способ преобразования нагрузки

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАГРУЗКИ, заключающийся в образовании индуктором переменного магнитного поля и последующих регулировки характеристики магнитного поля и его механического воздействия на исполнительный орган для обеспечения возможности изменения его пространственных положений и для обеспечения возможности изменения электрической энергии в индукторе, отличающийся тем, что в качестве исполнительного органа используют электромагнитный реактор, а регулировку характеристики магнитного поля осуществляют посредством изменения параметров спектра переменного тока индуктора для изменения степени механического взаимодействия между катушками индуктора и реактора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электромагнитного реактора используют электромагнитный колебательный контур.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам преобразования нагрузки, в частности, где используется бесконтактное электромеханическое преобразование энергии, например в тренировочных устройствах с использованием электромагнитных или электрических приспособлений, создающих нагрузку, в асинхронных электродвигателях переменного тока и др.

Известен способ преобразования нагрузки, заключающийся в образовании индуктором переменного магнитного поля и последующих регулировки характеристики магнитного поля и его механического воздействия на исполнительный орган для обеспечения возможности изменения его пространственных положений и для обеспечения возможности изменения его пространственных положений и для обеспечения возможности изменения электрической энергии в индукторе.

Техническим результатом заявленного способа является получение возможности непосредственного управления процессом электромеханического преобразования энергии с помощью неэнергетического параметра.

На чертеже изображено устройство для реализации данного способа.

Для выполнения данного способа имеется индуктор 1 переменного магнитного поля, расположенный с возможностью регулировки характеристики магнитного поля и его механического воздействия на исполнительный орган для изменения его пространственных положений и для обеспечения возможности изменения электрической энергии в индукторе 1.

Исполнительный орган представляет собой электромагнитный реактор 2. Регулировку характеристики магнитного поля осуществляют посредством изменения параметров спектра переменного тока индуктора 1 для изменения степени механического взаимодействия между катушками 3 и 4 индуктора 1 и реактора 2. В качестве реактора 2 используют электромагнитный колебательный контур 5.

Устройство содержит источник 6 переменного тока и конденсатор 7.

Осуществляется способ преобразования нагрузки следующим образом.

Механическое поле между подвижной и неподвижной частями механической системы образуется за счет электромагнитного взаимодействия двух катушек - катушки индуктора 1, электрически соединенной с источником 6 переменного тока, составляющих неподвижную часть механической системы, и катушки реактора 2, электрически соединенной с конденсатором 7, образуя электромагнитный колебательный контур, и составляющих подвижную часть механической системы.

Переменный ток от источника 6 тока, протекая по виткам катушки индуктора 1, возбуждает в пространстве переменное магнитное поле, которое по закону электромагнитной индукции создает переменную электродвижущую силу в катушке реактора 2, которая образует электрическую цепь с конденсатором 7. В результате в катушке реактора 2 возникает переменный электрический ток, и по закону Ампера между катушкой индуктора 1 и катушкой реактора 2 возникает сила механического взаимодействия, перемещающая подвижную часть механической системы. Последняя может быть связана со средством для взаимодействия на пользователя, в том числе и спортсмена, которое и позволяет осуществлять ту или иную механическую нагрузку.

Поскольку катушка реактора 2, соединенная с конденсатором 7, образуют электромагнитный колебательный контур 5, то из-за наличия явления электромагнитного резонанса амплитуда тока, протекающего в катушке реактора 2, будет функцией как от амплитуды, так и от частоты тока, протекающего в катушке индуктора 1. Это поясняется следующей зависимостью:

I_реак= , где К - коэффициент, учитывающий конструкцию механической системы;

I_инд - амплитуда тока в катушке индуктора;

I_реак - амплитуда тока в катушке реактора;

f_инд - частота тока в катушке индуктора;

D - параметр, зависящий от добротности колебательного контура.

Так как по закону Ампера сила механического взаимодействия между проводниками с током прямо пропорциональна произведению токов в проводниках, величина механического поля между индуктором и реактором зависит от частоты тока индуктора.

В результате изменение частоты тока в катушке индуктора приводит к изменению амплитуды тока в катушке реактора, что, в свою очередь, приводит к изменению силы механического взаимодействия между катушкой индуктора 1 и катушкой реактора 2 и к изменению параметров перемещения подвижной части относительно неподвижной части механической системы, в чем и выражается регулируемое преобразование энергии электрического тока источника 6 питания через образуемое катушками индуктора 1 и реактора 2 магнитное поле в механическую энергию.

Изменение частоты переменного тока источника 6 есть частный случай изменения спектра переменного тока, подаваемого из источника 6 тока в катушку индуктора 1. В общем случае электромеханическое преобразование энергии регулируется изменением спектра переменного тока, подаваемого в катушку индуктора 1.

Благодаря явлению электромагнитной взаимоиндукции между катушкой реактора 2 и катушкой индуктора 1 ток, циркулирующий в колебательном контуре 5, возбуждает электродвижущую силу взаимоиндукции в катушке индуктора 1, создавая в цепи катушки индуктора 1 переменный ток, который взаимодействует с переменным током источника 6. В эту цепь может быть включен индикатор выполняемых механических нагрузок.

С энергетической точки зрения электромагнитный колебательный контур 5 является энергетическим зеркалом, отражающим часть электрической энергии обратно в источник 6. Коэффициент отражения является сложной функцией, зависящий от физической конструкции механической системы, электрических параметров источника 6 тока и спектра переменного тока, генерируемого источником 6.

Имеются определенные соотношения параметров функции отражения, при которых коэффициент отражения стремится к единице. При этом практически вся электрическая энергия источника 6 тока, переданная в колебательный контур 5, возвращается назад в источник 6 тока. Это происходит в том случае, если подвижная часть механической системы сохраняет свое пространственное положение относительно неподвижной части 3.

Если под действием сил механического поля подвижная часть перемещается относительно неподвижной части, то совершается механическая работа, на которую расходуется часть энергии колебательного контура, компенсируемая из источника 6 тока. Если подвижная часть перемещается относительно неподвижной части под действием внешней силы, направленной против сил механического поля, то энергия колебательного контура увеличивается на величину энергии, затраченной внешней силой на совершение работы против сил механического поля, которая благодаря эффекту отражения передается в источник 6 тока, в чем и выражается реверсивность.

Для каждой конкретной физической конструкции электромеханической системы можно определить функцию изменения спектра переменного тока, генерируемого источником 6 тока, с целью управления средним значением электромагнитной энергии, циркулирующей в колебательном контуре 5, при сохранении коэффициента отражения близким к единице.

Таким образом, данный способ дает возможность, изменяя по определенной функции, зависящей от физической конструкции электромеханической системы и электрических параметров источника тока, спектр переменного тока, протекающий через катушку индуктора, регулировать преобразование электрической энергии в механическую и наоборот механической энергии в электрическую, т. е. данный способ можно использовать в том числе и в преобразователях.

Изобретение позволяет повысить эффективность способа преобразования нагрузки.