генератор электрической энергии

Формула изобретения

Генератор электрической энергии, содержащий внешний источник питания, подключенный соответственно через входной выпрямитель к плюсу и минусу выпрямителя обратной связи и зарядному конденсатору, трансформатор, на котором размещены вторичная обмотка и обмотка обратной связи с повышенным количеством витков, которая подключена соответственно к конденсатору и входам выпрямителя обратной связи, отличающийся тем, что в него дополнительно введена вторая идентичная и противоположно направленная первой первичная обмотка трансформатора, при этом входы первичных обмоток подключены соответственно к выходам первого и второго накопительных конденсаторов, а выход первой - к силовому выходу первого и силовому входу третьего электронных ключей, второй - к силовому выходу второго и силовому входу четвертого электронных ключей, при этом силовые выходы третьего и четвертого электронных ключей соединены с минусом входного выпрямителя, выпрямителя обратной связи и зарядного конденсатора, плюс которых соединен с силовыми входами первого и второго электронных ключей, входами первого и второго накопительных конденсаторов и с входом блока управления, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и четвертого электронных ключей, а второй - к управляющим входам второго и третьего электронных ключей, при этом вторичная обмотка трансформатора соединена соответственно с преобразователем напряжения, силовые выходы которого подключены соответственно к нагрузке, а информационный выход - к второму входу блока управления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения стационарных и мобильных потребителей.

Известен трансформатор Тесла, представляющий собой генератор высоковольтных высокочастотных колебаний и состоящий из, вставленных друг в друга, первичной и вторичной катушки индуктивности, разрядника, конденсатора и источника высоковольтного напряжения, соответственно соединенных между собой (Эйхенвалд А.А. Электричество. М., тип. И.М.Кушнерова, 1918. Опыты Тесла. С.434-43). Его недостатком является низкий к.п.д.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство получения электрической энергии, состоящее из подключенного к внешнему источнику электрической энергии преобразователя низкого напряжения в высокое, которое через диод подается на зарядный электрический конденсатор, с которого накопленный заряд через разрядник периодически подается на первую катушку индуктивности, внутри которой соосно с ней установлена вторая катушка индуктивности с увеличенным числом витков, которая с конденсатором настроена в резонанс с периодом разряда и с которой напряжение, через диод, передается на зарядный электрический конденсатор, а выход электрической энергии внешнему потребителю осуществляется с помощью третьей катушки индуктивности, установленной соосно первым двум, связанной с ними взаимной индукцией и соединенной с выпрямителем (Патент РФ № 2261521, от 27.09.2004). В данном устройстве необходимым условием получения избыточного баланса электроэнергии является высокий пространственный градиент напряженности магнитного поля, что достигается созданием на первичной обмотке трансформатора импульсов тока с крутым передним и задним фронтом.

Недостатком известного изобретения является однотактный принцип работы, недостатком является и принцип стабилизации верхнего уровня высокого напряжения, посредством замыкания варистором части витков второй обмотки, что приводит к дополнительной потере энергии на трансформаторе. Приведенные причины ограничивают возможности получения высокого пространственного градиента напряженности магнитного поля и кпд соответственно.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении кпд.

Вышеуказанный технический результат достигается тем что, в генератор электрической энергии, содержащий внешний источник питания, подключенный соответственно, через входной выпрямитель, к плюсу и минусу выпрямителя обратной связи и зарядному конденсатору, трансформатор, на котором размещены первичная, вторичная и обмотка обратной связи с повышенным числом витков, подключенная соответственно к конденсатору и входам выпрямителя обратной связи, дополнительно введена вторая, противоположно направленная и идентичная первой, первичная обмотка трансформатора, при этом входы первичных обмоток подключены соответственно к выходам первого и второго накопительного конденсатора, а выходы первой - к силовому выходу первого и силовому входу третьего электронного ключа, - второй - к силовому выходу второго и силовому входу четвертого электронного ключа, при этом силовые выходы третьего и четвертого электронного ключа соединены с минусом входного выпрямителя, выпрямителя обратной связи и зарядного конденсатора, плюс которых соединен с силовыми входами первого и второго электронного ключа, с входами первого и второго накопительного конденсатора и с входом блока управления, первый выход которого подключен к управляющим входам первого и четвертого электронного ключа, а второй - к управляющим входам второго и третьего электронного ключа, при этом вторичная обмотка трансформатора соединена соответственно с преобразователем напряжения, силовые выходы которого подключены соответственно к нагрузке, а информационный выход - к второму входу блока управления.

Сущность заявленного изобретения заключается в том, что для создания магнитного потока с высоким пространственным градиентом напряженности магнитного поля применен двухтактный принцип работы, где в работе одновременно участвуют обе первичные обмотки трансформатора, по одной из которых протекает ток заряда, а по другой ток разряда соответствующего накопительного конденсатора, создавая при этом результирующий переменный магнитный поток удвоенной амплитуды с частотой, заданной блоком управления, при этом магнитное поле создается как током заряда, так и током разряда, т.е. дважды используется в работе один заряд накопительного конденсатора.

Сущность изобретения поясняется схемой Фиг.1 и временной диаграммой работы Фиг.2.

Генератор электрической энергии содержит внешний источник 1 питания, подключенный соответственно к входному выпрямителю 2, минус выхода которого соединен с минусом выхода выпрямителя 3 обратной связи и зарядного конденсатора 4, а также - с силовыми выходами третьего 5 и четвертого 6 электронного ключа, при этом плюс выхода входного выпрямителя 2 соединен с плюсом выхода выпрямителя 3 обратной связи и зарядного конденсатора 4, силовыми выходами первого 7 и второго 8 электронного ключа, входами первого 9 и второго 10 накопительного конденсатора и входом блока 11 управления, первый выход которого подключен к управляющим входам первого 7 и четвертого 6 электронного ключа, а второй - к управляющим входам второго 8 и третьего 5 электронного ключа, трансформатор 12, на котором размещены первая 13 и вторая 14 первичные обмотки, входы которых подключены соответственно к выходам накопительных конденсаторов 9 и 10, а выход первой 13 - к силовому выходу первого 7 и силовому входу третьего 5 электронного ключа, - второй 14 - к силовому выходу второго 8 и силовому входу четвертого 6 электронного ключа, обмотка 15 обратной связи, соединенная соответственно с конденсатором 16 и входами выпрямителя 3 обратной связи, вторичная обмотка 17, соединенная соответственно с преобразователем 18 напряжения, силовые выходы которого подключены соответственно к нагрузке 19, а информационный выход - к второму входу блока 11 управления.

Генератор электрической энергии работает следующим образом. В момент включения на выходе входного выпрямителя 2 появляется напряжение (Фиг.2а) внешнего источника 1 питания и заряжает зарядный конденсатор 4 до уровня, необходимого для получения минимальной величины избыточной энергии. Одновременно с выходов блока 11 управления на входы электронных ключей поступают импульсы (Фиг.2д), которые поочередно включают-выключают то одну (первый 7 и четвертый 6), то другую (второй 8 и третий 5) пару электронных ключей, заряжая-разряжая, через первичные обмотки 13 и 14 трансформатора, накопительные конденсаторы 9 и 10, создавая при этом переменный магнитный поток (Фиг.2б), который индуцирует, с частотой, заданной блоком 11 управления, переменное напряжение в обмотках трансформатора 12. С контура обратной связи, образованного конденсатором 16 и обмоткой 15 и настроенного в резонанс с рабочей частотой генератора электрической энергии, через выпрямитель 3 обратной связи, поступает повышенное напряжение на зарядный конденсатор 4 и подзаряжает его с каждым полупериодом, при этом входной выпрямитель 2 закрывает поступление энергии от внешнего источника 1 питания. Напряжение на зарядном конденсаторе 4 стремительно растет (Фиг.2а), вызывая на первичных обмотках 13 и 14 импульсы тока с крутым передним и задним фронтом. Первичные обмотки, работая одновременно (одна на заряд другая на разряд соответствующего накопительного конденсатора), создают на трансформаторе мощный результирующий магнитный поток (Фиг.2б) с высоким пространственным градиентом напряженности магнитного поля, вызывая стремительный рост избыточной электроэнергии. Одновременно растет напряжение и на выходе вторичной обмотки 17, которое, достигнув заданной величины, включает преобразователь 18, где электроэнергия накапливается, преобразуется в удобный для потребителя вид (Фиг.2в) и подается на нагрузку 19. В процессе работы блок 11 управления анализирует информацию о величине высокого напряжения (Фиг.2а) и тока нагрузки (Фиг.2г) и выдает на управляющие входы электронных ключей пачки импульсов (Фиг.2д), длительность которых меняется в заданном временном интервале от нуля до полного заполнения, тем самым поддерживается заданное значение высокого напряжения (Фиг.2а).

Таким образом, двухтактный принцип работы, при котором одновременно работают обе первичные обмотки трансформатора, позволил создать результирующий переменный магнитный поток удвоенной амплитуды, что значительно увеличивает пространственный градиент магнитного поля трансформатора, при этом магнитное поле создается как током заряда, так и током разряда, дважды используя в работе один заряд накопительного конденсатора, а также отсутствуют потери энергии в трансформаторе, связанные с поддержанием верхнего уровня высокого напряжения. Вышеизложенное показывает, что двухтактный принцип работы значительно повышает выход избыточной электроэнергии, т.е. повышает кпд генератора электрической энергии.