ЧАСТОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

1. Частотно-импульсный преобразователь для преобразования электрической энергии, содержащий в своем соединении:
- ферромагнитный сердечник (F);
- первичную обмотку (L1) на ферромагнитном сердечнике (F);
- вторичную обмотку (L2) на ферромагнитном сердечнике (F);
- первый управляемый первичный переключатель (Т1), управляемым образом связанный с первичными управляющими импульсами (G1), для подключения первичной обмотки (L1) к входной мощности (Р), когда управляемый первичный переключатель (Т1) находится в состоянии включения для возбуждения первичной обмотки (L1) для увеличения ее тока (11) для создания магнитного потока в сердечнике (F) так, чтобы увеличение магнитного потока также приводило к увеличению вторичного тока (I2) во вторичной обмотке (L2);
- второй первичный переключатель (D1), присоединенный для подключения первичной обмотки (L1) к нагрузке,
причем указанная вторичная обмотка (L2) присоединена управляемым образом (G2) для ее возбуждения вторичными импульсами входной мощности (Р) посредством управления переключателем (Т2), непосредственно после первичных импульсов (G1), при выделении магнитной энергии первичной обмоткой (L1),
причем для обеспечения функционирования частотно-импульсного преобразователя с повышенным КПД
- указанная вторичная обмотка (L2) расположена на определенном расстоянии от первичной обмотки (L1), что обеспечивает создание неравномерного магнитного потока в ферромагнитном сердечнике (F), и/или
- по меньшей мере одна из указанных первичной обмотки (L1) и вторичной обмотки (L2) имеет такую форму или диаметр, что магнитный поток ферромагнитного сердечника (F) является неравномерным, при этом он будет меньше в месте расположения вторичной обмотки (L2) в результате противоположного направления тока вторичной обмотки (L2), что уменьшает рост магнитного потока.
2. Частотно-импульсный преобразователь по п. 1, причем указанный частотно-импульсный преобразователь присоединен для преобразования электрической энергии в первой фазе и во второй фазе, причем указанный преобразователь содержит в своем соединении:
- первый управляемый первичный переключатель (Т1), в указанной первой фазе, присоединенный с возможностью находиться в состоянии включения и состоянии выключения, управляемо связанный с первичными управляющими импульсами (G1), имеющими состояния, соответствующие указанным состояниям включения и выключения указанного первичного переключателя (Т1), для подключения первичной обмотки (L1) к входной мощности (Р), когда переключатель (N1) находится в состоянии включения, для возбуждения первичной обмотки (L1) для увеличения ее тока (I1) для создания магнитного потока в сердечнике (F), до тех пор, пока первичный переключатель (Т1) не будет установлен в состояние выключения за счет состояния выключения управляющего импульса (G1) так, чтобы увеличение магнитного потока также приводило к увеличению вторичного тока (I2) во вторичной обмотке (L2);
- второй первичный переключатель (D1), присоединенный для подключения первичной обмотки (L1) к нагрузке,
- управляемый вторичный переключатель (Т2), присоединенный с возможностью находиться в состоянии включения и в состоянии выключения, управляемо связанный с вторичными управляемыми импульсами (G2), имеющими состояния, соответствующие указанным состояниям включения и выключения указанного вторичного переключателя (Т2), присоединенный для соединения вторичной обмотки (L2) с входной мощностью (Р), когда вторичный переключатель (Т2) находится в состоянии включения, для возбуждения вторичной обмотки (L2),
причем в указанной второй фазе, указанная вторичная обмотка (L2) присоединена для ее возбуждения указанными вторичными управляющими импульсами (G2) входной мощности (Р) посредством вторичного переключателя (Т2), устанавливаемого в состояние включения непосредственно тогда, когда состояние первичного импульса (G1) соответствует состоянию выключения указанного первичного переключателя (Т1), при выделении первичной обмоткой (L1), в указанной второй фазе, магнитной энергии в ферромагнитный сердечник,
причем для обеспечения функционирования преобразователя с повышенным КПД, указанная вторичная обмотка (L2) расположена на определенном расстоянии от первичной обмотки (L1), обеспечивая создание неравномерного магнитного потока в ферромагнитном сердечнике (F); и/или по меньшей мере одна из указанных первичной (L1) и вторичной (L2) обмоток имеет такую форму или диаметр, что магнитный поток ферромагнитного сердечника (F) является неравномерным, при этом он меньше в месте расположения вторичной обмотки (L2), в результате противоположного направления тока вторичной обмотки (L2), что уменьшает рост магнитного потока.
3. Частотно-импульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что он содержит средства противодействующего напряжения в соединительных средствах (L3, С3, F3), чтобы создавать противодействующее напряжение относительно вторичного тока (I2), причем средства противодействующего напряжения содержат по меньшей мере одно из следующего: индукционную катушку (L3) вторичного контура и конденсатор (С, С3), и аккумулятор.
4. Частотно-импульсный преобразователь по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что содержит в соединении вторичный переключатель (Т2) для того, чтобы управляемым образом (G2) устанавливать вторичную обмотку (L2) в состояние, при котором отсутствует возбуждение импульсами входной мощности (Р), причем вторичная сторона присоединения содержит индукционную катушку (L2), имеющую собственную индуктивность, которая создает напряжение, пропорциональное изменению вторичного тока (I2), причем указанная индукционная катушка представляет собой дополнительную индукционную катушку или индукционную катушку (L3).
5. Частотно-импульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что содержит схему (фиг. 2С), присоединенную так, что во второй фазе вторичная обмотка (L2) находится в состоянии, при котором отсутствует возбуждение импульсами входной мощности (Р), причем в указанной схеме вторичный контур имеет такую собственную индуктивность Ls (L2), которая создает напряжение, пропорциональное изменению (Us=Ls×dls/dt) вторичного тока (I2) в направлении тока, которое затем воздействует так же, как вторичные импульсы отдельной входной мощности, причем указанная индуктивность представляет собой индуктивность, указанную в п. 3.
6. Частотно-импульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что присоединение на стороне вторичной обмотки (L2) содержит дополнительный источник напряжения, например, по меньшей мере одно из следующего: индукционную катушку (L3), конденсатор (С, С3), аккумулятор (A3).
7. Частотно-импульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что индуктивность вторичного контура (L2) превышает индуктивность первичного контура (L1).
8. Частотно-импульсный преобразователь по п. 6 или 7, отличающийся тем, что вторичная обмотка непрерывно подключена к нагрузке через переключатель (D2), при этом, соответственно, во время уменьшающей фазы первичных (I1) и вторичных (I2) токов обеспечено выделение этими токами энергии в нагрузку, при этом соединение опционально реализовано без вторичного переключателя (Т2).
9. Частотно-импульсный преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что сторона вторичной обмотки (L2) содержит дополнительный источник напряжения, то есть, по меньшей мере одно из следующего: индукционную катушку и конденсатор (С).
10. Частотно-импульсный преобразователь по п. 7, отличающийся тем, что расстояние между внутренним диаметром (d2) вторичной обмотки (L2) и наружным диаметром сердечника (F) превышает расстояние между внутренним диаметром (d1) первичной обмотки (L1) и наружным диаметром сердечника.
11. Частотно-импульсный преобразователь по п. 4, отличающийся тем, что он содержит индукционную катушку (L3), последовательно соединенную с вторичной обмоткой (L2), причем указанная индукционная катушка (L3) выполнена отдельно от указанного сердечника (F).
12. Частотно-импульсный преобразователь по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что ферромагнитный сердечник (F) имеет замкнутую форму, например, торообразную или многоугольную.
13. Частотно-импульсный преобразователь по п. 12, отличающийся тем, что первичная обмотка (L1) и вторичная обмотка (L2) занимают положения отдельно друг от друга на сердечнике (F), предпочтительно - расположены с противоположных сторон сердечника (F).
14. Частотно-импульсный преобразователь по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что первичная обмотка (L1) и вторичная обмотка (L2) расположены на магнитном сердечнике (F) так, что магнитный поток ферромагнитного сердечника (F) является неравномерным вдоль траектории магнитного сердечника (F), будучи меньше в месте расположения вторичной обмотки (L2).
15. Частотно-импульсный преобразователь по любому из пп. 1-14, отличающийся тем, что обмотки из указанных первичной обмотки (L1) и вторичной обмотки (L2) выполнены так, что во вторичной обмотке (L2) возникает ток противоположного направления для уменьшения роста магнитного потока.
16. Частотно-импульсный преобразователь по любому из пп. 1-15, отличающийся тем, что обмотки из указанных первичной обмотки (L1) и вторичной обмотки (L2) выполнены так, чтобы меньший магнитный поток в месте расположения вторичной обмотки (L2) возбуждал меньшее противодействующее напряжение во вторичной обмотке (L2) во время второй фазы, вследствие чего потребление входной мощности (Р) вторичной обмоткой (L2) будет меньше во второй фазе во время снижения первичного тока (I1) и вторичного тока (I2).
17. Частотно-импульсный преобразователь по любому из пп. 1-16, отличающийся тем, что дополнительно содержит вторичный контур с вторичной обмоткой (L2) на ферромагнитном сердечнике (F), причем вторичный контур выполнен с возможностью передачи энергии вторичной обмотки (L2) и/или другого источника энергии в первичную обмотку (L1) во время указанного уменьшения тока первичной обмотки.
18. Частотно-импульсный преобразователь для преобразования электрической энергии, содержащий:
- ферромагнитный сердечник;
- первичную обмотку на ферромагнитном сердечнике;
- первый управляемый первичный переключатель, подключающий первичную обмотку к входной мощности, когда указанный переключатель находится в состоянии включения;
- второй первичный переключатель, подключающий первичную обмотку к нагрузке;
причем обеспечена возможность управления первым управляемым первичным переключателем (Т1) посредством первичных управляющих импульсов (G1) для возбуждения первичной обмотки (L1) путем увеличения ее тока (I1) во время первичного импульса (G1) и создания магнитного потока в сердечнике;
причем между первичными импульсами (G1) первичная обмотка (L1) обеспечивает выделение энергии магнитного потока в нагрузку, в результате чего происходит уменьшение тока (I1) в первичной обмотке;
отличающийся тем, что для повышения КПД указанный преобразователь дополнительно содержит вторичный контур с вторичной обмоткой (L2) на ферромагнитном сердечнике (F), причем вторичный контур выполнен с возможностью передачи энергии вторичной обмотки (L2) и/или другого источника энергии в первичную обмотку (L1) во время указанного уменьшения тока (I1) первичной обмотки (L1), причем передача энергии вторичного контура обеспечена посредством:
- схемы (фиг. 2С), подключенной так, что во второй фазе вторичная обмотка (L2) находится в состоянии, при котором отсутствует возбуждение импульсами входной мощности (Р), причем в указанной схеме вторичный контур имеет такую собственную индуктивность Ls (L2), которая создает напряжение, пропорциональное изменению (Us=Ls×dls/dt) вторичного тока (I2) в направлении тока, которое затем действует так же, как вторичные импульсы отдельной входной мощности, причем вторичная обмотка (L2) подключена непрерывно через переключатель (D2) с нагрузкой, при этом, соответственно, во время уменьшающей фазы первичного тока (I1) и вторичного тока (I2) эти токи выделяют энергию в нагрузку (НАГРУЗКА, R, С), при этом соединение опционально реализовано без вторичного переключателя (Т2); или, опционально,
- управляемого вторичного переключателя (Т2), присоединенного с возможностью находиться в состоянии включения и в состоянии выключения, управляемо связанного со вторичными управляемыми импульсами (G2), имеющими состояния, соответствующие указанным состояниям включения и выключения указанного вторичного переключателя (Т), присоединенного для подключения вторичной обмотки (L2) к входной мощности (Р), когда переключатель (T2) находится в состоянии включения, для возбуждения вторичной обмотки (L2) к нагрузке.
19. Способ преобразования электрической энергии, в котором:
- управляют (G1) первым первичным переключателем (T2) для подключения импульса входного напряжения (U) к первичной обмотке ферромагнитного сердечника (F) на первой фазе;
- затем выделенную энергию из первичной обмотки (L1) направляют к нагрузке через второй первичный переключатель (D1) на второй фазе, при этом происходит уменьшение тока первичной обмотки (L1),
отличающийся тем, что для повышения КПД преобразования энергию вторичной обмотки (L2) и/или другого источника питания передают на первичную обмотку (L1) во время указанного уменьшения тока (I1) первичной обмотки (L1).
20. Способ преобразования электрической энергии, в котором:
- на первой фазе управляют первым первичным переключателем (Т1) так, чтобы подключить импульс (G1) входного напряжения к первичной обмотке (L1) ферромагнитного сердечника (F),
- затем на второй фазе выделяют энергию из первичной обмотки (L1) и направляют ее к нагрузке через второй первичный переключатель (Т2), при этом происходит уменьшение тока (I1) первичной обмотки (L1),
отличающийся тем, что
передают энергию в первичную обмотку (L1) во время указанного уменьшения тока (I1) первичной обмотки (L1) и/или другого источника энергии для повышения КПД преобразования энергии вторичной обмотки (L2).
21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что:
- во время второй фазы, управляют первым вторичным переключателем (Т2) для подключения импульса (G2) входного напряжения (U) к вторичной обмотке (L2) ферромагнитного сердечника (F) для увеличения выделения энергии из первичной обмотки (L1) к нагрузке, и
- во время первой фазы направляют выделенную энергию из вторичной обмотки (L2) сердечника (F) к нагрузке через второй вторичный переключатель (D1).
22. Способ преобразования электрической энергии, посредством частотно-импульсного преобразователя по любому из пп. 1-15, присоединенного для преобразования электрической энергии, причем указанный способ содержит следующее:
- управляют (515) на первой фазе, первым управляемым переключателем (Т1) посредством первичных управляющих импульсов (G1) для возбуждения первичной обмотки (L1) для увеличения ее тока (I1) для создания магнитного потока в сердечнике (F),
- переключают (512) посредством указанных первичных управляющих импульсов (G1) первый управляемый первичный переключатель (Т1) в состояние включения для подключения первичной обмотки (L1) к входной мощности (Р) во время указанного управляющего импульса (G1),
- возбуждают (513) во второй фазе, сразу после первичного импульса (G1), вторичную обмотку (L2) посредством вторичных импульсов (G2) входной мощности (Р) с помощью второго переключателя (Т2), находящегося в состоянии включения во время указанных вторичных импульсов (G2),
- побуждают (514), путем установки указанного первого управляемого первичного переключателя (Т1) в состояние выключения, первичную обмотку (L1) выделять магнитную энергию магнитного потока в нагрузку между состояниями включения первичных импульсов (G1), причем происходит уменьшение тока (I1) первичной обмотки (L1).