The resonant amplifier of the active electrical power with additional voltage source. Suggestions, analysis, numerical estimates

Abstract

The problem of increasing energy saving in industry leads to the need to develop new technical devices. The paper presents and analyzes the circuit of the resonance amplifier of active electric power, evaluates the characteristics of electromagnetic processes for the fundamental substantiation of the operation of real devices based on this circuit. Mathematical analysis of electromagnetic processes taking place was carried out using strict methods of the theory of electric circuits. The advantages of this scheme in comparison with similar previous proposals are shown. The device includes four active-reactive circuits that are inductively connected. The first of them is an input circuit with a harmonic signal source that needs to be amplified. The second circuit generates enhanced reactive power in the "voltage resonance" mode. The third circuit with an additional voltage source provides reactive power output from the second circuit in the "resonance of currents" mode without adverse effects on amplification processes. The fourth circuit, inductively connected to the third circuit, contains an output load ⎼ a resistor that simulates the allocation of active power. On the basis of the analysis and numerical evaluation of the characteristics of the processes taking place in the proposed scheme of the resonance amplifier of active electric power, its basic efficiency is shown. The calculations of the experimental model made it possible to formulate recommendations for the selection of circuit elements of a working resonant amplifier with a high efficiency for low-impedance output loads. The considered real parameters of the device make it possible to minimize the dissipation of the energy of converted electrical signals and to increase the amplification factor of the electric power of harmonic currents and voltage by choosing the element base. The obtained results can be considered as practical recommendations for the creation of real devices for amplifying active electric power for use in various industries.Проблема підвищення енергозбереження у промисловості призводить до необхідності розробки нових технічних пристроїв. В роботі представлена та проаналізована схема резонансного підсилювача активної електричної потужності, проведені оцінки характеристик електромагнітних процесів для фундаментального обґрунтування роботи реальних приладів на основі даної схеми. Математичний аналіз електромагнітних процесів, що відбуваються, проводився строгими методами теорії електричних контурів. Показано переваги даної схеми в порівнянні з аналогічними попередніми пропозиціями. У складі приладу розглянуті чотири активно-реактивних контури, які індуктивно пов'язані між собою. Перший з них – це вхідний контур з джерелом гармонічного сигналу, який необхідно посилити. Другий контур генерує посилену реактивну потужність в режимі "резонанс напруги". Третій контур з додатковим джерелом напруги здійснює вихід реактивної потужності з другого контуру в режимі "резонанс струмів" без зворотного впливу на процеси підсилення. Четвертий контур, індуктивно з'єднаний з третім контуром, містить вихідне навантаження – резистор, який моделює виділення активної потужності. На основі аналізу та чисельної оцінки характеристик процесів, що протікають у запропонованій схемі резонансного підсилювача активної електричної потужності, показана її принципова працездатність. Проведені розрахунки експериментальної моделі дозволили сформулювати рекомендації щодо вибору елементів схеми робочого резонансного підсилювача з високим коефіцієнтом корисної дії для низькоомних вихідних навантажень. Розглянуті реальні параметри приладу дозволяють шляхом вибору елементної бази виключити до мінімуму розсіювання енергії перетворених електричних сигналів і підвищити коефіцієнт підсилення електричної потужності гармонічних струмів та напруги. Отримані результати можна розглядати як практичні рекомендації для створення реальних пристроїв для підсилення активної електричної потужності при застосуванні у різних галузях промисловості.