РЕЗОНАНСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использовано в качестве трансформатора в науке, в связи, в промышленности и в других применениях.
Известны стандартные трансформаторы переменного тока (См. сайт hhpp://ru.wikipedia.org/wiki/Трансформатор)
Однако, данные трансформаторы работают вне режима резонанса тока.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому резонансному трансформатору и выбранным в качестве прототипа является резонансный трансформатор, содержащий магнитопровод, по меньшей мере, одну первичную обмотку L1, по меньшей мере, одну вторичную обмотку L2, по меньшей мере, один конденсатор C1, первичная обмотка L1 является частью резонансного контура и введена в режим резонанса тока путем параллельного соединения с конденсатором C1.
(См. патент РФ №2418333 по кл. МПК H01F 30/10, H01F 27/28 «Резонансный трансформатор», заявл. 15.03.2010, опубл. 10.05.2011)
Недостатком данного устройства является то, что вторичная обмотка расположена на значительном расстоянии от первичной, устройство имеет большие габаритные размеры магнитопровода для поддержания малого влияния вторичной обмотки на первичную, в устройстве отсутствует узел автоматической подстройки резонансной частоты.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание резонансного трансформатора минимальных размеров с расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения автонастройки на необходимую резонансную частоту.
Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу является устранение зазоров при намотке обмоток между собой и между магнитопроводом, связь резонансного колебательного контура с управляемым генератором переменного тока.
Кроме того, заявитель ставил перед собой задачу расширения арсенала технических средств в виде резонансных трансформаторов, обеспечивающих энергопреобразование, следовательно, дополнительный технический результат заключается в реализации этого назначения.
Поставленная задача достигается тем, что в резонансном трансформаторе, содержащем магнитопровод, по меньшей мере, одну первичную обмотку L1, по меньшей мере, одну вторичную обмотку L2, по меньшей мере, один конденсатор C1, первичная обмотка L1 является частью резонансного контура и введена в режим резонанса тока путем параллельного соединения с конденсатором С1, согласно полезной модели обмотки намотаны с минимальным расстоянием друг от друга и так, что они максимально плотно примыкают к магнитопроводу, при этом минимальные размеры магнитопровода ограничены объемом намотки первичных и вторичных обмоток, изолирующего материала и сечением магнитопровода, соответствующим необходимой габаритной мощности, резонансный колебательный контур связан с управляемым генератором переменного тока.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим источникам информации свидетельствуют о том, что предлагаемый резонансный трансформатор не известен т.е. соответствует критерию «новизна».
Предлагаемый резонансный трансформатор может быть изготовлен на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью.
Таким образом, заявляемый резонансный трансформатор соответствует критерию «промышленная применимость».
Намотка обмоток с минимальным расстоянием друг от друга и так, что они максимально плотно примыкают к магнитопроводу, при этом минимальные размеры магнитопровода ограничены объемом намотки первичных и вторичных обмоток, изолирующего материала и сечением магнитопровода, соответствующим необходимой габаритной мощности, позволяет создать резонансный трансформатор минимальных размеров.
Связь резонансного колебательного контура с управляемым генератором переменного тока позволяет расширить функциональные возможности резонансного трансформатора за счет обеспечения автонастройки на необходимую резонансную частоту.
Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого резонансного трансформатора позволяет достичь заявленного технического результата, а именно, устранение зазоров при намотке обмоток между собой и между магнитопроводом, связь резонансного колебательного контура с управляемым генератором переменного тока и, следовательно, решить поставленную задачу -создание резонансного трансформатора минимальных размеров с расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения автонастройки на необходимую резонансную частоту.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами:
На фиг. 1 представлен график фаз тока и напряжения, поясняющий процессы, происходящие в резонансном контуре резонансного трансформатора На фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5 представлены возможные варианты функциональных электрических схем резонансного трансформатора.
Резонансный трансформатор содержит магнитопровод 1, по меньшей мере, одну первичную обмотку L1 2, по меньшей мере, одну вторичную обмотку L2 3, по меньшей мере, один конденсатор C1 4, первичная обмотка L1 2 является частью резонансного контура и введена в режим резонанса тока путем параллельного соединения с конденсатором C1 4, первичная L1 2 и вторичная L2 3 обмотки намотаны с минимальным расстоянием друг от друга и так, что они максимально плотно примыкают к магнитопроводу 1, при этом минимальные размеры магнитопровода 1 ограничены объемом намотки первичных и вторичных обмоток, изолирующего материала и сечением магнитопровода 1, соответствующим необходимой габаритной мощности, резонансный колебательный контур связан с управляемым генератором Г1 5 переменного тока.
Резонансный трансформатор работает следующим образом:
Энергия, полученная резонансным контуром, (состоящим из обмотки L1 2 и конденсатора C1 1) от управляемого генератора переменного тока Г1 5, циркулирует внутри резонансного контура в режиме резонанса тока, управляемый генератор Г1 5 осуществляет компенсацию потери энергии (активной, реактивной, тепловой, магнитной и т.п.) и производит автоматическую настройку на резонансную частоту. Резонанс в контуре создает сдвиг фазы напряжения относительно тока близкий к 180°.
Пояснение к фиг. 1:
При резонансе тока в данном контуре имеются временные показатели тока и напряжения, близкие к «стоячей волне», это означает, что энергия, запасённая в контуре циркулирует только внутри данного
контура, энергия потерь (активных, реактивных, тепловых, магнитных и т.п.) в данном случае пренебрежимо мала, и компенсируется энергией, получаемой от генератора переменного тока, от которого запитан контур. Сдвиг фаз между током и напряжением в контуре составляет угол, близкий к 180°. Это так же означает, что сумма низких реактивных сопротивлений колебательного контура ХС и XL даёт высокое активное сопротивление Ra резонансного колебательного контура. При изменении амплитуды тока в первичной обмотке, в трансформаторе изменяется магнитный поток, который в свою очередь изменяет амплитуду ЭДС на вторичной обмотке.
При использовании трансформатора с магнитопроводом необходим контроль уровня индукции магнитного поля, для поддержания в магнитопроводе ненасыщенного состояния. Индукция магнитного поля магнитопровода напрямую зависит от тока в контуре, количества витков обмотки и добротности самого контура.
Наибольшая эффективность резонансного трансформатора достигается (для случая с магнитопроводом) при оптимальном соотношении рабочей частоты магнитопровода, уровня магнитных потерь в сердечнике магнитопровода и уровню индукции насыщения магнитопровода.
Пояснения к фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5:
Компоненты схемы:
Г1 - управляемый генератор переменного тока.
C1 - один из конденсаторов, необходимый для получения заданной резонансной частоты.
L1 - одна из первичных обмоток трансформатора.
L2 - одна из вторичных обмоток трансформатора.