2019 május 23 - csütörtök

2.4.15.2. Hatékony energiaátalakító kapcsoló cső

Az itt következő oldalon Edvin Gray 4,661,747 lajstromszámú, 1987. április 28.-án elfogadott szabadalmával ismerkedhetsz meg.

A találmány háttere

Jelen találmány az elektromos meghajtók és átalakítók csoportjába, még pontosabban az induktív terhelést meghajtó rendszerek jelentősen feljavított és sokkal hatékonyabb csoportjába tartozik.

A találmány ismertetése

Jelen találmányt sokféle variációban használhatjuk, a rajzokon feltűntetett megoldás csak egyike a lehetséges megoldásoknak.

Az ismertetésre kerülő elektromos meghajtó rendszer az alacsonyfeszültségű áramforrás, pl. egy akkumulátor energiáját nagyfeszültségű, nagy áramerősségű impulzusokká alakítja, melyek az induktív terhelésen nagyon jó hatásfokon végeznek munkát. A feljavított hatásfok tovább növelhető azáltal, hogy az induktivitásban felhalmozott, de a mechanikai munkavégzés során nem felhasznált energiát visszavezetjük az eredeti kisfeszültségű energiaforráshoz vagy akár más fogyasztókat is táplálhatunk vele.

Az imént említett eredmények azáltal érhetők el, hogy megcsapoljuk a nagy intenzitású szikrakisülés "elektrosztatikus", vagy "impulzus" energiáját, melyet egy direkt erre a célra megszerkesztett kapcsoló átalakító csőben hozunk létre. Ez a cső tartalmaz egy alacsonyfeszültségű anódot, egy nagyfeszültségű anódot és egy vagy több "elektrosztatikusságot" vagy töltést összegyűjtő vevőt. Ezek a gyűjtők adott fizikai méretekkel rendelkeznek és megfelelő módon helyezkednek el a csőben, aminek köszönhetően közvetlen kapcsolat van a méretek és a cső működése során felhasznált energia között.

Az alacsonyfeszültségű anód egy ellenállással rendelkező alkatrésszel van egybeépítve, mely szabályozza az energiaforrásból felvett áram nagyságát. Ez az alacsonyfeszültségű anód az áramforráshoz egy mechanikai kapcsoló vagy tranzisztor vezérlésű pulzáló áramkör segítségével kapcsolódik, mely a csőben létrejövő energia kisülési idejét szabályozza. A nagyfeszültségű anód a hozzá kapcsolódó áramkör által előállított nagy potenciálhoz kapcsolódik. Az energiakisülés a csövön keresztül akkor jön létre, mikor azt a külső áramkör lehetővé teszi. Ezt a rövid idejű, nagyfeszültségű és nagyáramú energiaimpulzust a csövön belül található "elektrosztatikus" rendszer gyűjti össze, majd átadja az induktív kimeneti terhelésnek.

Az elektromos energia mechanikai energiává történő átalakításának hatásfoka növekszik, ha megfelelően időzítve és megfelelő periódusidővel juttatjuk az elektromos energiát a terhelésre.

További hatásfok növekedést érhetünk el azáltal, ha az induktív terhelés által generált energia jelentős részét "elkapjuk", mikor a hasznos energiamező leépül. Ez az energia rendszerint hő formájában eldisszipálódik a fogyasztón, ez viszont ellentmond a mi energiamegtakarítási törekvéseinknek.

Jelen találmány két tulajdonsággal rendelkezik. Az elsőt akkor figyelhetjük meg, mikor energizáljuk a tekercset. A tekercs ellentétes irányú erőt fejt ki, mely fékezi a tekercsbe vezetett energia áramlását.

A hagyományos kapcsolásokban, ahol váltakozó áramot vezetünk az induktív terhelésbe mechanikai munkavégzés céljából, a tekercs a hasznos munkát az energiabevezetés megszűntetése előtt végzi. A további energiabevitel ezért csak veszteséget okoz.

A korábbi törekvések, melyek arra irányultak, hogy az induktív terhelés csak a szükséges pillanatban kapja meg az energiát, eléggé le voltak korlátozva a nagy áramok miatt.

Jelen találmány másik tulajdonsága akkor figyelhető meg, mikor az energizáló áramot lekapcsoljuk a tekercsről. Ahogy az áram lecsökken, a tekercs egy ellentétes irányú mágneses mezőt generál, mely a csökkenő áram ellenében hat. Ezt más szavakkal úgy mondhatjuk, hogy a tekercs energiaforrásként lép fel. Ez a generált plusz energia korábban elveszett, mivel nem volt lehetőség ezt eltárolni.

Jelen találmányban egy nagyfeszültségű, nagyáramú, rövid idejű energiaimpulzust adunk a tekercsre az átalakító csövön keresztül. Ez a cső arra is alkalmas, hogy a szikraközben létrejövő kisülés energiáját is hasznosítsuk anélkül, hogy ez a hagyományos áramköri elemek meghibásodását okozná.

Jelen találmány azt is lehetővé teszi, hogy a nagyáramú áramimpulzus megszűnésekor keletkező önindukciós áramlökés energiáját is hasznosítsuk. Az áram hirtelen megszűnése az ívkisülés leállása miatt jön létre. Az ekkor keletkező feszültség csúcsot egy kondenzátor gyűjti össze, amit aztán a másodlagos akkumulátorra vezetünk.

Egy újszerű, de nem az egyetlen lehetséges áramköri megoldást alkalmazunk az energia kapcsolgatására. Az áramkört úgy lehet elrendezni, hogy az előre meghatározott időkben kapcsoljon be és ki. Ezt kísérletekkel lehet meghatározni, vagy valamilyen vezérlővel lehet inicializálni.

Az 1. ábrán a rendszert 10 ismertetjük részletesen.

Gray_cso_1_5 2.4.15.2. Hatékony energiaátalakító kapcsoló cső

1. és 5. ábra.

Az átalakító cső 14 nagyfeszültségű anódjára 12 a potenciált a kondenzátoron 16 keresztül juttatjuk. Ezt a feszültséget a kisfeszültségű akkumulátorból 18 vett kis árammal állítjuk elő, melyet a vibrátor 20 szaggat meg. A vibrátor által megszaggatott jelet a transzformátorra 22 vezetjük. A trafó menetszám aránya úgy van megválasztva, hogy az egyenirányító hídra 24 jutó feszültség optimális legyen. Az egyenirányító kimenetén nagyfeszültségű impulzusok sorozata jelenik meg.

Az ismétlődő nagyfeszültségű impulzusok a kondenzátorra 16 jutnak, ahol nagyfeszültségű és nagy töltésű energia gyűlik össze.

Az átalakító cső vezérlését egy kommutátor 26 végzi, melynek tengelye mentén pár kontaktus van sugárirányban elhelyezve. Ehelyett lehet alkalmazni tranzisztorokat is vagy akármilyen szerkezetet, mellyel az időzítés megoldható. A kommutátor és az átalakító cső között található egyirányú energiaáramot biztosító szerkezet 28 megakadályozza, hogy a nagy energiák a kommutátor csatlakozóinál szikrázzanak. Mikor a kapcsoló cső zárva van, akkor az áram a feszültségforrásból 18 az ellenálláson 30 és az alacsonyfeszültségű anódon 32 keresztül folyik. Ez a kapcsoló csövön 14 belül nagy energiájú kisülést eredményez.

A nagyenergiájú impulzus energetikai tartalmát elektrosztatikusan gyűjti össze a csőben lévő átalakító háló 34. Ezt az elektrosztatikus töltést (lásd a 2. ábrán) a csatlakozón 60 keresztül vezetjük az induktív terhelésre 36, ahol ez erős elektromágneses mezőt indukál.

Gray_cso_2 2.4.15.2. Hatékony energiaátalakító kapcsoló cső

2. ábra.

Ennek az elektromágneses mezőnek az intenzitása nagyon nagy, mivel magas feszültség jön létre az elektrosztatikus hálóban, melyet nagyon rövid idő alatt sütünk ki energia impulzus formájában. Ha az induktív terhelést mágnesesen kapcsoljuk egy mechanikai terhelésre, akkor erős indító nyomaték keletkezik, melyet hatékonyan használhatunk fizikai munkavégzésre.

Az átalakító csőben az energia impulzus (ívkisülés) megszűnésével az induktív terhelés lekapcsolódik, ami lehetővé teszi az induktivitás körüli elektromágneses mező leépülését. Ez a leépülő elektromágneses mező ellentétes polaritású és nagyon magas értékű feszültséget indukál, melyet a második kondenzátor 38 gyűjt össze és vezet egy külső fogyasztóra vagy egy másodlagos akkumulátorba 40 töltőáramként. Az akkumulátorra 40 jutó töltőáram mennyiségét a kapcsolás első fázisában, azaz a kisüléskor létrejövő energia és az abból mechanikai munkára elhasználódott energia különbsége adja meg.

Az áramkörben található szikraköz védő berendezés 42 célja megvédeni az induktív terhelést és az egyenirányítót a rendkívül nagy kisülési áramoktól. Ahogy az áramkörben a feszültségek meghaladják a fizikai méretek által meghatározott maximálisan megengedett értékeket, a fölös energia a védő berendezésen keresztül az áramkör földelésébe disszipálódik.

A diódák 44 és 46 az átalakító cső triggerelésekor megjelenő energialökéseket vezetik el. A kapcsoló 48 lehetővé teszi, hogy az elsődleges és másodlagos akkumulátorok funkciót válthassanak. A kapcsolások közötti időt az alkalmazott kapcsolócső paraméterei határozzák meg. Ez az átkapcsolás történhet manuálisan vagy automatikusan.

A 2. 3. és 4. ábrák az átalakító cső 14 mechanikai kialakítását mutatják.

Gray_cso_3 2.4.15.2. Hatékony energiaátalakító kapcsoló cső

3. ábra.

Gray_cso_4 2.4.15.2. Hatékony energiaátalakító kapcsoló cső

4. ábra.

A külső ház 50 bármilyen szigetelőanyagból készülhet, pl. üvegből. Az anódok 12 és 32 és a hálók 34a és 34b biztonságosan fel vannak rögzítve szigetelő távtartókkal 54 és 56. Az átalakító cső csúcsáramát szabályozó ellenállást 30 az alacsonyfeszültségű anód körébe kötjük. Ez az ellenállás lehet egy darabból vagy több ellenállás megfelelő bekötésével is kialakítható.

Az anód anyaga mindkét anódnál ugyanaz lehet, de lehet különböző is. Az elektrosztatikus háló anyaga és formája is változhat az alkalmazott feszültség, áram és energia függvényében.

A feltaláló meg van győződve arról, hogy az átalakító cső alkatrészeinek anyagát helyesen megválasztva a kívánt elméleti hatás elérhető. Ezen anyagok kiválasztása bőven az intenzív kutatás és fejlesztés határain belül van.

A fentebb ismertetett megoldás egy változata, mikor akkumulátor helyett hálózati váltakozó feszültséget használunk. Ezt mutatja az 5. ábra. A hálózati feszültség lecsökkentését a 66 transzformátor, az átkapcsolást pedig a 64. kapcsoló végzi.

Az angol nyelvű szabadalmat itt olvashatod.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás