Преобразователь переменного тока в постоянный

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГ ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ, содержащий вентильный элемент, отлкчаюци с я тем, что, с целью улучшения мас .. ..а 7 согабарнтных и стоимостных показателей путем получения высокой плотности тока, вентильный элемент выполнен IB виде гиперпроводящей, преимущест- , венно из высокочистого алюминия, пластины с общим торцовым контактом со стороны подключения источника переменного тока и раздельньв«и, раз не- , сенными к боковым граням, токосъемами выпрямленного тока, соответствующими положительной и отрицательной полуволнам переменного тока, при зтом пластина расположена в магнитнем поле электромагнита, ось которого перпендикулярна к плоскости пластины и проходит через ось ее симметрии , а направление тока в обмотке возбуждения электромагнита синфазно переменному току.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) . (П) З(5!1 H 02 И 7 02 Oll,49/00.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЙ;- : .:-,М/ (Н АВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) .3476052/24-07 (22) 28.07.82 (46) 23.11;83. Бюл. 9 43 (72) В.И.Гостищев, В.Н.Хазов, А.А.Дрозд, С.Е.Демьянов и О.Н.Иазуренко (53) 621.314.6 (088.8) (56) 1. Каганов H.3I. Электронные и

". ионные преобразователи. П. -Л., ГЭИ,,ч, llf 1956, с. 18.

2. Чиженко И.N., Руденко В.С., Сенько В.И. Основы преобразовательной техники. М., Высшая школа, 1974 с .32. (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ, содержащий вентильный элемент, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения массогабаритных и стоимостных показателей путем получения высокой плотности тока, вентильный элемент выполнен в виде гиперпроводящей, преимущественно из высокочистого алюминия, пластины с общим торцовым контактом со стороны подключения источника переменного тока и раздельньвли, разнесенными к боковым граням, токосъемами выпрямленного тока, соответствующими положительной и отрицательной полуволнам переменного тока, при этом пластина расположена в магнит .ном поле электромагнита, ocb которо,го перпендикулярна к плоскости пластины и проходит через ось ее симметрии, а направление тока в обмотке Е возбуждения электромагнита синфазно ..переменному току.

1056395

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может применяться в источниках питания в качестве выпрямительного устройства.

Известны устройства для выпрямления Переменного тока с помсщью электронно-вакуумных ламп (кенотронов), газотронов, ртутных ламп, твердотель— ных полупроводников, электроконтактных элементов, в основе которых лежит использование вентильных эффектов различной физической природы в специальном рабочем элементе, включаемом в цепь выпрямляемого тока, в результате чего осуществляется раз- 15 деление;тока на прямую и обратную составляющие (13.

Недостатками устройств являются малая надежность, характерная прежде всего для электроконтактннх устройств, 20 и сравнительная слаботочность,что накладывает труднопреодолимые ограни- чения на величину рабочего тока.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является преобра- 75 зов атель переменного тока. в постоянный, выполненный на основе полупроводниковогQ вентнльного элемента (диода),. 12 J.

Этот преобразователь хотя и обеспечивает высокую надежность и допускает существенно более высокие плотности тока, тем не менее ограничен суммарными токовыми нагрузками порядка 200 — 500 A (на единичный элемент), и при использовании в силь- ноточных (с уровнем токов 1000-

10000 A) системах должен комплектоваться в.громоздкие блоки, что приводит к ухудшению массогабаритных 40 показателей и повышает стоимость оборудования.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных и стоимостных показа.телей путем получения высокой плотч: 45 ности тока.

Эта цель достигается тем, что в преобразователе переменного тока в. постоянный, содержащем вентильный элемент, укаэанный элемент выполнен в виде гиперпроводящей, преимущественно из высокочистого алюминия, пластины с общим торцовым контактом со стороны подключения источника переменного тока и раздельными, разнесенными к боковым граням, токосъемами выпрямленного тока, соответствующими положительной и отрицательной полуволнам переменного тока, при этом пластина расположена в магнитном поле электромагнита, ось которо- 60 го перпендикулярна к плоскости плас,тины и проходит через ось ее симметрии, а направление тока в обмотке возбуждения электромагнита синфазно переменному току. 65

На фиг. 1 представлена схема уст.ройства с диаграммами, поясняющими его работу; на фиг. 2 и 3 — пояснение механизма возникновения эффекта получения высокой плетности тока.

Преобразователь (фиг. 1) содержит обмотку 1 электромагнита, его

:сердечник 2 с конусным полюсным наконечником. Ось электромагнита пер-! пендикулярна к плоскости, пластины 3, охваченной криостатом 4. K торцовому контакту 5 подключен источник 6 переменного тока (генератор) .К токосъ йам 7 и 8 подключены йагрузки 9 и 10, питаемые постоянным током разной полярности. Ток в обмотке возбуждения электромагнита возбуждается от источника 11 (генератора), и направление этого тока синфазно направлению тока от источника 6.

В основу работы устройства положен эФфект Б -образного шнурования тока в гиперпроводнике, помещенном в сильное эффективное неоднородное нарастающее-спадающее по величине поперечное магнитное поле, причем так, что на участке нарастания поля линии тока смещаются перпендикулярно полю к одной из боковых граней проводника, а на участке спадания— к противоположной. Для иллюстрации этого эффекта на фиг, 2 представлена диаграмма распределения дрейфовой составлякщей плотности тока по сечению образца высокочистого (гиперпроводящего) алюминия при Т=4,2 К с относительньм сопротивлением р273/у4,2 19000 нормально направлению магнитного поля Н напряженностью до 47 кЭ при уровне неоднородности поля 0,8%/см.

Процесс стягивания тока в шнур усиливается при увеличении неоднородности магнитного поля и повышении величины эффективного.-поля, т.е. произведения напряженности фактического магнитного поля на коэффициент снижения электросопротивления гиперпроводников по сравнению с обычнык уровнем.

Облегчается он также в так называемых нескомпенсированных металлах (с неравными электронными и дырочными объемами) и металлах, имеющих. зам кнутую поверхность Ферми, примером которых являются алюминий и индий.

На транспортный ток в пластине 3, помещенной в поперечное магнитное поле, действует сила Лоренца (Ампера), в результате. чего в ней возникает перпендикулярная этому току и полю от электромагнита ЭДС Холла и, соответственно, ток Холла.

В неоднородном магнитном поле ЭДС

Холла также неоднородна, в силу чего вдоль проводника, в обе стороны от центра магнитного поля, возникают уравнительные токи Холла, также отклоняемые силой Лоренца, в результате

1056395

Лд 4Ю чего образуются два симметрично расположенных вихря тока Холла с проти. воположным вращением.

В металле с малым сопротивлением, примером которого является высоко чистый алюминий при температуре жидкого гелия (его сопротивление ниже, чем у обычных проводников, в 10000— . 20000 раз), и в поле с большой индукцией тока Холла велик и сравним с транспортиров током, и их алгебраическое суммирование дает эффект воз никновения 5-образного шнура транспортного тока.

При изменении направления магнитного поля шнур тока зеркально отоб- 15 ражается, что и положено в основу работы устройства (фиг. 3) . Это позволяет реализовать эффект выпрямления переменного (по направлению) тока путем синхронизации изменения 2П направлений тока в гиперпроводящей пластине, выполняющей в данном случае роль своеобразного электрического вентиля или, что точнее, электрического

Разделителя-сепаратоРа, и в управляю- 75 щей обмотке возбуждения электромагнита.

Выделение прямой и обратной составляющих тока может быть обеспечено, например,трехэлектродной контактной Зр системой, состоящей из одного общего (по всему торцу) контакта 5 и двух разнесенных к бокам с противополож-. ной стороны пластины контактов — токосъемов 7 и 8 выпрямленных токов, выделяемых в соответствующих нагрузках.

На фиг. 1 h даны диаграммы токов в основаных .элементах устройства (генераторе 6 рабочего тока, генераторе 11 питания обмотки электромагни- 4() та, цепях нагрузок 9 и 10) . Очевидно, что электромагнит может запитываться и из основной рабочей цепи, а также могут использоваться любые другие способы. 4S Предпочтительным материалом выпрямительного элемента является высокочистый алюминий, в частности промышленно выпускаемый алюминий особой чистоты А999 1 ОСТ 11069-74 ТУ

48-5-24-72 чистотой 99,999Ъ, электросопротивление которого при охлаждении до температуры жилкого гелия Т=

R,2 К снижается до р4,2 4 10 0м см, что более чем в 7000 раз ниже обычного уровня (практически отмечаются. значения f 293/ 4,2=7000-20000) . Необходимое для создания эффекта шнурования тока сильное магнитное поле должно иметь порядок 10-30 кЭ(этому соответствует известное физическое условиеЖЪ1,где (0 циклотронная частота; Т вЂ” время бесстолкновительного движения электрона) .

В случае алюминия желательная неоднородность магнитного поля должна быть не менее 1% на 1 см длины. =to легко достигается особенно за счет подбора соответствукщей конфигурации сердечника магнита, прежде всего его полюсных наконечников. Ширина гиперпроводящей выпрямительной пластины должна быть существеннэ больше длины свободного пробега электронов. В частности можно рекомендовать следущие размеры: ширина 5 мм, длина 25 мм, толщина 0,5 мм.

Малые размеры выпрямительного элемента облегчает его криостатирование при уровнях температур жидкого гелия или водорода (неона), наиболее целесообразных для практики. Этим определяется и компактность устройства в целом и небольшие затраты энергии на его работу. В то же время выпрямляемые токи могут быть крайне велики— на уровне килоампер, при устойчиво поддерживаемых плотностях(1-5 кА/мм )..

Основные области применения подобного выпрямителя .— сильноточные цепи и прежде всего гиперпроводящие и сверхпроводящие системы. Отсутствие изнашивающихся или стареющих элементов определяет его высокую надежность. Дополнительные достоинства — простота технического выполнения н слабая чувствительность к внешним воздействиям. Коэффициент выпрямления составляет 0,95.

1056395

Составитель Е.Мельникова

Редактор А.Щишкина Техред И.Асталош

КоРРек тоР Г. Решет н ик

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Заказ 9334/53 Тираж 687 ц 1Ищщ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., д.4/5