы ЦАП через выходы 23, 25, 27, … n блока 6 соединены с входами 24, 26, 28, … n, соответственно, первичного источника 2 и блоков 7, 7+i, … 7+n регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров резонансных усилителей 3, 4, … n.
Блоки 7+i регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров по фигуре 2 содержат набор конденсаторов С2, соединенных с неподвижными контактами электромеханического галетного переключателя П7+i, который уравляется шаговым двигателем M7+i (мотором). На вход 28 двигателя M7+i с выхода 27 блока 6 подаются однополярные пульсы поворота вала, связанного с переключающим контактом, переключателя П7+i. Поворот вала изменяет рабочее положение переключающиего контакта. Последовательный перебор рабочих положений переключающиего контакта позволяет последовательно выбирать величину емкости кондесатора С2 электромеханически, с помощью блока 6 и тем самым регулировать резонансную частоту контура.
Блоки 7+i регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров по фигуре 3 содержат набор отводов входных (первичных) обмоток W1, W2 - Wi2 трансформаторов Т1 - Ti, соединенных с неподвижными контактами электромеханических галетных переключателя П7+i, которые управляется шаговым двигателем M7+i (мотором). На вход 28 двигателя M7+i с выхода 27 блока 6 подаются однополярные пульсы поворота вала, связанного с переключающим контактом, переключателя П7+i. Поворот вала изменяет рабочее положение переключающиего контакта. Последовательный перебор рабочих положений переключающиего контакта позволяет последовательно выбирать величину индуктивности входных (первичных) обмоток W2 - Wi2 трансформаторов Т1 - Ti электромеханически, с помощью блока 6 и тем самым регулировать резонансную частоту контура.
Блоки 7+i регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров по фигуре 4 содержат магнитные реакторы, выполненные в виде трансформатора, содержащего обмотки L1, L2 намотанные на ферромагнитный сердечник. Величина индуктивности обмотки L2 плавно регулируется за счет изменения магнитной проницаемости ферромагнитного сердечника путем подмагничивания его импульсами постоянного тока J, пропускаемого через обмотку L1 с выхода 27 блока 6 на вход 28 блока 7+i. Это позволяет регулировать резонансную частоту контура.
Первичный источник 2, выполненный в виде резонансного генератора переменного тока имеет выходной резонансный колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L с отводом 29 от части ее обмотки, витка связи W1 и конденсатора (на фигуре 1 не показан). Функции первичного источника 2 преобразовывать постоянное напряжение источника 1 в переменный ток постоянной по величине частоты f0 и через виток связи W1 предавать в резонансный усилитель 3. Все резонансные усилители 3, 4, …n настроены на частоту f0 и работают на этой частоте.The
Источник электрической энергии работает следующим образом.The source of electrical energy works as follows.
Электрическая энергия от источника 1 постоянного напряжения поступает в первичный источник 2 и преобразуется в переменный ток частоты f0, а затем через виток связи W1 передается в последовательный резонансный контур резонансного усилителя 3, состоящий из конденсатора С1, блока 7 и входной (первичной) обмотки W1 трансформатора Т1. Этот трансформатор, а также все силовые трансформаторы Т2 - Ti, выполнены как понижающие трансформаторы с коэффициентом трансформации N для Т1, например, равным:Electrical energy from a
где - NW2, NW3 - число виков в первичной W2 и вторичной W3 обмотках трансформатора Т1;where - N W2 , N W3 - the number of wikis in the primary W2 and secondary W3 windings of the transformer T1;
NWi2, NWi3 - число виков в первичной Wi2 и вторичной Wi3 обмотках трансформатора Ti.N Wi2 , N Wi3 - the number of wikis in the primary Wi2 and secondary Wi3 windings of the transformer T i .
В рассматриваемых резонансных усилителях 3, 4, …n число витков NW2 и NWi2 первичных обмоток больше числа витков вторичных обмоток NW3 и NWi3, например, в 10 раз. Коэффициент трансформации N равен 10.In the considered
При этом у каждого резонансного усилителя 3, 4, …n во вторичных (выходных) обмотках Wi3 выходной ток увеличивается в N раз, выходное напряжение уменьшается N раз, а выходное сопротивление уменьшается N2 раз. Это позволяет согласовать низкое входное сопротивление каждого резонансного усилителя с выходным сопротивлением каждого предыдущего резонансного усилителя и таким образом значительно снизить влияние входного сопротивления каждого резонансного усилителя на добротность последовательного резонансного контура предыдущего резонансного усилителя.Moreover, for each
В последовательном резонансном контуре, например, резонансного усилителя 3, состоящем из конденсатора С1, блока 7 и входной (первичной) индуктивности обмотки W2 трансформатора Т1, при резонансной частоте контура равной частоте f0 электрическое напряжение увеличивается в Q3 раз:In a series resonant circuit, for example, a
где RW2 и XLW2 - активное и индуктивное сопротивление последовательного резонансного контура резонансного усилителя 3.where R W2 and X LW2 are the active and inductive impedance of the series resonant circuit of the
Величина напряжения UL на обмотках W2, …, Wi2 в последовательных резонансных колебательных контурах зависит от частоты и тем острее, чем больше добротность контура. Например, для резонансного усилителя 3 эта величина UL3 определяется соотношением:The voltage UL on the windings W2, ..., Wi2 in successive resonant oscillating circuits depends on the frequency and the sharper the larger the quality factor of the circuit. For example, for a
где - f - текущая величина резонансной частоты последовательного резонансного колебательного контура;where - f is the current value of the resonant frequency of the series resonant oscillatory circuit;
- f0 - частота автономного резонансного генератора 2.- f 0 - the frequency of the autonomous
Таким образом на выходе резонансного усилителя 3, во вторичной (выходной) обмотке W3 трансформатора Т1, выделяется электрическая энергия с увеличенным напряжением в Q3 раз за счет резонанса, уменьшенным в N раз по напряжению и увеличенным в N раз по току во вторичной обмотке за счет трансформации.Thus, at the output of the
Аналогичные процессы увеличения и трансформации происходят в резонансном усилителе 4 на резонансной частоте f0. При этом электрическая энергия с возросшим током и напряжением поступает в последовательный резонансный контур с добротностью Q4, состоящий из конденсатора С2, блока 7+i и входной (первичной) индуктивности обмотки Wi2 трансформатора Т2. В этом усилителе 4 электрическая энергия снова возрастает по напряжению в Q4 раз за счет резонанса, уменьшается в N раз по напряжению и увеличивается в N раз по току во вторичной обмотке Wi3 за счет трансформации в трансформаторе Т2 и т.д.Similar processes of increase and transformation occur in the
Далее электрическая энергия передается в последующие резонансные усилители где процессы трансформации ее на резонансной частоте f0 происходят аналогично.Further, the electric energy is transmitted to subsequent resonant amplifiers where the processes of its transformation at the resonant frequency f 0 occur similarly.
В последнем резонансном усилителе n электрическая энергия с увеличенным напряжением поступает в последовательный резонансный контур с добротностью Qn, состоящий из конденсатора Ci2, блока 7+i и входной (первичной) индуктивности обмотки Wi2 трансформатора Ti. В этом усилителе электрическая энергия снова возрастает по напряжению в Qn раз за счет резонанса, уменьшается в N раз по напряжению и увеличивается в N раз по току во вторичной обмотке Wi5 за счет трансформации в трансформаторе Ti и поступает в электрическую нагрузку Rн, подключенную к вторичной обмотке Wi5.In the last resonant amplifier n, electrical energy with an increased voltage enters a series resonant circuit with a quality factor Q n consisting of a capacitor Ci2, a 7 + i unit and an input (primary) inductance of the winding Wi2 of a transformer Ti. In this amplifier, the electrical energy again increases the voltage at Q n times due to resonance is reduced to N times the voltage and increases N times the current in Wi5 secondary winding by transformation in the transformer Ti and into electrical load R n, connected to wi5 secondary winding.
Часть электрической энергии со вторичной обмотки Wi6 поступает в выпрямитель блока 5 обратной связи. Выпрямленное напряжение далее передается на вход 14 первичного источника 2 и компенсирует часть затрат энергии источника 1, например, подзаряда аккумулятора этого источника.Part of the electrical energy from the secondary winding Wi6 enters the
При изменении, например, величины нагрузки или величины индуктивности (например, нагрева ферромагнитного сердечника трансформатора от температуры внешней, окружающей, среды и т.п.), изменяются величины добротности Q3, Q4, ……On и резонансные частоты в последовательных резонансных колебательных контурах усилителей 3, 4, …n. В этом случае резонансных частоты колебательных контуров могут быть не равны частоте f0 автономного резонансного генератора 2. Эти изменения согласно (3) и (6) будут приводить к уменьшению величин напряжений UL на обмотках W2, …, Wi2 в последовательных резонансных колебательных контурах и электрической мощности Рвых на выходе усилителя, во вторичной обмотке Wi5.When changing, e.g., the size or the load inductance values (e.g., heating the ferromagnetic core of the transformer from the external, ambient temperature, environment, etc.), change value Q Q3, Q4, ...... O n and resonant frequency of series resonant
Для стабилизации текущей величин резонансной частоты последовательных резонансных колебательных контуров, выполнения равенства их частот частоте f0 и выходной мощности Рвых, выделяемой на активной нагрузке Rн блок управления 6 периодически через каждые 0.1 сек через свои входы 17-18, 19-20, 21-22, …, 2n-1 - 2n запрашивает величины переменных напряжений с сигнальных обмоток W4 - Wi4 трансформаторов T1 - Ti. С помощью аналого-цифровых преобразователей блока 6 эти напряжения преобразуются в цифровую форму. Затем микропроцессор блока 6 сравнивает величины этих напряжений с заданными (опорными) величинами этих напряжений, установленными в блоке 6. Если запрашиваемые с сигнальных обмоток W4 - Wi4 величины переменных напряжений не равны заданными (опорными) величинами этих напряжений, то микропроцессор блока 6 формирует цифровые сигналы на поиск максимальной величины этих напряжений. Поиск осуществляется путем формирования последовательности цифровых сигналов, которые передаются в цифро-аналоговые преобразователи блока 6, где преобразуются в аналоговую форму напряжений и с выходов 23, 25, 27, …, n блока 6 поступают на входы 26, 28, …, n блоков 7, 7+i, …, 7+n регулировки резонансной частоты последовательных резонансных контуров.In order to stabilize the current values of the resonant frequency of series resonant oscillating circuits, the equality of the frequencies f 0 frequency and output power P O released from the active load R n controller 6 periodically every 0.1 seconds across its inputs 17-18, 19-20, 21 -22, ..., 2n-1 - 2n requests the values of alternating voltages from the signal windings W4 -
Предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства при его реализации, а именно повысить стабильность коэффициента усиления при изменении различных факторов, например, величины нагрузки, температуры, сдвига резонансных частот и т.п., за счет ввода в известный резонансный усилитель мощности системы автоматического регулирования резонансной частоты в каждом отдельном последовательном резонансном контуре резонансного усилителя мощности и величины выходного напряжения первичного источника энергии.The present invention allows to expand the functionality of the device during its implementation, namely to increase the stability of the gain when changing various factors, such as load, temperature, shift of resonant frequencies, etc., due to input into the well-known resonant power amplifier of the automatic control system resonant frequencies in each individual series resonant circuit of the resonant power amplifier and the magnitude of the output voltage of the primary energy source.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113017A RU2688147C2 (en) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Independent electric power source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113017A RU2688147C2 (en) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Independent electric power source |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017113017A RU2017113017A (en) | 2018-12-28 |
| RU2017113017A3 RU2017113017A3 (en) | 2018-12-28 |
| RU2688147C2 true RU2688147C2 (en) | 2019-05-20 |
Family
ID=64977290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113017A RU2688147C2 (en) | 2017-06-28 | 2017-06-28 | Independent electric power source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688147C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2543776A1 (en) * | 1975-10-01 | 1977-04-14 | Licentia Gmbh | Inverter giving choice of output shape - has clock pulse operated power unit, choke and free running diode |
| RU2341001C1 (en) * | 2007-06-22 | 2008-12-10 | Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" | Method of autonomous matched resonant inverter control |
| RU2499349C2 (en) * | 2008-03-06 | 2013-11-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Unit to control power inverter of dc conversion into ac of circuit of resonant power converter, in particular, dc converter into dc for use in circuits of high voltage generator of up-to-date device of computer tomography or x-ray system |
-
2017
- 2017-06-28 RU RU2017113017A patent/RU2688147C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2543776A1 (en) * | 1975-10-01 | 1977-04-14 | Licentia Gmbh | Inverter giving choice of output shape - has clock pulse operated power unit, choke and free running diode |
| RU2341001C1 (en) * | 2007-06-22 | 2008-12-10 | Закрытое акционерное общество "Электроника силовая" | Method of autonomous matched resonant inverter control |
| RU2499349C2 (en) * | 2008-03-06 | 2013-11-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Unit to control power inverter of dc conversion into ac of circuit of resonant power converter, in particular, dc converter into dc for use in circuits of high voltage generator of up-to-date device of computer tomography or x-ray system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017113017A (en) | 2018-12-28 |
| RU2017113017A3 (en) | 2018-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Aldhaher et al. | Tuning class E inverters applied in inductive links using saturable reactors | |
| JP2020092596A (en) | Coupled-coil power control for inductive power transmission systems | |
| RU2517378C1 (en) | Resonance power amplifier | |
| US11894777B2 (en) | Power conversion circuit and power conversion apparatus with same | |
| Jensen | An improved square-wave oscillator circuit | |
| DE19702042A1 (en) | Voltage supply for high power load from mains of arbitrary voltage | |
| JP2018504088A (en) | Apparatus and method for wireless power transfer between DC voltage sources | |
| Yang et al. | Hierarchical multiobjective H-infinity robust control design for wireless power transfer system using genetic algorithm | |
| RU2688147C2 (en) | Independent electric power source | |
| Zaheer et al. | Parallel tuned contactless power pickup using saturable core reactor | |
| CN110914934B (en) | Resonant converter with variable inductor | |
| JP6397481B2 (en) | Electronic sine wave transformer | |
| US20200274358A1 (en) | Automatic device and method for compensating reactive component losses in ac networks | |
| Harada et al. | Ferroresonant converters with high-frequency drive | |
| EP0255844B1 (en) | Power supplies with magnetic amplifier voltage regulation | |
| CN115066831A (en) | DC-DC conversion | |
| Kislovski | Linear variable inductor in power processing | |
| Kadatskyi et al. | Analysis of conversion power of switched-mode buck converters with two power sources | |
| US3311808A (en) | Self-stabilizing pulse duration modulation amplifier | |
| US4162441A (en) | Apparatus for control of DC power by electromagnetic induction | |
| SU1658137A1 (en) | Current stabilization device | |
| SU855900A1 (en) | Dc voltage-to-multistep ac voltage converter | |
| US3235785A (en) | Frequency changer | |
| SU743156A1 (en) | Device for control of transformers with magnetic switching | |
| SU1453391A1 (en) | A.c. controller |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200629 |