Генератор тока

Генератор тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано при создании автономных низковольтных источников питания радиоэлектронных приборов.

Генератором принято называть машину, которая преобразует механическую энергию в электрическую. Работа генератора основана на использовании явления электромагнитной индукции.

Известен генератор тока (Кузнецов М.И. Основы электротехники. Под ред. д.т.н. С.В.Страхова. Издание 9-е, исправленное. Москва.: Высшая школа. 1964, с.177), в котором реализуется способ создания электродвижущей силы (ЭДС) в контуре на основе катушки на базе якоря, который взаимодействует с постоянным электромагнитом на базе статора. При этом витки катушки якоря двигаются относительно силовых линий постоянного электромагнита статора. В генераторе якорь с обмоткой катушки вращается первичным двигателем в магнитном поле полюсов N и S электромагнита статора, питание которого осуществляется от источника питания через гасящий резистор. ЭДС, индуцируемая в проводниках обмотки якоря при помощи коллектора и щеток, отводится во внешнюю цепь. При подключении к выводам катушки цепи нагрузки Z_н в последней возникает благодаря коллекторной цепи постоянный ток I_н, величина которого зависит от величины магнитного поля электромагнита статора, скорости и направления изменения положения витков катушки якоря относительно силовых линий электромагнита статора, а также от количества витков в самой катушке якоря.

Недостатком известного устройства является необходимость обязательного наличия механического привода для перемещения контура на базе якоря относительно силовых линий постоянного электромагнита статора.

Наиболее близким к заявляемому генератору тока является устройство (Кузнецов М.И. Основы электротехники. Под ред. д.т.н. С.В.Страхова. Издание 9-е, исправленное. Москва: Высшая школа. 1964, с.199, 335), в котором способ создания ЭДС реализуется взаимодействием постоянного электромагнита на базе якоря с контуром на основе катушки на базе статора. При этом силовые линии постоянного электромагнита якоря двигаются относительно витков катушки статора.

Сущность конструктивного решения прототипа раскрывает чертеж на фиг.1. В генераторе якорь вращается первичным двигателем, а величина магнитной составляющей достигается подачей величины тока питания посредством токоведущих колец от источника Е_п через гасящее сопротивление R_п. ЭДС, индуцируемая в проводниках обмотки статора, напрямую отводится во внешнюю цепь. При подключении к выводам катушки цепи нагрузки Z_н в последней возникает переменный ток I_н, величина которого зависит от величины магнитного поля электромагнита якоря, скорости изменения силовых линий электромагнита якоря относительно положения витков катушки статора, а также от количества витков в самой катушке статора. В конечном итоге переменный ток может быть преобразован в постоянный с помощью, например, выпрямителя на базе диодов.

К недостатку прототипа следует отнести необходимость обязательного наличия механического привода для перемещения полюсов N и S электромагнита якоря (его силовых линий) относительно витков катушки статора.

Общим признаком известных генераторов тока является вариация преобразования механической энергии привода катушки или электромагнита в электрическую.

Общим недостатком известных генераторов тока является необходимость наличия постоянного механического привода якорной системы.

Технический результат изобретения состоит в создании генератора тока, свободного от необходимости наличия постоянного механического привода.

Предлагаемый генератор тока содержит неподвижный контур на основе катушки, выходы которой подключены к нагрузке, а ее витки пересекаются силовыми магнитными линиями магнитной системы. Магнитная система является неподвижной относительно контура на основе катушки и реализуется конструктивно ртутным магнитопроводом, возбудителем на основе лазера накачки и нагрузкой для поглощения пульсовой энергетической волны, возбуждаемой лазером. Лазер накачки и нагрузка для поглощения пульсовой энергетической волны соответственно подсоединены к входу и выходу ртутного магнитопровода. Лазер накачки и нагрузка для поглощения пульсовой энергетической волны конструктивно вынесены за пределы контура. Управление лазером накачки осуществляется тактовым генератором через схему запуска.

Сущность конструктивного решения заявляемого генератора тока раскрывает чертеж на фиг.2.

Неподвижный контур на основе катушки (5), внешняя цепь которого подключена к выводам катушки и содержит нагрузку Z_н (в последней возникает ток I_н), взаимодействует с ртутным магнитопроводом (4). Конструктивно ртутный магнитопровод (4) может быть расположен как внутри витков катушки контура (1), так и охватывать их снаружи, например, в виде спирали Архимеда. На фиг.2 приведен пример линейного ртутного магнитопровода. К его входу подключен лазер накачки (3). Конструктивно лазер накачки (3) вынесен за пределы контура (1). К выходу ртутного магнитопровода подключена нагрузка (6), которая обеспечивает в процессе работы устройства поглощение пульсовой энергетической волны, возбуждаемой импульсом лазера накачки (3). Управление лазером накачки (3) осуществляется тактовым генератором (1) через схему запуска (2).

Общими для заявляемого устройства и прототипа являются следующие признаки:

- контур на основе катушки;

- внешняя цепь подключена к выводам катушки и содержит нагрузку Z_н (в последней возникает ток I_н).

Отличительными от прототипа являются следующие признаки:

- лазер накачки;

- схема управления лазера накачки на основе тактового генератора и схемы запуска;

- ртутный магнитопровод;

- нагрузка для поглощения пульсовой энергетической волны, возбуждаемой лазером;

- конструктивно лазер накачки подключен к входу ртутного магнитопровода и вынесен за пределы контура;

- конструктивно нагрузка для поглощения энергетической пульсовой волны подключена к выходу ртутного магнитопровода.

Работа генератора тока осуществляется следующим образом. При выработке тактовым генератором (1) через схему запуска (2) в цепь питания лазера накачки (3) исполнительного сигнала последний формирует световой импульс энергии. За счет поглощения энергии светового импульса лазера накачки (3) в ртутном магнитопроводе (4) возникает пульсовая энергетическая волна. Направленное движение пульсовой энергетической волны в ртутном магнитопроводе (4) возбуждает эквивалентную пульсовую магнитную волну. Направленно перемещаемая в пространстве пульсовая магнитная волна взаимодействует с витками катушки контура (5) и за счет явления электромагнитной индукции приводит к появлению ЭДС на ее выводах. При подключении к выводам катушки (5) цепи нагрузки Z_н в последней возникает ток I_н, величина и направление которого зависят от величины энергии пульсовой магнитной волны, скорости и направления изменения ее положения относительно витков катушки, а также от количества витков в самой катушке. Очевидно, что схема управления лазером накачки позволяет изменять мощность светового импульса лазера и менять величину энергии пульсовой магнитной волны.

Для нормального функционирования ртутного магнитопровода при высоких энергетических мощностях импульсного лазера накачки (3), а следовательно, и высокой отдаваемой мощности генератором тока, к его выходу подключена нагрузка (6) для поглощения пульсовой энергетической волны. При ее отсутствии ртутный магнитопровод может физически разрушиться из-за появления возможной противофазной, отраженной от выхода ртутного магнитопровода пульсовой энергетической волны.

Как следует из описания работы заявленного генератора тока, реализация механического привода для перемещения магнитных силовых линий относительно витков катушки контура не требуется. Эти функции реализует со своей схемой управления (1) и (2) лазер накачки (3) совместно с ртутным магнитопроводом (4) и нагрузкой (6).

Рассмотрим пример конкретного осуществления предлагаемого генератора тока.

Для проверки способа был создан макет контура на основе катушки (соленоида), внешняя цепь которого подключена к выводам катушки и содержит нагрузку Z_н=R_н=100,0 кОм. Катушка цилиндрического типа длиной 10,0 см с внутренним диаметром 5,0 мм и внешним диаметром 2,0 см содержит 3000,0 витков медного провода диаметром 0,15 мм. Линейный ртутный магнитопровод моделировался капиллярной трубкой длиной 15,0 см, наполненной ртутью (Hg). В качестве нагрузки ртутного магнитопровода использовался клиновидный материал заглушек от сверхвысокочастотных (СВЧ) волноводных систем миллиметрового диапазона длин волн. В качестве лазера накачки использовался импульсный полупроводниковый лазер с рабочей длиной волны в области инфракрасного диапазона и мощностью 10,0 мВт. На активной нагрузке R_н при импульсной последовательности запуска лазера накачки с тактовой частотой F=50,0 Гц фиксировалось импульсным вольтметром напряжение порядка 1,1 В.

Использование заявляемого генератора тока позволяет создавать автономные низковольтные источники питания, свободные от необходимости наличия постоянного механического привода и управляемые только схемой питания лазера накачки.

Генератор тока, содержащий неподвижный контур на основе катушки, выходы которой подключены к нагрузке, а витки пересекаются движущимися силовыми магнитными линиями магнитной системы, отличающийся тем, что магнитная система является неподвижной относительно контура на основе катушки, конструктивно реализуется ртутным магнитопроводом, возбудителем на основе лазера накачки и нагрузкой для поглощения пульсовой энергетической волны, возбуждаемой лазером, которые соответственно подсоединены к входу и выходу ртутного магнитопровода и конструктивно вынесены за пределы контура, при этом управление лазером накачки осуществляется тактовым генератором через схему запуска лазера.