Efficient power supply suitable for inductive loads

Эффективный источник питания для индуктивных нагрузок.
United States Patent, 4595975
Грэй. June 17, 1986
Выдержка.
Представленное является описанием Электрического Привода и Восстановительной Системы для
Высокочастотных режимов. Восстановительная система может применяться для улучшения
эффективности работы современных приводов постоянного и переменного тока. Она включает
низковольтный источник питания, подключённый к вибратору, тр-р и выпрямительный мост для получения
высоковольтных пульсирующих сигналов на первый конденсатор. В том случае, если источник ВН уже
имеется, он может быть подключён напрямую к выпрямителю, обеспечивая создание пульсирующего
сигнала на первый конденсатор. Он, в свою очередь, подключён к высоковольтному аноду
переключающего элемента электропреобразующей трубки. Переключающий элемент состоит из
низковольтного анода подсоединённого к источнику напряжения через коммутатор. Вокруг
высоковольтного анода установлен зарядопринимающий экран, подключённый к индуктивной нагрузке
для передачи высоковольтного разряда от преобразующей трубки к нагрузке. К нагрузке также подключён
второй конденсатор для накопления энергии обратной ЭДС, созданной разрушающимся электрическим
полем нагрузки, когда ток в ней прекращается. Второй конденсатор подключён к источнику напряжения.
Нагрузкой может быть батарея или конденсатор, функции которых улучшаются за счёт применения этого
метода.
Заявленные права.
Заявлено, что:
1. Система электропривода включает:
- источник напряжения;
- вибратор, подключённый к источнику напряжения, предназначенный для образования пульсирующего
сигнала;
- трансформатор, подключённый к вибратору, для приёма пульсирующего сигнала;
- выпрямитель, подключённый к трансформатору, образующий выход высоковольтных импульсов;
- конденсатор, для накопления выходных импульсов;
- перключающий элемент преобразующей трубки, имеющий первый и второй аноды; электропроводные
средства для приёма заряда вторым анодом, подключённым к конденсатору, и выходной терминал,
подключённый к средствам приёма заряда;
- коммутатор, подключённый к источнику напряжения и первому аноду;
- индуктивную нагрузку, подключённую к выходному терминалу, где энергия разряда между первым и
вторым анодами переносится на средства приёма заряда и затем на индуктивную нагрузку.
2. Система заявленая в п.1 включает:
- второй конденсатор для приёма заряда от нагрузки.
3. Система, заявленная в п.2 включает:
- трубку переключаюшего элемента, расположенную последовательно между коммутатором и первым
анодом.
4. Система, заявленная в п.3 включает:
- второй источник напряжения и переключатель для получения сигнала от второго конденсатора.
5. Система, заявленная в п.4 включает:
- переключающий элемент преобразующей трубки, состоящий из сопротивления подключённого
последовательно к первому аноду и средства приёма заряда, выполненного в форме сетки.
6. Система заявленная в п.1 как источник, представляет собой источник постоянного тока состояший из:
- источника переменного тока;
- перключающего средства для выбора источника постоянного тока или переменного через выпрямитель.
7. Система заявленная в п.1 как выпрямитель представляет собой выпрямитель типа мостик.
8. Метод обеспечения энергии индуктивной нагрузки включает:
- источник напряжения;
- пульсирующий сигнал от этого источника;
- усиление напряжения сигнала;
- выпрямление сигнала;
- хранение и усиление сигнала;
- перенос сигнала на ВВ анод;
- подачу низкого напряжения на второй анод для формирования высокоэнергетического разряда;
- электростатический перенос разряда на зарядоприёмный элемент;
- перенос заряда на индуктивную нагрузку;
- подключение второго конденсатора к нагрузке;
- подключение конденсатора к источнику.
Описание.
1. Область применения изобретения.
Настоящее изобретение относится к области электроприводных систем и преобразующих элементов, в
частности, к системе возбуждения индуктивной нагрузки улучшенным и эффективным способом.
2. Описание предыдущих аналогов.
По мнению автора, нет устройств способных обеспечить преобразование энергии от источников
постоянного или переменного тока в механическую энергию на принципе данного изобретения.
Например, такие портативные источники энергии как батареи, или генераторы переменного тока, или их
комбинации могут быть использованы для привода механических устройств с линейной или вращательной
функцией с высокой эффективностью, при этом длительность работы и восстанавливаемость их
значительно возрастает.
Суть изобретения.
Существующее изобретение обеспечивает более эффективную приводную систему, включающую:
источник электрического напряжения; вибратор, связанный с низковольтным источником для
формирования пульсирующего сигнала; трансформатор, подключённый к вибратору для приёма
пульсирующег сигнала; источник высокого напряжения, при необходиости подключённый к выпрямителю
или выпрямитель подключённый к выходу высоковольтных импульсов трансформатора; конденсатор для
получения выходных импульсов; преобразующий элемент состоящий из первого и второго анодов,
проводников для получения заряда, расположенных возле второго анода и выходной терминал,
подключённый к средствам приёма заряда, при этом второй анод подключён к конденсатору; коммутатор,
подключённый к источнику напряжения и к первому аноду; индуктивную нагрузку подключённую к
выходному терминалу посредством чего высокоэнергетический разряд между первым и вторым анодом
переносится на средства приёма заряда и затем на индуктивную нагрузку.
Как подкомбинация, существующее изобретение также включает преобразующий элемент с корпусом
содержащий: первый низковольтный анод закреплёный на корпусе так, чтобы он был связан с источником
напряжения; второй высоковольтный анод также закреплённый на корпусе и чтобы был связан с
источником напряжения; проводники расположенные вокруг второго анода на расстоянии приёма заряда,
средства приёма заряда также крепятся на корпусе; выходной терминал, связанный со средствами приёма
заряда, способный быть подключёным к индуктивной нагрузке.
Изобретение также включает метод подачи энергии на индуктивную нагрузку работающий по схеме:
источник питания; импульсный сигнал от этого источника; увеличение напряжения сигнала; выпрямление
сигнала; хранение и увеличение сигнала; передача сигнала высоковольтному аноду; подача низкого
напряжения ко второму аноду для образования высокоэнергетического разряда; электростатическая
передача разряда на принимающий элемент; перевод разряда на индуктивную нагрузку; подключение
второго конденсатора к источнику.
Цель существующего изобретения обеспечить систему активизации индуктивной нагрузки наиболее
эффективным способом.
Другая цель этого изобретения обеспечить систему активизации индуктивной нагрузки надёжным,
недорогим и простым методом.
Преимущества данного изобретения по сравнению с предшествующими объектами существующего
изобретения могут быть проанализированы достаточно подготовленными специалистами с помощью
последующих иллюстраций и схем.
Краткое описание чертежей.
Рис.1 Схема цепи электроприводной системы.
Рис.2 Увеличенный разрез вида преобразующего элемента.
Рис.3 Вид в разрезе вдоль линии 3-3 из Рис.2.
Рис.4 Вид в разрезе вдоль линии 4-4 из Рис.2.
Рис.5 Схема входной цепи переменного тока.
Описание изобретения.
В то время, как существующее изобретение может быть воплощено в различных модификациях и
альтернативных вариантах, здесь будет подробно описан представленный вариант показанный в рисунках.
Должно быть понято, что это не намерение ограничить изобретение так раскрытой формой; но, напротив,
изобретение должно покрыть все возможные модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, в
духе конкретного изобретения в соответствии с заявленными правами.
Здесь раскрывается электродвижительная система, которая, в теории, преобразует низковольтную
электроэнергию из источника, как например батарея, в высокий потенциал, высокоэнергетические
импульсы, и которая способна создать рабочую силу на индуктивном выходе устройства более
эффективно, чем та, что может развится напрямую от источника энергии
Улучшение в эффективности в дальнейшем повышается посредством способности устройства возвращать
часть образованной энергии, неиспользованной индуктивной нагрузкой, в производстве механической
энергии, на тот-же источник энергии, или другой, или для хранения.
Эта система выполняет задачу поставленную выше за счёт использования «электростатической» или
«импульсной» энергии, созданной посредством высокоинтенсивной искры образуемой специально
сконструированным переключающим элементом преобразующей трубки. В этом элементе используется
низковольтный анод, высоковольтный анод и одна или более «электростатик» - зарядопринимающих сеток.
Эти сетки за счёт своих размеров и расположения в трубке напрямую связаны с кол-вом преобразованной
энергии при работе устройства.
Низковольтный анод может включать в себя резисторное устройство для контроля кол-ва тока,
потребляемого от источника питания. Он подключается к источнику посредством механического
коммутатора или статического пульсара который контролирует время и длительность искры элемента.
Высоковольтный анод подключён к цепи, где образуется высоковольтный потенциал. Разряд в элементе
происходит тогда, когда это позволяет внешняя контрольная цепь. Этот кратковременный высоковольтный
высокоэнергетический импульс ловится «электростатической» сеткой в трубке, хранится, и затем
переносится на индуктивную внешнюю нагрузку.
Увеличение эффективности, ожидаемое от преобразования электрической энергии в механическую
посредством индуктивной нагрузки, проявляется свойством оптимизации распределения электроэнегии в
нагрузочное устройство в необходимое время.
Дальнейшее увеличение преобразования энергии осуществляется за счёт отбора большой части энергии,
образованной индуктивной нагрузкой, когда поле полезной энергии коллапсирует. Обычно эта часть
энергии расходуется как потери, что противоречит концепту её утилизации, поскольку не существует
средств для её сбора и хранения.
Настоящее изобретение содержит два концепта или характеристики. Первая просматривается в введении
возбуждающего тока в индуктор. Индуктор создаёт противодействующую силу (контр ЭДС) которая
противодействует энергии вводимой в индуктор. Эта КЭДС увеличивается со временем и вводимая энергия
также увеличивается.
В обычном использовании переменного тока для механических устройств в индуктивных нагрузках
полезная работа индуктора совершается перед окончанием приложения энергии. Поэтому излишек энергии
просто пропадает.
Прежние попытки снабжать энергией индукторы посредством расчёта времени, т.е. в период, когда
осуществляется оптимальный перевод эл энергии в механческую, ограничены способностью таких
устройств выдержать высокие требования к оптимальному переносу энергии.
Вторая характеристика, это когда возбуждающий ток удаляется от индуктора.
Когда ток уменьшается, индуктор генерирует ЭДС работающую против падения тока на индуктивную
нагрузку, ными словами, производит источник энергии на выходе индуктора, что симулирует новый
источник энергии, уменьшенный на количество, отобранной энергии из цепи механической нагрузкой. Это
«регенирированная», т.е. излишняя энергия, которая в другом случае была-бы потеряна в результате
отсутствия устройства, способного её сохранить.
В этом изобретении высокоэнергетические высоковольтные короткие импульсы прикладываются к
индуктивной нагрузке с помощью преобразующего элемента. Этот элемент делает возможным
использование части энергии искрового разряда без воздействия на цепь, обычно ассоциируемого с
высокоэнергетическими искровыми разрядами.
Это изобретение также обеспечивает захват части энергии наведённой высокоиндуктивным скачком во
время резкого падения тока возбуждения. Это падение тока происходит при прекращении искрового
разряда. Образованый всплеск напряжения воздействует на конденсатор, способный передать ток на
аккумулирующее устройство.
Другая цепь обеспечивает переключение источника питания и аккумулирующего устройства. Это
переключение может осуществляться автоматически в нужное время с помощью контрольного устройства,
способного замерять кол-во энергии в обоих источниках.
Согласно Рис.1. система 10 будет описана детально. Потенциал на высоковольтном аноде 12
преобразующего элемента 14 создаётся конденсатором 16. Это напряжение образуется посредством
низковольтного тока от источника 18 через вибратор 20. Назначение вибратора – создавать импульсный ток
на тр-р 22. Обмотки тр-ра расчитаны так, чтобы оптимизировать напряжение подаваемое на выпрямитель
24. Поэтому на выходе выпрямителя имеется серия высоковольтных импульсов среднего по величине тока.
Если источник тока уже достаточно высокий, АС типа, он может быть подключён напрямую к
выпрямителю. Эти повторяемые импульсы от выпрямителя набивают высоковольтный заряд на
конденсаторе 16.
Контроль перключающего элемента преобразующей трубки осуществляется коммутатором 26, который
конструктивно может быть из серии контактов устанавленных вокруг вала, цельного перключателя, или
другого переключающего устройства. Односторонний энергетический поток 28 осуществляется между
коммутатором и трубкой переключающего элемента, что предотвращает высокоэнергетическое искрение
на коммутаторе. Когда трубка переключающего элемента закрыта, ток от источника 18 течёт через
сопротивление 30 и низковольтный анод 32. Это приводит к высоковольтному разряду между анодами
внутри преобразующей трубки 14.
Энергия высоковольтных импульсов электростатически передаётся на преобразующие сетки 34
преобразующего элемента. Этот электростатический заряд передаётся на выходной терминал 60 (Рис.2)
через индуктивность 36, наводящую сильное электромагнитное поле вокруг индуктивной нарузки.
Интенсивность этого поля определяется электромагнитным потенциалом развиваемым сетками и за очень
короткий момент образуется энергетический импульс.
Если индуктивная нагрузка подключена к механической магнитно, то возникает сильный крутящий
момент, который может совершать физическую работу. Когда энергетически импульс в преобразующей
трубке прерывается, индуктивная нагрузка отключается, при этом электромагнитное поле вокруг индук
нагрузки коллапсирует. Коллапс поля индуцирует контрЭДС в индуктивной нагрузке.
Эта КЭДС создаёт высокий положительный потенциал на конденсаторе, который, в свою очередь,
индуцирует энергию во вторичном источнике или батарее 40. Кол-во зарядного тока зависит от начального
состояния цепи на момент разряда вкпреобразующей трубке и кол-ва механической энергии потребляемой
работой нагрузки. Для защиты индуктивной нагрузки и элементов выпрямителя от разрядного тока, в цепь
включено защитное устройство 42 с искровым промежутком. В случае превышения энергии излишек её
байпасируется на заземление. Диоды 44 и 46 байпасируют излищек энергии, когда трубка включается.
Переключающий элемент 48 позволяет накапливающему устройству работать как источник энергии, в то
время как батарея используется как резервный источник. Перключение может осуществляться вручную
или автоматически.
Рис.2, 3 и 4 показывают механическое устройство переключающего элемента преобразующей трубки.
Корпус 50 может быть сделан из любого изолирующего материала, напр. стекла. Аноды 12 и 22, и сетки
34а и 34б крепятся на изоляторах 54 и 56. Сопротивление 30 может быть включено в низковольтный анод
для контроля тока через трубку.
Анодный материал может быть одинаковым или выбираться в зависимости от условий работы.
Форма и размеры сеток также определяются экспериментально.
Надо отметить, что конструктивные особенности не влияют на концепт работы изобретения в целом, оно
также вписывается в условия работы с сухо-и мокрозаряженными батареями.
Это изобретение предполагает утилизацию энергии, образованной энергетическими импульсами для
возбуждения индуктивной нагрузки, которая способна преобразовывать таким способом полученную
энергию в полезную электрическую или механическую.
Во время работы высоковольтные кратковременные электрические импульсы образуются в результате
разряда конденсатора 16 в преобразующей трубке. Необходимый высокоэнергетический потенциал
аккумулируется в конденсаторе через выпрямитель 24.
Когда источником энергии является батарея 12, вход в выпрямитель осуществляется тр-р 22, который в
свою очередь активизируется вибратором 20 или другим устройством для работы тр-ра и выпрямителя.
Когда источник питание переменый ток, выключатель 64 отключает тр-р и вход на выпрямитель 24
осуществляется от тр-ра 66, который в свою очередь работает от вибратора 20.
Повторяемый выход от выпрямителя набивает конденсатор до максимума. Этот заряд передаётся на
высоковольтный анод 12 преобразуюшей трубки.
Когда низковольтный анод 32 соединён с источником питания, возникает искра в прмежутке 62 трубки,
эквивалентная потенциалу на высоковольтном аноде, и возникает ток на низковольтном аноде.
Т.к. длительность искры очень мала, то мгновенный ток и напряжение могут быть очень большими. Внутри
трубки эта энергия абсорбируется сетками 34а и 34б.
Контроль разряда в трубке осуществляется механически или коммутатором, который прерывает цепь от
низковольтного анода к источнику питания в момент когда доставка энергии к выходной нагрузке
наиболее благоприятна.
Для этой цели могут служить различные стандартные высокоточные контролирующие устройства. Когда
требуется контроль системы на выхода испльзуется контрольное устройство времени контакта на
низковольтном аноде.
Таким образом может осуществлятся работа электроприводной системы, имеющей низковольтный
источник, соединённый с вибратором; тр-р и выпрямитель для получения высоковольтных импульсов на
первый конденсатор. Если используется высоковольтный источник, он может быть соединён напрямую на
выпрямитель, создающий импульсный сигнал на первый конденсатор.
Конденсатор, в свою очередь, соединён с высоковольтным анодом переключающего элемента
преобразующей трубки. Элемент включает низковольтный анод, покдключённый к источнику питания
через коммутатор и варьируемый резистор.
Вокруг высоковольтного анода установлены зарядоприёмные сетки, подключённые к индуктивной нагрузке
для передачи высоковольтного разряда от элемента на нагрузку. Также второй кондесатор подсоединён к
нагрузке для сбора обратной ЭДС, образуемой коллапсом элетрополя нагрузки, когда ток на неё
блокируется. Второй конденсатор подключён к источнику питания.
*****