Frolov transformator

        Если первичная катушка имеет форму соленоида, а вторичная — форму плоской спиральной катушки, то их магнитные поля ортогональны: у соленоида поле осевое, а у спирали — радиальное. Обычная реакция на подключение нагрузки к выводам плоской катушки выражается в виде увеличения тока потребления трансформатора. За счет асимметрии полей удается получить значительное уменьшение данной реакции. В эксперименте был использован генератор 3-8 КГц, плоская катушка размером 60х60 мм, 20 витков. Соленоид намотан на прямоугольном каркасе проводом 0.8 мм таким образом, что спиральная катушка находится внутри соленоида и делит его пополам. Получен коэффициент асимметрии мощности около 10, то есть реакция на подключение нагрузки в 10 раз меньше, чем в обычном трансформаторе. Увеличить данный коэффициент можно за счет увеличения числа витков плоской катушки, так как уменьшится осевая (соленоидальная) компонента поля, создаваемая крайними витками.

    Мощность во вторичной обмотке данной схемы не является неограниченной, и она зависит от величины и частоты изменения магнитного потока. В резонансном состоянии трансформатора, как показал Н.Тесла, эффективность системы значительно возрастает.

Это рисунки из моей книги «Новые источники энергии»

Схема вполне работоспособная, мне иногда сообщают об успешных результатах экспериментов. Например, недавно 5 октября 2013 года авторы из Ростова на Дону сообщили по телефону, что их измерения показали коэффициент усиления в этой схеме  4 к 1. При обсуждении возможностей коммерциализации и совместного патентования со мной, он уверенно заявил что он нашел эти идеи у Тесла. Интересно, как люди меняются…
 В общем, тема рабочая и я ищу партнеров для ее развития. Мощность генераторов данного типа может быть любая.  

Патент US 593138 Электрический трансформатор (вариант перевода) — Патенты

Параметрический метод управления трансформатором с повышенным КПД

Параметрический метод управления трансформатором с повышенным КПД

Что будет, если в резонансной цепи скачком изменять индуктивность катушки? Или, как будет передаваться энергия, если быстро насыщать её сердечник? Может ли безиндуктивная катушка работать трансформатором? На эти вопросы поможет ответить предлагаемый ниже эксперимент.

Второй особенностью схемы является обмотка L3 на которую мы будем подавать короткие импульсы через ключ VT1. По своей энергетике эти импульсы относительно маломощные и могут обеспечить только 5-10% мощности нагрузки. В начальном состоянии L1 и L2 не влияют на L3, поэтому с неё помощью мы будем производить параметрическое изменение индуктивности TV1, а саму обмотку назовём управляющей (коллекторной). С L4 будем снимать мощность и через диодный мост VD2 подавать в нагрузку HL1-HL4.

Параметрический трансформатор

Вы можете придумать свой собственный TV1 согласно описанной ниже методике. Каркас, на который будут наматываться катушки, делится пополам. По часовой стрелке, до середины наматывается L1, меняется направление на «против часовой», и до конца каркаса мотается L2. Таким образом получаем две встречно намотанные катушки. L3 и L4 наматываются на одной и на другой половинке каркаса поверх, соответственно, L1 и L2. Направление — не принципиально. Если длина намотки L1 + L2, к примеру, 12 см, то длина намотки катушек L3 и L4 — по 6 см. В качестве сердечника применяем феррит либо трансформаторную сталь.

У автора данные получились следующие. Каркас — под ферритовый стержень диаметром 10 мм. Длина намотки L1 + L2 — 12 см, диаметр провода всех катушек одинаковый — 0.6 мм.

Нагрузка

В качестве нагрузки в схеме можно применять лампочки накаливания на 12V, 5..10W (две-три, соединённые последовательно). Хорошие результаты показали и десятиваттные светодиодные матрицы GBZ-10W рассчитанные на 12V питания каждая. Их нужно соеденить 4 штуки последовательно, как на схеме.

Общий подход такой: чем выше нагрузка, тем больше должна быть ёмкость C, и тем больше — напряжение питания.

Особенности генератора

Транзисторы для выходных ключей могут быть любыми мощными быстродействующими MOSFET-ами, например, IRF3205 или IRFP460. Максимальное напряжение сток-исток должно быть у них не менее 55V.

Диод VD1 — Шоттки, с максимальным обратным напряжением не менее 100V; пример — MBR10100.

Настройка схемы

Этот этап является самым интересным: нам необходимо будет «поймать» момент, когда при той же выходной мощности, входная станет меньше на 35-40%. Но сначала нужно определить резонансную частоту контура CL1L2 (выше на схеме). Для этого, отключив пока ключ VT1 нужно добиться максимума амплитуды на L1L2. Пик будет очень резким, но нам это сейчас и не важно, т.к. общая резонансая кривая потом станет куда более пологой.

Чтобы получить отностительно короткий импульс на управляющей катушке подключите VT1, а в генераторе GG замкните четвертый сверху контакт переключателя SA4. Комбинацией контактов переключателя SA3, который сдвигает фазу сигнала на VT1 относительно VT2-VT3, мы должны будем получить пик этого импульса на верхушке синусоиды в L1L2. Нам нужно добиться максимального свечения свтодиодов HL1-HL4, причём на втором максимуме. Первый, на более низкой частоте, принадлежит контуру CL1L2, а мы должны настроиться чуть выше. При этом яркость лампочек не изменится, а вот мощность потребления схемы снизится на 35-40%.

Ещё одним индикатором разделения первого и второго резонансного максимума при настройке частоты может служить появление резкого высокочастнотного писка: при вращении ползунка R2 в сторону более низкой от него частоты получаем первый максимум, в сторону большей частоты — необходимый нам второй максимум.

Управление

После вышеописанной настройки можно переключатель SA5 перевести в нижнее положение, что позволит плавно менять яркость светодиодов резистором R7. Он изменяет скважность импульсов в пачке, что позволяет регулировать параметры управляющей обмотки. К слову, на эту обмотку подаются относительно маломощные импульсы, которые управляют куда более мощной нагрузкой, что может быть интересно как в теоретическом, так и в практическом плане.

Ещё один вариант включения трансформатора

Удачным с точки зрения КПД и эффективности управления нагрузкой оказался и нижеприведенный вариант включения параметрического трансформатора TV1. Это включение отличается тем, что здесь катушки L1L2 стали съёмной обмоткой, а L4 — индукторной.

Внимание! Нужно быть осторожным при проведении подобных экспериментов. В некоторых случаях, при подаче управляющего импульса, феррит не просто раскалывается, а взрывается и выстреливает подобно пушке Гаусса.

Симметрирующий трансформатор. Устройство и работа. Применение

В идеале напряжение в трехфазной сети между каждой из фаз и нулевым проводником равно 220 В. Но, при подключении к фазам сети разных потребителей, которые различаются по величине и характеру, появляется перекос фаз. Если бы при подключении нагрузок обеспечивалось равенство сопротивлений потребителей, то и проходящие через них токи были бы одинаковыми. В результате того, что токи на фазах не равны, в нулевом проводнике появляется уравнительный ток и напряжение смещения.

Напряжения на фазах изменяются между собой, и возникает перекос фаз, следствием которого становится повышение расхода электрической энергии и неправильное функционирование потребителей, которое приводит к отказам, сбоям и быстрому износу изоляции.

Для трехфазных автономных источников энергии перекос фаз может привести к разным неисправностям механизмов. В результате может возрасти расход топлива и масла на приводном двигателе, а также жидкости для охлаждения генератора. Эти неисправности приводят к повышению расходов на электричество, расходные материалы.

Не всегда, получается, рассчитать токи потребителей на фазах, чтобы выровнять их напряжения. Поэтому для предотвращения отрицательных последствий используют симметрирующий трансформатор, который выравнивает напряжения на фазах.

Устройство и принцип работы

Симметрирующий трансформатор монтируется в стационарном исполнении. Выводы к нагрузке и сети обычно размещены на нижней панели. Для намотки катушек трансформатора используют только медные провода. Обмотки имеют гальваническую развязку, то есть, не имеют между собой электрического соединения. На входе в устройство устанавливается электрический автомат, позволяющий обеспечить защиту трансформатора от короткого замыкания и чрезмерных нагрузок. Трансформатор имеет индикаторы присутствия напряжения на выходе.

Первичная и вторичная обмотки трехфазного трансформатора соединены по схеме звезды. В них включена вспомогательная симметрирующая обмотка, охватывающая первичную высоковольтную обмотку трансформатора. Эта обмотка спроектирована таким образом, чтобы она могла выдержать продолжительный ток нагрузки трансформатора при работе в номинальном режиме на одной фазе. Вспомогательная симметрирующая обмотка включена в разрыв нулевого проводника трансформатора.

При появлении уравнительного тока в нулевом проводнике вследствие несимметричной нагрузки, магнитные потоки обмоток в магнитопроводе компенсируются противоположными потоками вспомогательной обмотки. В итоге перекос напряжений на фазах полностью исчезает.

Схема подключения обмоток для выравнивания фаз изображена на рисунке.

Энергетические параметры симметрирующих трансформаторов ввиду добавления вспомогательной обмотки практически не изменяются, однако заметно уменьшаются потери электрической энергии в сети. При возникновении перекоса напряжений на фазах происходит их выравнивание.

Эксперименты и исследования ученых показали, что при соответствующем расчете числа витков рабочих и вспомогательной обмоток, напряжение на вспомогательной обмотке трансформатора при номинальном токе в нулевом проводнике становится равным фазному напряжению. При этом симметрирующая обмотка выравнивает электродвижущую силу до нулевой величины.

Симметрирующий трансформатор значительно уменьшает сопротивление нулевой последовательности трансформатора. Это позволяет значительно повысить ток короткого замыкания на фазе, что стало основным достоинством симметрирующих устройств, из-за легкой и надежной регулировки релейной защиты и ее работы при коротком замыкании.

Разрушающее действие повышенного тока короткого замыкания, возникшего на одной фазе, такого выравнивающего трансформатора намного ниже, в отличие от тока короткого замыкания при отсутствии компенсирующей обмотки, так как этот разрушительный несимметричный поток полностью компенсируется.

Если рассмотреть, как работает симметрирующий трансформатор при подключении несимметричной нагрузки на одну фазу, то видно, что максимальная нагрузка на фазу равна третьей части от трехфазной мощности источника энергии.

После включения мощной нагрузки на одну фазу возникает перекос фаз, поэтому возрастает вероятность выхода из строя подключенных к источнику потребителей нагрузки. Если мощность потребителей возрастет на треть от мощности источника, то трансформатор может выйти из строя.

На рисунке видно, что максимальная нагрузка на фазу может быть равной половине трехфазной мощности источника. Однако, источник будет воспринимать нагрузку, распределенную равномерно по всем фазам.

Применение симметрирующего трансформатора позволяет снизить мощность генератора, при этом к нему будут подключены такие же по мощности приемники, как и без дополнительной обмотки. Для источника электричества нагрузка будет распределенной по фазам равномерным образом.

Как используется симметрирующий трансформатор

Такое устройство широко используется в различных областях:

• В работе жилищно-коммунального хозяйства.
• На садовых и дачных участках.
• В промышленном производстве на станках с программным управлением.
• В военной технике.

Симметрирующие трансформаторы располагают между потребителями нагрузки и источником электрической энергии.

Виды схем

• Симметрирующий прибор с 3-фазным трансформатором включает три обмотки. Вторая обмотка соединена с четвертой по последовательной схеме, а со второй на других магнитопроводах зигзагообразно. Общее количество витков 1-й и 3-й обмотки такое же, как во 2-й обмотке. Эффективное функционирование симметрирующего устройства создается с помощью уменьшения сопротивления протекающим токам нулевой последовательности. Это намного повышает надежность функционирования при возникновении аварии. Между нулевым выводом N2 и N1 в схему подключены тиристорные ключи (6,7), сопротивление (10) и стабилитроны (8,9) для подсоединения фазных нагрузок.

• Эта схема состоит из:
  — магнитопровод 1, состоящий из трех стержней;
  — первичная трехфазная симметричная обмотка 2 с сетевым питанием;
  — вторичная обмотка 3, подключенная тремя лучами зигзага.Особенностью такой схемы является отсутствие тока нулевой последовательности во время любых режимов. Симметрирующий трансформатор наиболее надежен и прост в устройстве.

Симметрирующие устройства могут снижать потери электроэнергии путем падения амплитуд колебаний, падения сопротивления, что увеличивает ресурс работы источников энергии в сетях, в которых возникли перекосы фаз. Такие устройства служат для увеличения надежности работы автономных бензиновых генераторов и различных потребителей энергии при перекосах фаз. Подобные устройства позволяют рационально использовать электростанции с небольшой мощностью.

Похожие темы: