RU2732487C1 - Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор - Google Patents
Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732487C1 RU2732487C1 RU2020113125A RU2020113125A RU2732487C1 RU 2732487 C1 RU2732487 C1 RU 2732487C1 RU 2020113125 A RU2020113125 A RU 2020113125A RU 2020113125 A RU2020113125 A RU 2020113125A RU 2732487 C1 RU2732487 C1 RU 2732487C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- windings
- primary
- parametric
- flux
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
- G05F3/02—Regulating voltage or current
- G05F3/04—Regulating voltage or current wherein the variable is ac
- G05F3/06—Regulating voltage or current wherein the variable is ac using combinations of saturated and unsaturated inductive devices, e.g. combined with resonant circuit
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
- H01F27/24—Magnetic cores
- H01F27/26—Fastening parts of the core together; Fastening or mounting the core on casing or support
- H01F27/263—Fastening parts of the core together
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
- H01F30/04—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 having two or more secondary windings, each supplying a separate load, e.g. for radio set power supplies
Abstract
Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении КПД и энергоэффективности. Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми замкнутыми магнитопроводами содержит две входные обмотки, расположенные на первичном магнитопроводе, и две выходные обмотки, каждая из которых расположена на собственном замкнутом вторичном магнитопроводе. Первичный магнитопровод пересекается с вторичными магнитопроводами под прямыми углами так, что магнитный поток входных обмоток влияет только на изменение магнитной проницаемости вторичных магнитопроводов с выходными обмотками на участках их пересечения, а ЭДС от магнитного потока входных обмоток не возбуждается. Входные обмотки подсоединены параллельно к питающему напряжению таким образом, что в каждый полупериод напряжение поступает только на одну из входных обмоток. По центру первичного магнитопровода установлен постоянный магнит с возможностью разделения его магнитного потока в первичном магнитопроводе на две равные части. Выходные обмотки замкнуты на конденсаторы и образуют с ними резонансные контуры. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании параметрических трансформаторов для источников вторичного электропитания.
Наиболее подробно вопросы теории параметрических трансформаторов рассмотрены в книге Задерей Г.П., Заика П.Н. Многофункциональные трансформаторы в средствах связи вторичного электропитания. -М.: Радио и связь, 1989. - 176.
Согласно первоисточнику, параметрический трансформатор (паратранс) может быть построен по любой из магнитных систем: балансной мостовой, с взаимно-ортогональным расположением магнитных потоков входной и выходной обмоток. Представлена простейшая схема паратранса, показанная на рис. 1.3, состоящая из двух С-образных магнитопроводов, взаиморазвернутых на 90° и состыкованных вместе, первичной обмотки, расположенной на одном из магнитопроводов, и подключенной к сети, и вторичной обмотки, расположенной на другом магнитопроводе, и подключенной к емкости, образуя с ней колебательный контур.
Для осуществления параметрической связи необходимо параметрическое изменение (модуляция) какого либо параметра, в частности, индуктивности обмотки колебательного контура. Это возможно при периодическом насыщении части или всего сердечника, сопровождающееся большим расходом энергии и снижением КПД. Этот недостаток простейшего паратранса в разной мере присущ почти всем параметрическим трансформаторам. Кроме указанного недостатка паратранс по рис. 1.3 имеет еще один недостаток - неполное исключение трансформаторной связи в области стыков С-образных магнитопроводов.
Известен параметрический трансформатор, (RU №2040058, МПК H01F27/28, G05F3/06, 20.07.1995 г.), включающий в себя составной магнитопровод броневого типа, в котором на одном из крайних участков расположена первичная обмотка, подключенная к сети с напряжением U1, частотой f1, на другом крайнем участке меньшего сечения расположена выходная резонансная обмотка, подключенная к конденсатору, данный участок периодически насыщается магнитным потоком первичной обмотки и вызывает периодическую модуляцию индуктивности обмотки резонансного контура а вместе с этим и параметрическое возбуждение колебаний в контуре.
Недостатком данного аналога также как предыдущего является большие расходы энергии при периодическом насыщении участка магнитопровода с меньшим сечением и, как следствие, снижение КПД. Кроме того, поскольку аналог не имеет ортогональных плоскостей, в которых расположены первичная и вторичная обмотки, не исключена электромагнитная взаимосвязанность первичной и вторичной обмоток, существует трансформаторная связь между ними, вызывающая потери на гистерезис и появление высокочастотных помех в первичном напряжении, что еще более снижает КПД всего устройства.
Также известен параметрический трансформатор (А.С.SU 877634, МПК H01F 29/00, H01F 35/00, опубл. 30.10.81. Бюл. №40), включающий по п. 1 сдвоенный Ш-образный магнитопровод, на среднем общем ярме которого расположены первичная, вторичная и обмотка возбуждения, замкнутая на конденсатор, трансформатор снабжен дополнительной обмоткой, которая расположена на одном из крайних стержней, выполненного в виде С-образного сердечника, плоскость окна которого перпендикулярна плоскости плоскости окон сдвоенного Ш-образного магнитопровода. По п. 2 параметрический трансформатор дополнительно снабжен магнитными шунтами, через которые С-образный сердечник состыкован с Ш-образным магнитопроводом, магнитные шунты набраны из листов магнитного материала и их плоскости перпендикулярны плоскостям листов Ш-образного магнитопровода.
Недостатком данного аналога также является то, что при периодическом насыщении части Ш-образным магнитопровода, происходит большой расход энергии и снижается КПД. Кроме этого, в конструкции не удалось полностью исключить трансформаторные связи, т.е. существует электромагнитная связь в области стыков С-образного сердечника с Ш-образным магнитопроводом напрямую или через магнитный шунт, что приводит к увеличению потерь на гистерезис в магнитопроводе и высшие гармоники в первичном и вторичном напряжении.
Ивестен параметрический трансформатор (А.С SU 1663631, МПК H01F 29/00, H01F 35/00, опубликованное 15.07.91, бюл №28), содержащий стержневой магнитопровод, первичную и вторичные обмотки, обмотку возбуждения, зашунтированную конденсатором и обмотку управления постоянного тока, причем магнитопровод выполнен в форме тороида, состоящего из совокупности пар ортогонально расположенных и поочередно состыкованных двухстержневых и трехстержневых сердечников, все обмотки выполнены секционированными, при этом на двухстержневых сердечниках расположены секции первичной обмотки и обмотки управления, а на внешних стержнях трехстержневых сердечников расположены секции вторичной обмотки и обмотки возбуждения.
При неоспоримых преимуществах данный аналог имеет недостатки, характерные для большинства паротрансов - электромагнитную зависимость входного и выходного напряжения из-за отсутствия ортогональных плоскостей и как следствие уменьшение КПД, но главным и существенным недостатком его конструкции является многостержневая структура, приводящая к низкой технологичности и сложности изготовления, повышенным полям рассеяния на стыках, что вызывает дополнительные потери и снижение КПД.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми замкнутыми магнитопроводами (Патент на изобретение №2674009 RU, МПК H01F 29/14, опублик. 2018.12.04), который содержит одну или более входных и одну или более выходных обмоток, каждая из которых расположена на собственном замкнутом магнитопроводе, которые пересекаются друг с другом под прямыми углами так, что магнитный поток входной обмотки влияет только на изменение магнитной проницаемости магнитопровода выходной обмотки на участке их пересечения, а ЭДС в выходной обмотке не возбуждается.
При неоспоримых преимуществах параметрического ортогонально-потокового трансформатора, выбранного в качестве прототипа, недостатком данного устройства является повышенный расход энергии при насыщении участков пересечения магнитопроводов, что снижает энергоэффективность и КПД всего устройства.
Существенное изменение магнитной проницаемости возможно при индукциях, близких к индукции насыщения. Процессы, связанные с насыщением магнитопроводов, обычно сопровождаются повышенным расходом энергии и снижением КПД устройства.
Задачей предлагаемого изобретения является улучшение энергосбережения устройств, в которых применяется предлагаемый параметрический ортогонально-потоковый трансформатор, за счет повышения КПД.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является сохранение функции параметрического трансформатора, повышение КПД и энергоэффективности устройства.
Технический результат достигается тем, что параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми замкнутыми магнитопроводами, содержащий две входных и две выходных обмотки, каждая из которых расположена на собственном замкнутом магнитопроводе, которые пересекаются друг с другом под прямыми углами так, что магнитный поток входных обмоток влияет только на изменение магнитной проницаемости магнитопроводов выходных обмоток на участках их пересечения, а ЭДС от магнитного потока входных обмоток не возбуждается, согласно изобретению входные обмотки расположены на первичном магнитопроводе и подсоединены параллельно к питающему напряжению через диоды таким образом, что в каждый полупериод напряжение поступает только на одну из входных обмоток, кроме того, по центру первичного магнитопровода установлен постоянный магнит с возможностью разделения его магнитного потока в первичном магнитопроводе на две равные части, а выходные обмотки, каждая из которых расположена на собственном вторичном магнитопроводе, замкнуты на конденсаторы и образуют с ним резонансные контура.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом. На фиг. показан параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми замкнутыми магнитопроводами, содержащий две входных 1, 2 и две выходных 3, 4 обмотки. Входные обмотки 1, 2 расположены на первичном магнитопроводе 5, а каждая из выходных обмоток 3, 4 расположена на собственном вторичном магнитопроводе 6, 7. Первичный магнитопровод 5 и вторичные магнитопроводы 6, 7 пересекаются друг с другом под прямыми углами так, что магнитный поток входных обмоток 1, 2 влияет только на изменение магнитной проницаемости вторичных магнитопроводов 6, 7 на участках их пересечения 8, 9, а ЭДС от магнитного потока входных обмоток 1, 2 не возбуждается, согласно изобретению входные обмотки 1, 2 расположены на первичном магнитопроводе 5 и подсоединены параллельно к питающему напряжению через диоды 10, 11 таким образом, что в каждый полупериод напряжение поступает только на одну из входных обмоток 1 или 2, кроме того, по центру первичного магнитопровода 5 установлен постоянный магнит 12, магнитный поток которого в первичном магнитопроводе 5 разделяется на две равные части, выходные обмотки 3, 4 замкнуты на конденсаторы 13, 14 и образуют с ними резонансные контура.
Недостаток прототипа можно устранить применением подмагничивания потоком постоянного магнита 12. Применение магнитных материалов с прямоугольной кривой намагничивания позволяет перераспределить соотношение магнитных потоков - увеличить результирующий поток ФΣ за счет потока постоянного магнита 12 при уменьшении потока от входных обмоток Ф1. Это приводит к увеличению энергоэффективности и КПД устройства.
Принцип работы предлагаемого параметрического ортогонально-потоковый трансформатора основан на возникновении периодических колебаний в резонансных контурах при периодическом изменением какого-либо параметра, в частности, индуктивности выходных обмоток 3, 4 резонансных контуров. Это осуществляется периодическим насыщением участков пересечения 8, 9 первичного магнитопровода 5 и вторичных магнитопроводов 6, 7 от результирующего магнитного потока ФΣ.
Магнитное сопротивление постоянного магнита 12 намного больше, чем магнитное сопротивление магнитомягких материалов, их которых изготовлен первичный магнитопровод 5 (аморфная сталь). Поэтому магнитный поток от входных обмоток 1, 2 Ф1 будет замыкаться преимущественно по первичному магнитопроводу 5.
На фиг. показано распределение потока Ф1 от одной из входных обмоток 1 и потока Фм постоянного магнита 12 в один из полупериодов входного напряжения, когда оно поступает только на входную обмотку 1. Через боковые стержни первичного магнитопровода 5 и участки его пересечения 8, 9 со вторичными магнитопроводами 6, 7 будет проходить результирующий поток ФΣ, причем через участок пересечения 9 он равен сумме потоков а через участок пересечения 8 результирующий поток будет равен разности потоков В следующий полупериод напряжение будет поступать на вторую из входных обмоток 2, направление результирующего потока изменится на противоположное.
В связи с тем, что первичный магнитопровод 5 выполнен из аморфной стали, а вторичные магнитопроводы 6, 7 выполнены из феррита, имеющего меньшую индукцию насыщения, то участки пересечения магнитопроводов 8, 9, через которые проходит результирующий поток, попеременно насыщаются, в результате чего изменяется магнитное сопротивление вторичных магнитопроводов 6, 7, что приводит к периодическому изменению индуктивности выходных обмоток 3, 4, появлению параметрической ЭДС и в цепи резонансных контуров возбуждаются электрические колебания.
Таким образом, предлагаемое устройство параметрического ортогонально-потокового трансформатора позволяет повысить энергоэффективность и КПД устройства за счет подмагничивания потоком постоянного магнита и применением магнитных материалов вторичных магнитопроводов с прямоугольной кривой намагничивания. Кроме того, повышается энергосбережение устройств, в которых применяется предлагаемый параметрический ортогонально-потоковый трансформатор.
Claims (1)
- Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми замкнутыми магнитопроводами, содержащий две входные обмотки, расположенные на первичном магнитопроводе, и две выходные обмотки, каждая из которых расположена на собственном замкнутом вторичном магнитопроводе, причем первичный магнитопровод пересекается с вторичными магнитопроводами под прямыми углами так, что магнитный поток входных обмоток влияет только на изменение магнитной проницаемости вторичных магнитопроводов с выходными обмотками на участках их пересечения, а ЭДС от магнитного потока входных обмоток не возбуждается, отличающийся тем, что входные обмотки подсоединены параллельно к питающему напряжению таким образом, что в каждый полупериод напряжение поступает только на одну из входных обмоток, кроме того, по центру первичного магнитопровода установлен постоянный магнит с возможностью разделения его магнитного потока в первичном магнитопроводе на две равные части, а выходные обмотки замкнуты на конденсаторы и образуют с ними резонансные контуры.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113125A RU2732487C1 (ru) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020113125A RU2732487C1 (ru) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2732487C1 true RU2732487C1 (ru) | 2020-09-17 |
Family
ID=72516440
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020113125A RU2732487C1 (ru) | 2020-03-26 | 2020-03-26 | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2732487C1 (ru) |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2916714A (en) * | 1955-11-08 | 1959-12-08 | Csf | Adjustable inductance coils |
US3648206A (en) * | 1970-08-31 | 1972-03-07 | Wanlass Cravens Lamar | Core constructions for variable inductors and parametric devices |
US3686561A (en) * | 1971-04-23 | 1972-08-22 | Westinghouse Electric Corp | Regulating and filtering transformer having a magnetic core constructed to facilitate adjustment of non-magnetic gaps therein |
SU877634A1 (ru) * | 1980-02-27 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я А-1490 | Параметрический трансформатор |
SU877631A1 (ru) * | 1980-02-29 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я М-5075 | Управл емый трансформатор |
SU877632A1 (ru) * | 1980-02-29 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я М-5075 | Управл емый трансформатор |
RU2040058C1 (ru) * | 1988-11-29 | 1995-07-20 | Агафонов Анатолий Иванович | Параметрический трансформатор |
RU2505916C2 (ru) * | 2012-05-03 | 2014-01-27 | Георгий Анатольевич Лекомцев | Электрический генератор |
RU2660835C1 (ru) * | 2017-05-11 | 2018-07-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Параметрический трансформатор |
RU2674009C1 (ru) * | 2017-10-16 | 2018-12-04 | Михаил Игоревич Парамонов | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми магнитопроводами |
-
2020
- 2020-03-26 RU RU2020113125A patent/RU2732487C1/ru active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2916714A (en) * | 1955-11-08 | 1959-12-08 | Csf | Adjustable inductance coils |
US3648206A (en) * | 1970-08-31 | 1972-03-07 | Wanlass Cravens Lamar | Core constructions for variable inductors and parametric devices |
US3686561A (en) * | 1971-04-23 | 1972-08-22 | Westinghouse Electric Corp | Regulating and filtering transformer having a magnetic core constructed to facilitate adjustment of non-magnetic gaps therein |
SU877634A1 (ru) * | 1980-02-27 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я А-1490 | Параметрический трансформатор |
SU877631A1 (ru) * | 1980-02-29 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я М-5075 | Управл емый трансформатор |
SU877632A1 (ru) * | 1980-02-29 | 1981-10-30 | Предприятие П/Я М-5075 | Управл емый трансформатор |
RU2040058C1 (ru) * | 1988-11-29 | 1995-07-20 | Агафонов Анатолий Иванович | Параметрический трансформатор |
RU2505916C2 (ru) * | 2012-05-03 | 2014-01-27 | Георгий Анатольевич Лекомцев | Электрический генератор |
RU2660835C1 (ru) * | 2017-05-11 | 2018-07-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Параметрический трансформатор |
RU2674009C1 (ru) * | 2017-10-16 | 2018-12-04 | Михаил Игоревич Парамонов | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми магнитопроводами |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5155676A (en) | Gapped/ungapped magnetic core | |
US4274071A (en) | Three-phase ferroresonant transformer structure embodied in one unitary transformer construction | |
EP3136404B1 (en) | Coupling inductor | |
KR100981194B1 (ko) | 제어가능한 변압기 | |
US11418106B2 (en) | Apparatus for conversion between AC power and DC power | |
TWI497908B (zh) | 改善濾波器性能的方法及功率變換裝置 | |
US11398344B2 (en) | Transformer | |
US7535125B2 (en) | Single-phase filter for reducing harmonics | |
TWI692190B (zh) | 串聯諧振式轉換器 | |
RU2328051C2 (ru) | Трансформатор | |
US2324634A (en) | Electromagnetic inductance apparatus | |
RU2732487C1 (ru) | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор | |
RU2674009C1 (ru) | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с независимыми магнитопроводами | |
Tria et al. | Implementation of a nonlinear planar magnetics model | |
SU877631A1 (ru) | Управл емый трансформатор | |
Sis et al. | Multi sub-coil flux pipe couplers and their use in a misalignment-adaptive wireless power transfer system | |
KR101665317B1 (ko) | 전류 평형용 커플 인덕터 | |
RU2740003C1 (ru) | Параметрический ортогонально-потоковый трансформатор с положительной обратной связью | |
CN113012912A (zh) | 电感器装置及包括其的i/q电路或集成电路 | |
JP3789333B2 (ja) | 電磁機器 | |
JP2005045133A (ja) | 電磁機器 | |
EP4102523A1 (en) | Variable transformer | |
SU877632A1 (ru) | Управл емый трансформатор | |
Chen et al. | Optimization of a Novel Integrated Magnetic For LLC Resonant Converter | |
JP2002050524A (ja) | 電磁機器 |