Трансгенератор громова – Схема генератора с самозапиткой: собираем трансгенератор своими руками

Трансгенератор магнитного поля Андрея Мельниченко

Знаменитые опыты Фарадея — вращение магнита относительно катушки с проводом и вращение катушки с проводом в магнитном поле — в учебниках описаны подробно. Но есть и ряд важных физических особенностей электромагнитного преобразования энергии, на которые мало кто обращает внимание.

Рассмотрим пример. Магнит дви­жется линейно (или вращается) относительно катушки из про­вода. Изменяющееся магнитное поле создаёт индуцированное вихревое электрическое поле, наводящее ЭДС индукции в витках (ЭДСi). Подчерк­нём, что вихревое электрическое поле сопровождает любой движущийся маг­нит. В катушке без ферромагнитного сердечника вся ЭДС в витках создаётся изменяющимся нолем магнита (и толь­ко им). А если эту катушку замкнуть на нагрузку? По ней пойдёт ток. Магнит­ное поле тока будет тормозить магнит. Это, можно сказать, классическое электро­механическое преобразование энергии. Важно отметить, что в данном опыте ВСЁ магнитное поле, индуцирующее ЭДС в витках катушки, идёт только от магнита (без учёта самоиндукции).

В другом опыте магнит движется уже относительно катушки с ферромагнит­ным сердечником. При этом магнит намагничивает сердечник при приближении, а при удалении магнита ферро­магнитный (а также из любого куска железа, стали, феррита) сердечник раз­магничивается. Поскольку магнитная проницаемость ферромагнетика во много раз больше воздуха, то большую часть ЭДС в витках катушки уже наво­дит не само поле магнита, а поле ферро­магнитного сердечника. Роль магнита сводится к созданию ноля.

Но только ли с магнитом связано поле ферромагнитного сердечника? От­нюдь! Значительная часть магнитного поля замкнута вокруг сердечника по воздуху, вообще минуя магнит! Полу­чается, что переменное магнитное поле железного сердечника индуцирует вих­ревое электрическое поле. А магнитное и электрическое поля совместно обра­зуют поток энергии, характеризуемый так называемым вектором Пойнтинга (S=ExH), этот поток энергии уже ни­как не связан с первоисточником маг­нитного поля — постоянным магнитом. Вообще вокруг любого куска железа, когда мимо проносят магнит, «волшеб­ным» образом возникает своё электро­магнитное поле, и поток энергии, уже не связанный с первоисточником на­магничивающего поля! Также важно, что в самом постоянном магните ника­кая ЭДС пе действует, что невозможно в катушке из провода с током. Магнит­ные моменты электронов, спины элек­трона в постоянном магните это своего рода квантовые (назовем их так) токи, которые не реагируют ни па какие вих­ревые электрические поля. Спин элек­трона умозрительно можно уподобить эдакому вечно вращающемуся с одной и той же постоянной скоростью заря­женному шарику, который невозможно ни остановить, ни замедлить его враще­ние… Чем не «квантовый», своего рода, двигатель, совершающий в магните работу по намагничиванию куска же­леза вообще без каких-либо затрат па преодоление ЭДС?. В катушке из про­вода с током, если её поднести к железу, такой фокус бы уже не «прокатил»…

На эти фантастические проявления магнетизма почему-то мало обращала внимания традиционная электродина­мика. Ведь по канонам закона сохране­ния энергии абсолютно ВСЯ энергия электромагнитного поля движется от источника к приёмнику, излучается в пространство или рассеивается в виде потерь в среде. А уже в этих простень­ких опытах с магнитом и любым кус­ком железа неким чудесным образом возникают потоки энергии, идущие в сердечник и из него, и как бы факти­чески из «ниоткуда»… Если точнее, то дополнительный поток энергии идёт, входит и выходит как бы от самой по­верхности ферромагнетика, куска же­леза.

Из курса физики, напомним, известно, что переменное магнитное поле маг­нита И (В) и вихревое электрическое поле Е вместе образуют вектор Пойитинга S=EH=EB, где H — напряжён­ность магнитного поля, а В — индукция. Важно отметить, что магнитное ноле токов Н и магнитное поле собственно ферромагнетика — индукция Bi, не­смотря па кажущееся внешнее сходс­тво, в корне отличаются по природе своего носителя, свойствам и структу­ре. В принципе поле ферромагнетика надо правильнее называть не просто магнитным, а ФЕРРОМАГНИТ­НЫМ полем. В физике традиционно этого важного различия для «просто­ты» не делают, хотя во многих случа­ях оно принципиально важно и необ­ходимо для разделения и понимания физических процессов. Ферромагнитное ноле, как и обычное магнитное поле Н, при изменении В об­разует вихревое электрическое поле и вектор Пойнтинга. А вектор Пойнтинга через какую-либо поверхность образует поток энергии. В данном случае поток энергии от магнита в катушку. Важно отметить, что потоки энергии, связан­ные с вектором Пойнтинга, это не некая чисто теоретическая модель процессов и математическая условность, а вполне реальные существующие в простран­стве потоки энергии. Именно эти по­токи и переносят энергию. Теорема Пойнтинга, например, очень хорошо описывает такие энергетические потоки при передаче электроэнергии ВДОЛЬ проводов, в электромагнитных волнах, всех прочих электромагнитных систе­мах, а также и энергетические потоки внутри всех устройств в электротехни­ке: генераторах, трансформаторах, элек­тромоторах и прочем. С точки зрения потоков энергии есть вектор Пойнтинга и связанный с ним поток энергии, иду­щий от магнитов в катушку с нагруз­кой. С ортодоксальной точки зрения понимания электромагнетизма — чудес пока никаких.

Теперь вставим в катушку ферро­магнитный сердечник (ферритовый, стальной и пр.). В этом случае боль­шую часть ЭДСi в обмотке создаёт уже не само поле магнита, а магнитное поле Bi ферромагнитного сердечника. При этом магнитное поле ферромагнитного сердечника большей частью замкнуто по воздуху вокруг сердечника и лишь частично замкнуто через магнит (и взаи­модействует с ним). То есть большая часть этого поля «железа» сердечника вообще замкнуто вокруг сердечника, минуя магнит. Но при этом важно по­нять, что ВСЁ магнитное поле ферромагнитного сердечника создаёт ЭДС в витках катушки. С точки зрения потоков энергии вокруг ферромагнит­ного сердечника возникает свой век­тор Пойтинга и поток энергии, лишь частично связанный с магнитом. При этом большая часть потока энергии в катушку идёт не от поля магнита, а от ферромагнитного поля сердечника в катушке. Это кажется невероятным с точки зрения классической электроди­намики. Получается, что поток энергии в катушку идёт не только и не столько от первоисточника — магнита, а как бы «втекает» из магнитного ноля сердеч­ника из окружающего пространства?! Теперь удалим магнит от ферромаг­нитного сердечника с катушкой — сер­дечник размагнитится. При этом в электроэнергию преобразуется ВСЁ ферромагнитное поле «железа» фер­ромагнитного сердечника, а тормозить магнит будет лишь ЧАСТЬ этого поля. Получается, что значительная, боль­шая часть индуцированной в катушке электроэнергии вообще пе связана с электромеханическим преобразовани­ем энергии? Магнит лишь инициирует изменения магнитного поля в ферро­магнитном сердечнике. А значитель­ную часть полезной электроэнергии индуцирует в обмотке уже ферромаг­нитное поле сердечника, которое за­мкнуто большей частью вне магнита. Генерация электроэнергии в катушке в значительной мере как бы вообще оторвана от магнита (ротора-индуктора, индуктора) пространственно.

В данной системе протекают одновременно два процес­са — обычное электромеханиче­ское преобразование энергии и генерация электроэнергии, пе связанная с магнитом. Маг­нит (или электромагнит) лишь индуктор изменений магнит­ного поля в железном (фер­ромагнитном) сердечнике. А большую часть ЭДС и электро­энергии индуцирует уже поле сердечника. Это важнейшее отличие от примера с магнитом и катушкой без сердечника. По топологии магнитных полей системы «магнит плюс катуш­ка без сердечника» и «магнит плюс катушка с сердечником» имеют, как можно хорошо увидеть из рисунке, принципиальное от­личие. Ферромагнитный сердечник в катушке создаёт СВОЁ магнитное ноле в витках катушки, помимо поля магнита, и свой поток энергии в ка­тушке. И этот дополнительный поток энергии уже никак топологически пе связан с первоисточником изменения поля магнитом, а связан только с окру­жающим пространством… Даже такой простой опыт с магнитом и катушкой с ферромагнитным сердечником, как выясняется, пе так прост, как может показаться па первый взгляд.

В обычном синхронном генерато­ре ротор-индуктор фактически, как втулка в цилиндр, вложен в статор-якорь. В этом случае ВСЕ магнитные поля магнита-ротора и статорного сердечника практически не разделе­ны и образуют общее магнитное поле. Небольшие поля рассеивания зубцов и пазов пе превышают нескольких про­центов. В такой электрической машине практи­чески всё ферро­магнитное поле «железа» статора связано с рото­ром. Поэтому в обычных гене­раторах даже на холостом ходу в принципе почти нет вектора Пойнтинга и потока энер­гии, не связанного с ротором-индукто­ром. И поэтому в таких электрических машинах происходит обычное, класси­ческое электромеханическое преобра­зование энергии без каких-либо чудес. Но это следствие принципиальной то­пологии, классической конфигурации электрической машины. В так назы­ваемой открытой магнитной системе, где магнитные поля магнита и ферро­магнитного сердечника уже связаны лишь частично, картина пото­ков энергии уже совсем иная. Для этого просто надо разделить пространствен­но частично магнитные поля индукто­ра (магнита) и ферромагнитного сер­дечника (статор-якорь).

Пример из области электромеханики абсолютно эквивалентен статической системе как по топологии ферромаг­нитных полей, так и по топологии вектора Пойнтинга и всех потоков энергии. В статическом случае индук­тор неподвижен. Затраты энергии на намагничивание ограничены только тем полем (ферромагнитным), что ин­дуктивно связано с индукторной об­моткой и участвует в магнитном взаи­модействии сердечников через зазоры. Простейшее устройство состоит из двух, а лучше трёх сердечников, разде­лённых зазорами. Зазор относительно большой — несколько миллиметров, и нужен для частичного разделения фер­ромагнитных нолей боковых сердеч­ников и индуктора. В обмотку индук­тора подаётся ток, и через зазоры его сердечник намагничивается и намаг­ничивает боковые сердечники. Вокруг них также возникают собственные магнитные поля. На образование и энер­гию этих вторичных ферромагнитных полей источник, питающий индуктор, электроэнергию уже не тратит. Вторичные ферромагнитные поля вообще не участвуют в магнитном взаимодей­ствии с индукторным сердечником. При размагничивании индуктора энер­гия магнитного поля с боковых сердеч­ников снимается при помощи специ­альных обмоток па них. Эти обмотки пе участвуют в намагничивании. При намагничивании ток в них блокирован диодами. Вообще это устройство по ре­жиму работ — так называемый обратноходовой преобразователь (дроссель накопления магнитной энергии), по с более сложной топологией магнитных полей. Энергия снимается с системы сердечников, разделённых зазорами. Само количество сердечников может быть любым. Опыт показывает, что при определённом соотношении зазоров и индукции (и кривой намагничива­ния) количество сердечников вообще не ограничено! В этом случае один-два индуктора могут намагнитить десятки, сотни сердечников — и вплоть до беско­нечности!!!

Особенно сильно этот эф­фект будет проявляться на уровне до­менов, акустических доменов и нано и микрочастиц ферромагнетиков, разде­лённых диэлектриком (немагнитным). С точки зрения физики ферромагнетик не обладает индуктивным сопротивле­нием, — «квантовым токам» электронов в магните и в железном сердечнике не нужно преодолевать наведённые ЭДС, в отличие от токов электронных в про­водах катушки. Потому что магнитное поле ферромагнетиков образуется не обычным движением электронов и про­чих зарядов, а связано с особой кван­товой природой спина — магнитного момента электрона. Описание этих яв­лений — сложный материал для отдель­ной статьи по квантовой физике.

По той же причине — отсутствия дей­ствия ЭДС па токи в магните — и по­стоянному магниту не нужно тратить энергию на намагничивание куска железа, к которому поднесли магнит. Мы воспринимаем это как само собой разумеющееся, но в случае катушки из провода с током этот «фокус» бы уже не прокатил… В катушке возникла бы ЭДС от магнитного поля железа, и на ее преодоление пришлось бы потра­тить электроэнергию от батарейки или аккумулятора для поддержания тока. А магнит делает это без затрат на преодоление ЭДС. Квантовые токи — магнитные моменты (спины) электронов не реагируют на ЭДС во­обще, будь-то даже миллионы вольт вихревого электрического поля. «Вращение» электрона (то бишь квазивращение — квантовое движение) невозможно ни ускорить, ни остано­вить, ни даже ничтожно замедлить… Можно ли напрямую подключиться к этому в своём роде квантовому «веч­ному двигателю»? Нет, но можно ис­пользовать для получения фактически дармовой магнитной энергии ферро­магнетиков. Самый простой пример для понимания — работа обычной ферритовой антенны. Слабое магнитное поле радиоволны усиливается в ней в согни раз. Фактически поток энергии (вектор Пойнтинга) вокруг ферритовой антенны в тысячи, даже десятки тысяч раз превышает поток энергии (вектор Пойнтинга) в радиоволне. «Фонтан» потока энергии вокруг ферритовой антенны уже не связан с пере­дающей антенной и не идёт от антенны.

При этом ток смещения в радиоволне не совершает работы на намагничи­вание ферритовой антенны. Фактиче­ски энергия электромагнитной вол­ны просто усиливается в ферритовой антенне (или из магнитодиэлектрика). Возрастает и магнитное поле за счёт поля ферромагнетика и индуцирован­ное им вихревое электрическое поле. Вокруг ферритовой антенны вектор Пойнтинга и поток энергии, связанный с полем ферромагнетика, может в сотни и многие тысячи раз превосходить по­ток энергии в падающей радиоволне.

Этот дополнительный поток энергии идёт не от передающей антенны, а циркулирует только вокруг фер­ритовой антенны. (Как и при связи на ферритовую антенну наматыва­ется обмотка с нагрузкой, желательно настроенная в резонанс с рабочей час­тотой.) Такая картина энергетических потоков в корне противоречит клас­сической трактовке движения по­токов энергии от первоисточника и — страшно сказать! пресловутому закону сохранения.

пример с ферритовой антенной имеет ту же физическую природу, что и с магнитом, и с ферро­магнитными сердечниками. Ферро­магнетик — это «вещь в себе», особая квантовая электродинамика, пе связан­ная с макродвижением зарядов. Спин электрона (и других частиц) и ток сме­щения в радиоволне не реагируют на ЭДС индукции. Это, кстати, относится и к орбитальным «токам» электронов в атомах.

Если эти потоки энергии грамотно технически создать и использовать, то можно создать электротехнические ге­нераторы, в которых электроэнергии снимается в разы больше, чем нуж­но для вращения ротора-индуктора и преодоления магнитного тормозного момента на ротор-индуктор. Ясно, что, кроме «голой» физики, в таких электрических машинах надо решить ряд чисто инженерных, технических задач и проблем, связанных с созданием и преобразованием магнитных полей. И хотя уже разработана почти сотня устройств статического типа и машин вращения для генерации переменного (синус) и постоянного тока, в том чис­ле и трёхфазных систем для промыш­ленности, особо важен сам факт, что в электромагнетизме есть такая «брешь» в отношении закона сохранения.

Кто возьмется её заполнить? А главное — чем?

Статья взята из журнала «Техника молодёжи» за 09/2012 год.

 

Читайте также:

realstrannik.ru

Громов Транс

Громов Н.Н.

Нижний Новгород

2006 г.

Резонансный усилитель мощности тока промышленной частоты.

Резонансный усилитель мощности тока промышленной частоты – это статический электромагнитный аппарат, предназначенный для усиления мощности тока промышленной частоты 50 Гц.

Резонанс (франц. resonance, от лат. resono – звучу в ответ, откликаюсь), относительно большой (селективный) отклик колебательной системы (осциллятора) на периодич. воздействие с частотой, близкой к частоте ее собств. колебаний. При Р. происходит резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний осциллятора.

•Физический энциклопедический словарь/ Гл. ред. А.М. Прохоров. Ред. кол. Д.М. Алексеев, А.М. Бонч-

Бруевич, А.С. Боровик-Романов и др. – М.: Сов. энциклопедия, 1983. – 928 с., ил., 2 л. цв. ил.

Резонанс играет очень большую роль в самых разнообразных явлениях, причем в одних полезную, в других вредную.

В1906 г. в Петербурге обрушился Египетский мост через реку Фонтанку. Причина – резонансные явления, вызванные переходом через мост кавалерийского эскадрона. Шаг лошадей, обученных церемониальному маршу, попал в резонанс с периодом моста. Таких примеров из истории техники можно привести много. Резонанс в этих случаях вредное явление и для устранения его принимаются специальные меры (расстройка периодов, увеличение затухания – демпфирование и др.).

Врадиотехнике резонанс используется, в основном, как полезное явление. Явление электрического резонанса позволяет настраивать передатчики и приемники на заданные частоты и обеспечить их работу без взаимных помех. Вообще применения резонансных явлений в электро-радиотехнике неисчислимы. Однако законы сохранения накладывают запреты на применение резонанса для получения Свободной энергии, а у сторонников получения ее сложились устойчивые стереотипы относительно параметрического резонансного усиления. Поэтому не все еще применения явления резонанса реализованы на практике.

Внастоящее время очень много копий сломано при рассмотрении темы «Резонанс Мельниченко». Есть даже категория людей, которые объявляют его шарлатаном. Мельниченко скрывает секрет своих изобретений, несмотря на полученные патенты. Но секрет Мельниченко – это «Секрет Полишинеля».

Попробуем доказать это. Возьмем всем известную книгу «Элементарный учебник физики под ред. акад. Г.С. Лансберга Том III Колебания, волны. Оптика. Строение атома.

–М.: 1975г., 640 с. с илл.» откроем ее на страницах 81 и 82 где приведено описание

экспериментальной установки для получения резонанса на частоту городского тока Приложение 1.

Вприведенном примере ясно показывается, как можно на индуктивности и емкости получить напряжения в десятки раз большие, чем напряжение источника питания. Если не принимать специальных мер, то мощность, развиваемая резонансом, разрушит элементы установки.

Врассматриваемом резонансном усилителе тока промышленной частоты используется явление электрического резонанса в последовательном колебательном контуре. Эффект усиления мощности переменного тока в последовательном резонансном контуре достигается за счет того, что входное сопротивление контура при последовательном резонансе является чисто активным, а напряжение на реактивных элементах контура превышает входное напряжение на величину равную добротности контура. Для поддержания незатухающих колебаний последовательного контура в резонансе требуется компенсировать только тепловые потери на активных сопротивлениях индуктивности контура и внутреннем сопротивлении источника входного напряжения.

Структурная схема и состав резонансного усилителя приведена на Рис. 1.

Входной понижающий трансформатор С

220 В

Uвх. контура

50 Гц

 

Силовой трансформатор

Uвых Rн

Выпрямитель

R

Управляемые

Iупр

магнитные реакторы

Трансформатор тока

 

Уставка рабочей точки реакторов

Рис. 1. Структурная электрическая схема резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты

Индуктивность резонансного контура выполнена в виде соединенных последовательно и согласованно первичной обмотки силового трансформатора и обмоток двух управляемых магнитных реакторов. В качестве емкости резонансного контура следует применять неполярный конденсатор с рабочим напряжением не менее чем удвоенное напряжение при резонансе. Управляющие обмотки магнитных реакторов включаются встречно, чтобы э.д.с., индуцированные в них, были направлены навстречу друг другу и взаимно компенсировались. Важно, чтобы характеристики магнитных реакторов были идентичными. Магнитные реакторы включаются в схему резонансного

усилителя с целью компенсации расстройки последовательного контура при изменении нагрузки.

На Рис. 2 приведена эквивалентная схема трансформатора при холостом ходе. Вектор тока холостого хода I0 представляется в виде геометрической суммы двух составляющих Ih, характеризующей потери на вихревые токи и Iµ, характеризующей потери на гистерезис. В режиме холостого хода трансформатор работает как обычная индуктивность с потерями.

r1 x1

I0

Ih Iµ

Рис. 2. Эквивалентная схема трансформатора при холостом ходе

На Рис. 3 приведена эквивалентная схема трансформатора при нагрузке.

 

I1

 

 

 

I'2

 

r1

x1

 

I0

r'2

 

x'2

 

Ih

 

 

 

U1

r

0

Е1

 

x0

Z'н

 

 

 

Рис. 3. Эквивалентная схема трансформатора при нагрузке

При анализе эквивалентной схемы трансформатора при нагрузке видно, что последовательно с полным входным сопротивлением первичной обмотки включены две параллельные ветви, одна из которых содержит сопротивление Z0, а другая два последовательно включенных сопротивления Z'2 и Z'н.

Эквивалентное комплексное сопротивление Z'н можно записать в следующем

виде

Z'э = Z'1 + Z'0(Z'2 + Z'н)/( Z'0 + Z'2 + Z'н).

Из эквивалентной схемы видно, что последовательно включенные комплексные сопротивления Z'2 и Z'н. (в геометрическом смысле) имеют отрицательное значение, и в зависимости от характера нагрузки их общее сопротивление может быть как емкостным, так и индуктивным. Эти сопротивления, если образно выразится, «зеркально отражаются во входную цепь, масштабированные через коэффициент трансформации».

Врезонансном усилителе тока промышленной частоты нагруженный трансформатор вносит расстройку в последовательный колебательный контур и уменьшает его добротность.

Втрансгенераторе, например, расстройка за счет нагрузки легко компенсируется изменением питающей частоты. В резонансном усилителе сделать это невозможно т.к. частота задается питающей сетью, поэтому в нем компенсация расстройки осуществляется введением обратной связи с помощью управляемых магнитных реакторов. В цепи обратной связи осуществляется анализ и геометрическое суммирование составляющих токов вторичной обмотки и нагрузки, формирование и регулирование управляющего тока.

Всостав цепи обратной связи входят: часть вторичной обмотки силового трансформатора; трансформатор тока; выпрямитель и реостат уставки рабочей точки магнитных реакторов.

Эквивалентная схема резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты при нагрузке приведена на Рис. 4.

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

 

I'2

Входной понижающий

I

вх

r

1

x1

I0

r'

2

x'2

 

 

 

 

 

 

трансформатор

 

 

Ih

220 В

 

 

Z'н

U

r

x0

50 Гц

вх.контура

0

Е1

 

 

 

 

x3

x4

 

 

r3

r4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ(I2)

 

 

 

 

 

 

 

µ(I2)

Рис. 4. Эквивалентная схема резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты при нагрузке

Два магнитных реактора с объединенными обмотками управления – это известный и широко применяемый магнитный усилитель (магнитный усилитель в этой конструкции не усиливает, а работает как управляемая индуктивность и вносит дополнительные потери на нагрев активных сопротивлений своих обмоток). В

зависимости от условий работы и характера нагрузки ему можно задавать различные режимы компенсации путем введения дополнительных обмоток внутренней обратной связи и смещения.

Коэффициент усиления, резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты, сильно зависит от нагрузки, однако правильно спроектированный усилитель всегда имеет эффективность значительно больше единицы.

Математический аппарат для проектирования резонансного усилителя мощности промышленной частоты давно разработан и содержится в курсе электротехники, а также в большом количестве пособий и методических рекомендаций по проектированию трансформаторов и магнитных усилителей. Алгоритм расчета строится из анализа структурной схемы и затруднений не вызывает, важно только правильно оценить режим работы от характера нагрузки.

В качестве недостатка рассмотренной конструкции можно отметить повышенные габариты и вес. В число достоинств можно включить отсутствие активных элементов в схеме, значительно повышающее надежность конструкции.

Для работы на неизменную нагрузку можно применять упрощенные схемы резонансных усилителей. Структурная схема упрощенного резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты представлена на Рис. 5.

Входной понижающий

 

 

 

Силовой трансформатор

трансформатор

С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

220 В

Uвх. контура

Uвых

50 Гц

 

 

 

Регулируемый магнитный реактор

Рис. 5. Структурная электрическая схема упрощенного резонансного усилителя мощности тока промышленной частоты

Простейший резонансный усилитель состоит всего из четырех элементов. Назначение элементов такое же, как в ранее рассмотренном усилителе. Отличие только в том, что в простейшем резонансном усилителе производится ручная настройка в резонанс для конкретной нагрузки.

Рассчитать простейший усилитель можно по следующему упрощенному алгоритму:

1.Включить силовой трансформатор в сеть и измерить при заданной нагрузке потребляемый им ток.

2.Измерить активное сопротивление первичной обмотки силового трансформатора.

3.Рассчитать комплексное сопротивление трансформатора под нагрузкой.

4.Рассчитать индуктивное сопротивление трансформатора под нагрузкой.

5.Выбрать величину индуктивного сопротивления регулируемого магнитного реактора равную примерно 20% от индуктивного сопротивления силового трансформатора.

6.Изготовить регулируемый магнитный реактор, с отводами начиная со средины обмотки до ее конца (чем чаще будут сделаны отводы, тем точнее будет настройка в резонанс).

7.По условию равенства индуктивного и емкостного сопротивлений при резонансе рассчитать значение емкости, которую необходимо включить последовательно с трансформатором и регулируемым магнитным реактором для получения последовательного резонансного контура.

8.Из условия резонанса, перемножить измеренный потребляемый нагруженным трансформатором ток на сумму активных сопротивлений первичной обмотки и реактора и получить ориентировочное значение напряжения, которое необходимо подать на последовательный контур.

9.Взять трансформатор, обеспечивающий на выходе, найденное по п.8 напряжение и измеренный по п.1 потребляемый ток (на период настройки усилителя удобней всего использовать ЛАТР).

10.Запитать от сети через трансформатор по п.9 входной резонансный контур - (последовательно соединенные конденсатор, первичную обмотку нагруженного силового трансформатора и реактор).

11.Изменяя индуктивность реактора путем переключения отводов настроить первичную цепь в резонанс при пониженном входном напряжении (для более точной настройки можно в небольших пределах изменять емкость конденсатора, подключая параллельно основному, конденсаторы небольшой емкости).

12.Изменяя входное напряжение установить значение напряжения на первичной обмотке силового трансформатора 220 В.

13.Отключить ЛАТР и включить стационарный понижающий трансформатор с таким же напряжением.

Широкое применение резонансных усилителей тока промышленной частоты может существенно снизить нагрузку на распределительные электросети и снизить капитальные затраты на ввод новых электрических мощностей.

Область применения резонансных усилителей мощности тока промышленной частоты – стационарные и судовые электроустановки. Для мобильных объектов целесообразно применять трансгенераторы на повышенных частотах с последующим преобразованием переменного тока в постоянный.

Н. Громов

2006 г.

Приложение 1.

Описание экспериментальной установки для получения резонанса на частоту городского тока

studfiles.net

Трансгенератор

Изобретение может найти применение в электротехнической промышленности. Технический результат заключается в снижении явлений обратных связей и, тем самым, снижении потребляемых механической и электрических мощностей устройства. Для этого трансгенератор содержит сердечник, состоящий из трех ветвей. На одной из ветвей установлены первичная обмотка и короткозамкнутая обмотка. Концы всех ветвей выполнены в виде частей окружности, внутри которой установлен ротор, связанный с приводным двигателем. На ветви сердечника установлена вторичная обмотка. Цепь первичной обмотки содержит индуктивность, резистор, переключатель, аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока. Цепь вторичной обмотки содержит двигатель нагрузки, генератор переменного трехфазного тока. Для осуществления работы устройства в трехфазном режиме могут быть добавлены еще две фазы, при этом в цепях первичных обмоток установлены индуктивности и контакты электрического реле, а в цепи вторичных обмоток - диоды. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, а именно к двигатель-генераторным и трансформаторным установкам.

Известны генератор и трансформатор (А.И.Вольдек. ″Электрические машины″, М.: ″Энергия″, Основные сведения о трансформаторах, с.241; Генераторы постоянного тока, с.27, 177-195).

Недостатком генератора является то, что при увеличении электрической нагрузки, увеличивается механическая мощность двигателя, необходимая для привода ротора генератора. Это происходит из-за наличия обратной связи между обмотками статора и ротора генератора.

Недостатком трансформатора является увеличение электрической мощности первичной обмотки при увеличении электрической нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке работающего трансформатора из-за наличия обратной связи первичной и вторичной обмоток.

Указанные устройства выбраны заявителем в качестве ближайших аналогов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение явлений обратных связей и, тем самым, снижение потребляемых механической и электрических мощностей устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в трансгенераторе, содержащем трансформатор, связанный с источником питания и нагрузкой, сердечник с первичной и вторичной обмотками, согласно изобретению сердечник содержит две дополнительные ветви, при этом сердечник и одна из его дополнительных ветвей образуют контур, внутри которого установлена третья ветвь, на сердечнике установлена короткозамкнутая обмотка, а вторичная обмотка установлена на второй дополнительной ветви, причем все концы ветвей выполнены в виде частей окружности и установлены с воздушным зазором между собой, а в пространстве окружности, образованной концами ветвей, установлен ротор без обмотки, связанный с приводным двигателем, и его ширина соответствует дуге окружности, ограниченной 60°, ширина ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равна ширине ротора, ширина третьей ветви сердечника соответствует дуге окружности, ограниченной 120°, кроме того, цепь первичной обмотки содержит индуктивность, связанную с аккумуляторной батареей, генератор постоянного тока, а цепь вторичной обмотки, двигатель нагрузки, генератор переменного трехфазного тока, при этом валы двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока связаны механически.

Воздушный зазор между концами ветвей сердечника h≥2 зазора между ротором и ветвями сердечника.

Ротор выполнен прямоугольной формы с дугообразными торцевыми поверхностями и набран из листов электротехнической стали.

Цепь первичной обмотки содержит реле для подключения дополнительных фаз, а цепь вторичной обмотки - диоды для каждой дополнительной фазы.

Ротор каждой дополнительной фазы смещен относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной оси его вращения.

Дополнение сердечника двумя ветвями позволяет постоянный магнитный поток первичной обмотки преобразовать в переменный во времени поток во вторичной обмотке.

Выполнение концов ветвей в виде частей окружности и установка в пространстве окружности ротора позволяет постоянный магнитный поток от первичной обмотки сделать переменным во времени для ветви сердечника со вторичной обмоткой, при этом сохраняя постоянным магнитный поток в первичной обмотке при содействии короткозамкнутой обмотки, установленной на первой ветви сердечника.

Наличие короткозамкнутой обмотки на первой ветви сердечника обеспечивает ограничение обратной связи от вторичной обмотки в первичную за счет создания адекватного магнитного потока.

Установка вторичной обмотки на одной из дополнительных ветвей сердечника исключает наличие обмотки на роторе, что позволяет уменьшить механическую мощность на валу приводного двигателя.

Выполнение ротора шириной, соответствующей дуге окружности, ограниченной 60°, а ширину ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равной ширине ротора, ширину ветви сердечника, расположенной внутри контура конструкции, соответствующей дуге окружности, ограниченной 120°, получить характеристику ЭДС, показанную на фиг.3 и 4, т.е. это сделано для того, чтобы ток во вторичной обмотке успевал спадать до того как, ротор пойдет на новый круг наведения ЭДС, чтобы на входе в ветвь вторичной обмотки не возникали дополнительные тормозные силы.

Наличие в цепи первичной обмотки индуктивности ограничивает потребляемую первичной обмоткой энергию от внешнего источника при попытке изменения первичного магнитного потока.

Наличие аккумуляторной батареи обеспечивает питание цепи двигателя нагрузки и цепи первичной обмотки в режиме пуска.

Наличие генератора постоянного тока обеспечивает питание первичной обмотки и приводного двигателя в рабочем режиме.

Наличие двигателя постоянного тока обеспечивает привод генератора постоянного тока и генератора переменного трехфазного тока промышленной частоты.

Наличие генератора переменного трехфазного тока обеспечивает выработку электрической энергии стандартных параметров для потребителей.

Механическая связь валов двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока обеспечивает работоспособность устройства в рабочем режиме.

Наличие между ветвями сердечника, сходящимися в окружность воздушных зазоров, равных h≥2 зазора между ротором и ветвями сердечника необходимо для того, чтобы между ними не образовывались замыкающиеся контуры для магнитного потока, и основной магнитный поток проходил через ротор, а величина заявляемого зазора является оптимальной.

Заявляемая форма ротора позволяет создать переменный во времени магнитный поток через вторичную обмотку.

Наличие в цепи первичной обмотки реле для подключения дополнительных фаз, а цепи вторичной обмотки - диодов для каждой дополнительной фазы позволяет обеспечить работу устройства в трехфазном режиме.

Смещение ротора каждой дополнительной фазы относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной оси его вращения, обеспечивает смещение фаз ЭДС при условии запуска устройства с помощью реле для трехфазного устройства.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных технических решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям патентоспособности ″новизна″ и ″изобретательский уровень″, может найти применение в электротехнической промышленности, т.е. соответствует критерию ″промышленная применимость″.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид трансгенератора, на фиг.2 - электрическая схема трансгенератора для одной фазы, на фиг.3 - график изменения силы тока и ЭДС во вторичной обмотке при активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузках в зависимости от угла поворота ротора для одной фазы, на фиг.4 - график изменения силы тока и ЭДС во вторичной обмотке в зависимости от угла поворота ротора для трех фаз, на фиг.5 - общий вид и схема подключения для трехфазного устройства, на фиг.6 - схема расположения роторов каждой фазы в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения.

Трансгенератор содержит сердечник, состоящий из 1, 2, 3 ветвей. На одной из ветвей 1 установлены первичная обмотка 4 и короткозамкнутая обмотка 5. Концы ветвей 1, 2, 3 выполнены в виде частей окружности, внутри которой установлен ротор 6, связанный с приводным двигателем 7. На ветви 2 сердечника установлена вторичная обмотка 8. Цепь первичной обмотки 4 содержит индуктивность 9, резистор 10, переключатель 11, аккумуляторная батарея 12, генератор постоянного тока 13. Цепь вторичной обмотки 8 содержит двигатель нагрузки 14, генератор переменного трехфазного тока 15.

Устройство работает следующим образом (для одной фазы).

Переключателем 11 подключается внешний источник 12, который питает цепь приводного двигателя 7 и цепь первичной обмотки 4. По первичной обмотке 4 устройства протекает постоянный ток, создавая магнитный поток в ветви сердечника 1, замыкаясь через ротор 6. Двигатель 7 также получает питание от внешнего источника 12 и начинает вращать ротор 6. Ротор 6 переводит магнитный поток, замыкая его через ветвь 2 сердечника, на которой установлена вторичная обмотка 8. Проходящий через вторичную обмотку 8 возрастающий магнитный поток наводит в ней ЭДС. Протекающий по обмотке 8 ток создает встречный магнитный поток, который должен бы уменьшать первичный магнитный поток от первичной обмотки 4. Но этого не происходит, так как короткозамкнутая обмотка 5, развязывающая обратную связь при попытке изменения первичного потока, наводит в себе ЭДС, по ней начинает протекать ток и вторичный магнитный поток от обмотки 5 по направлению совпадает с магнитным потоком от первичной обмотки 4, компенсируя встречный магнитный поток от обмотки 8. При таком наложении магнитных потоков величина первичного магнитного потока остается практически неизменной. Ток в цепи первичной обмотки 4 не изменяется, так как возникающая в первичной обмотке 4 ЭДС, при попытке изменения первичного магнитного потока, компенсируется встречной ЭДС, возникающей в индуктивности 9, включенной последовательно с первичной обмоткой 4 и внешним источником 12. Поэтому потребляемая мощность первичной обмотки 4 остается практически неизменной и равна мощности холостого хода. Далее при повороте ротора 6 магнитный поток переводится в другую ветвь 3 и магнитный поток через вторичную обмотку 8 спадает. Нарастание и спадание магнитного потока, т.е. пульсация через вторичную обмотку 8 вызывает в ней возникновения ЭДС по форме, представленной на графике (см. фиг.3). Изменение формы тока при активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузках также представлено на графике фиг.3. ЭДС, наводимая во вторичной обмотке 8, дает питание нагрузке - двигателю постоянного тока 14, который приводит во вращение генератор 15 переменного трехфазного тока промышленной частоты и генератор постоянного тока 13, который дает питание обмоткам возбуждения генератора 15. Последний выдает энергию потребителю. Переключателем 11 переключают питание первичной обмотки 4 и двигателя нагрузки 14 с внешнего источника 12 на питание от генератора 13 без нарушения коммутации в переключателе 11. По первичной обмотке 4 и двигателю 14 протекает постоянный ток, устройство работает, питая нагрузку, т.е. двигатель 14, который вращает генераторы 13 и 15, приводя их в рабочее состояние, т.е. трехфазная сеть промышленной частоты получает питание. Устройство питает себя и выдает электроэнергию внешнему потребителю.

Для осуществления работы устройства в трехфазном режиме могут быть добавлены еще две фазы, при этом в цепях первичных обмоток 16 и 17 установлены индуктивности 18, 19 и контакты электрического реле 20 и 21, а в цепи вторичных обмоток 22 и 23 - диоды 24, 25 и 26.

Работа трансгенератора в трехфазном режиме осуществляется следующим образом.

Переключатель 11 включают в положение, при котором аккумуляторная батарея 12 питает цепь двигателя 7 и цепь первичной обмотки 4 первой фазы трансгенератора. Генератор постоянного тока 13 и цепь возбуждения генератора 15 отделены от аккумулятора 12 переключателем 11. Цепи первичных 16 и 17 второй и третьей фаз трансгенератора отделены от аккумулятора 12 контактами реле 20 и 21. По первичной обмотке 4 первой фазы протекает постоянный ток, создавая в сердечнике 1 первой фазы, замыкаясь через ротор 6. Двигатель 7 тоже получает питание от аккумулятора 12 и начинает вращать ротор 6 от точки П (пусковая точка ротора, которая совпадает с пусковой точкой на ветви 3 по радиальной линии). Ротор 6 переводит магнитный поток, замыкая его через ветвь сердечника 2, на которой расположена вторичная обмотка 8. В первой фазе происходит процесс, описанный выше, т.е. в обмотке 8 наводится ЭДС, достигая своего пика. При достижении пика ЭДС в обмотке 8 датчик реле (не показано) подает сигнал и замыкает цепь питания в цепи первичной обмотки 16 второй фазы своим контактом 20. По первичной обмотке 16 протекает постоянный ток, в сердечнике 27 второй фазы появляется постоянный магнитный поток, причем поворот ротора 28, расположенного на одном валу с ротором 6 первой фазы, совпадает таким образом, что начало наведения ЭДС во вторичной обмотке 22 второй фазы отстоит от начала наведения ЭДС во вторичной обмотке 8 первой фазы на угол 60° (см. фиг.4). При достижении пика ЭДС во вторичной обмотке 22 срабатывает датчик реле (не показано) и реле замыкает цепь питания обмотки 17 третьей фазы своим контактом 21. В сердечнике 29 создается постоянный магнитный поток, а поворот ротора 30 совпадает таким образом, что во вторичной обмотке 23 третьей фазы наводится ЭДС, сдвинутая по фазе на 60° относительно ЭДС обмотки 22. Эти ЭДС вызывают протекание тока через двигатель нагрузки 14. Посредством диодов 24, 25 и 26 форма ЭДС и тока на зажимах двигателя нагрузки 14 по форме постоянного тока (см. фиг.4). Нагрузка 14 питает генератор постоянного тока 13 и генератор переменного трехфазного тока 15. Переключателем 11 питание с аккумулятора 12 на генератор постоянного тока 13 и трансгенератор работает в нормальном режиме. При этом контакты реле 20 и 21 замкнуты.

Таким образом, заявляемый трансгенератор обеспечивает снижение явлений обратных связей и, тем самым, снижение потребляемых механической и электрических мощностей устройства.

1. Трансгенератор, содержащий трансформатор, связанный с источником питания и нагрузкой, сердечник с первичной и вторичной обмотками, отличающийся тем, что сердечник содержит две дополнительные ветви, при этом сердечник и одна из его дополнительных ветвей образуют контур, внутри которого установлена третья ветвь, на сердечнике установлена короткозамкнутая обмотка, а вторичная обмотка установлена на второй дополнительной ветви, причем концы ветвей выполнены в виде частей окружности и установлены с воздушным зазором между собой, а в пространстве окружности, образованной концами ветвей, установлен ротор, связанный с приводным двигателем, и его ширина соответствует дуге окружности, ограниченной 60°, ширина ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равна ширине ротора, ширина третьей ветви сердечника соответствует дуге окружности, ограниченной 120°, кроме того, цепь первичной обмотки содержит индуктивность, связанную с аккумуляторной батареей, переключатель, генератор постоянного тока, а цепь вторичной обмотки - двигатель нагрузки, генератор переменного трехфазного тока, при этом валы двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока связаны механически.

2. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что воздушный зазор между концами ветвей сердечника h≥2 зазоров между ротором и ветвями сердечника.

3. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен прямоугольной формы с дугообразными торцевыми поверхностями, и набран из листов электротехнической стали.

4. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что цепь первичной обмотки содержит реле для подключения дополнительных фаз, а цепь вторичной обмотки - диоды для каждой дополнительной фазы.

5. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что ротор каждой дополнительной фазы смещен относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной его оси вращения.

findpatent.ru

трансгенератор - патент РФ 2282914

Изобретение может найти применение в электротехнической промышленности. Технический результат заключается в снижении явлений обратных связей и, тем самым, снижении потребляемых механической и электрических мощностей устройства. Для этого трансгенератор содержит сердечник, состоящий из трех ветвей. На одной из ветвей установлены первичная обмотка и короткозамкнутая обмотка. Концы всех ветвей выполнены в виде частей окружности, внутри которой установлен ротор, связанный с приводным двигателем. На ветви сердечника установлена вторичная обмотка. Цепь первичной обмотки содержит индуктивность, резистор, переключатель, аккумуляторную батарею, генератор постоянного тока. Цепь вторичной обмотки содержит двигатель нагрузки, генератор переменного трехфазного тока. Для осуществления работы устройства в трехфазном режиме могут быть добавлены еще две фазы, при этом в цепях первичных обмоток установлены индуктивности и контакты электрического реле, а в цепи вторичных обмоток - диоды. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, а именно к двигатель-генераторным и трансформаторным установкам.

Известны генератор и трансформатор (А.И.Вольдек. Электрические машины , М.: Энергия , Основные сведения о трансформаторах, с.241; Генераторы постоянного тока, с.27, 177-195).

Недостатком генератора является то, что при увеличении электрической нагрузки, увеличивается механическая мощность двигателя, необходимая для привода ротора генератора. Это происходит из-за наличия обратной связи между обмотками статора и ротора генератора.

Недостатком трансформатора является увеличение электрической мощности первичной обмотки при увеличении электрической нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке работающего трансформатора из-за наличия обратной связи первичной и вторичной обмоток.

Указанные устройства выбраны заявителем в качестве ближайших аналогов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение явлений обратных связей и, тем самым, снижение потребляемых механической и электрических мощностей устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в трансгенераторе, содержащем трансформатор, связанный с источником питания и нагрузкой, сердечник с первичной и вторичной обмотками, согласно изобретению сердечник содержит две дополнительные ветви, при этом сердечник и одна из его дополнительных ветвей образуют контур, внутри которого установлена третья ветвь, на сердечнике установлена короткозамкнутая обмотка, а вторичная обмотка установлена на второй дополнительной ветви, причем все концы ветвей выполнены в виде частей окружности и установлены с воздушным зазором между собой, а в пространстве окружности, образованной концами ветвей, установлен ротор без обмотки, связанный с приводным двигателем, и его ширина соответствует дуге окружности, ограниченной 60°, ширина ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равна ширине ротора, ширина третьей ветви сердечника соответствует дуге окружности, ограниченной 120°, кроме того, цепь первичной обмотки содержит индуктивность, связанную с аккумуляторной батареей, генератор постоянного тока, а цепь вторичной обмотки, двигатель нагрузки, генератор переменного трехфазного тока, при этом валы двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока связаны механически.

Воздушный зазор между концами ветвей сердечника h 2 зазора между ротором и ветвями сердечника.

Ротор выполнен прямоугольной формы с дугообразными торцевыми поверхностями и набран из листов электротехнической стали.

Цепь первичной обмотки содержит реле для подключения дополнительных фаз, а цепь вторичной обмотки - диоды для каждой дополнительной фазы.

Ротор каждой дополнительной фазы смещен относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной оси его вращения.

Дополнение сердечника двумя ветвями позволяет постоянный магнитный поток первичной обмотки преобразовать в переменный во времени поток во вторичной обмотке.

Выполнение концов ветвей в виде частей окружности и установка в пространстве окружности ротора позволяет постоянный магнитный поток от первичной обмотки сделать переменным во времени для ветви сердечника со вторичной обмоткой, при этом сохраняя постоянным магнитный поток в первичной обмотке при содействии короткозамкнутой обмотки, установленной на первой ветви сердечника.

Наличие короткозамкнутой обмотки на первой ветви сердечника обеспечивает ограничение обратной связи от вторичной обмотки в первичную за счет создания адекватного магнитного потока.

Установка вторичной обмотки на одной из дополнительных ветвей сердечника исключает наличие обмотки на роторе, что позволяет уменьшить механическую мощность на валу приводного двигателя.

Выполнение ротора шириной, соответствующей дуге окружности, ограниченной 60°, а ширину ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равной ширине ротора, ширину ветви сердечника, расположенной внутри контура конструкции, соответствующей дуге окружности, ограниченной 120°, получить характеристику ЭДС, показанную на фиг.3 и 4, т.е. это сделано для того, чтобы ток во вторичной обмотке успевал спадать до того как, ротор пойдет на новый круг наведения ЭДС, чтобы на входе в ветвь вторичной обмотки не возникали дополнительные тормозные силы.

Наличие в цепи первичной обмотки индуктивности ограничивает потребляемую первичной обмоткой энергию от внешнего источника при попытке изменения первичного магнитного потока.

Наличие аккумуляторной батареи обеспечивает питание цепи двигателя нагрузки и цепи первичной обмотки в режиме пуска.

Наличие генератора постоянного тока обеспечивает питание первичной обмотки и приводного двигателя в рабочем режиме.

Наличие двигателя постоянного тока обеспечивает привод генератора постоянного тока и генератора переменного трехфазного тока промышленной частоты.

Наличие генератора переменного трехфазного тока обеспечивает выработку электрической энергии стандартных параметров для потребителей.

Механическая связь валов двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока обеспечивает работоспособность устройства в рабочем режиме.

Наличие между ветвями сердечника, сходящимися в окружность воздушных зазоров, равных h 2 зазора между ротором и ветвями сердечника необходимо для того, чтобы между ними не образовывались замыкающиеся контуры для магнитного потока, и основной магнитный поток проходил через ротор, а величина заявляемого зазора является оптимальной.

Заявляемая форма ротора позволяет создать переменный во времени магнитный поток через вторичную обмотку.

Наличие в цепи первичной обмотки реле для подключения дополнительных фаз, а цепи вторичной обмотки - диодов для каждой дополнительной фазы позволяет обеспечить работу устройства в трехфазном режиме.

Смещение ротора каждой дополнительной фазы относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной оси его вращения, обеспечивает смещение фаз ЭДС при условии запуска устройства с помощью реле для трехфазного устройства.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных технических решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям патентоспособности новизна и изобретательский уровень , может найти применение в электротехнической промышленности, т.е. соответствует критерию промышленная применимость .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид трансгенератора, на фиг.2 - электрическая схема трансгенератора для одной фазы, на фиг.3 - график изменения силы тока и ЭДС во вторичной обмотке при активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузках в зависимости от угла поворота ротора для одной фазы, на фиг.4 - график изменения силы тока и ЭДС во вторичной обмотке в зависимости от угла поворота ротора для трех фаз, на фиг.5 - общий вид и схема подключения для трехфазного устройства, на фиг.6 - схема расположения роторов каждой фазы в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения.

Трансгенератор содержит сердечник, состоящий из 1, 2, 3 ветвей. На одной из ветвей 1 установлены первичная обмотка 4 и короткозамкнутая обмотка 5. Концы ветвей 1, 2, 3 выполнены в виде частей окружности, внутри которой установлен ротор 6, связанный с приводным двигателем 7. На ветви 2 сердечника установлена вторичная обмотка 8. Цепь первичной обмотки 4 содержит индуктивность 9, резистор 10, переключатель 11, аккумуляторная батарея 12, генератор постоянного тока 13. Цепь вторичной обмотки 8 содержит двигатель нагрузки 14, генератор переменного трехфазного тока 15.

Устройство работает следующим образом (для одной фазы).

Переключателем 11 подключается внешний источник 12, который питает цепь приводного двигателя 7 и цепь первичной обмотки 4. По первичной обмотке 4 устройства протекает постоянный ток, создавая магнитный поток в ветви сердечника 1, замыкаясь через ротор 6. Двигатель 7 также получает питание от внешнего источника 12 и начинает вращать ротор 6. Ротор 6 переводит магнитный поток, замыкая его через ветвь 2 сердечника, на которой установлена вторичная обмотка 8. Проходящий через вторичную обмотку 8 возрастающий магнитный поток наводит в ней ЭДС. Протекающий по обмотке 8 ток создает встречный магнитный поток, который должен бы уменьшать первичный магнитный поток от первичной обмотки 4. Но этого не происходит, так как короткозамкнутая обмотка 5, развязывающая обратную связь при попытке изменения первичного потока, наводит в себе ЭДС, по ней начинает протекать ток и вторичный магнитный поток от обмотки 5 по направлению совпадает с магнитным потоком от первичной обмотки 4, компенсируя встречный магнитный поток от обмотки 8. При таком наложении магнитных потоков величина первичного магнитного потока остается практически неизменной. Ток в цепи первичной обмотки 4 не изменяется, так как возникающая в первичной обмотке 4 ЭДС, при попытке изменения первичного магнитного потока, компенсируется встречной ЭДС, возникающей в индуктивности 9, включенной последовательно с первичной обмоткой 4 и внешним источником 12. Поэтому потребляемая мощность первичной обмотки 4 остается практически неизменной и равна мощности холостого хода. Далее при повороте ротора 6 магнитный поток переводится в другую ветвь 3 и магнитный поток через вторичную обмотку 8 спадает. Нарастание и спадание магнитного потока, т.е. пульсация через вторичную обмотку 8 вызывает в ней возникновения ЭДС по форме, представленной на графике (см. фиг.3). Изменение формы тока при активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузках также представлено на графике фиг.3. ЭДС, наводимая во вторичной обмотке 8, дает питание нагрузке - двигателю постоянного тока 14, который приводит во вращение генератор 15 переменного трехфазного тока промышленной частоты и генератор постоянного тока 13, который дает питание обмоткам возбуждения генератора 15. Последний выдает энергию потребителю. Переключателем 11 переключают питание первичной обмотки 4 и двигателя нагрузки 14 с внешнего источника 12 на питание от генератора 13 без нарушения коммутации в переключателе 11. По первичной обмотке 4 и двигателю 14 протекает постоянный ток, устройство работает, питая нагрузку, т.е. двигатель 14, который вращает генераторы 13 и 15, приводя их в рабочее состояние, т.е. трехфазная сеть промышленной частоты получает питание. Устройство питает себя и выдает электроэнергию внешнему потребителю.

Для осуществления работы устройства в трехфазном режиме могут быть добавлены еще две фазы, при этом в цепях первичных обмоток 16 и 17 установлены индуктивности 18, 19 и контакты электрического реле 20 и 21, а в цепи вторичных обмоток 22 и 23 - диоды 24, 25 и 26.

Работа трансгенератора в трехфазном режиме осуществляется следующим образом.

Переключатель 11 включают в положение, при котором аккумуляторная батарея 12 питает цепь двигателя 7 и цепь первичной обмотки 4 первой фазы трансгенератора. Генератор постоянного тока 13 и цепь возбуждения генератора 15 отделены от аккумулятора 12 переключателем 11. Цепи первичных 16 и 17 второй и третьей фаз трансгенератора отделены от аккумулятора 12 контактами реле 20 и 21. По первичной обмотке 4 первой фазы протекает постоянный ток, создавая в сердечнике 1 первой фазы, замыкаясь через ротор 6. Двигатель 7 тоже получает питание от аккумулятора 12 и начинает вращать ротор 6 от точки П (пусковая точка ротора, которая совпадает с пусковой точкой на ветви 3 по радиальной линии). Ротор 6 переводит магнитный поток, замыкая его через ветвь сердечника 2, на которой расположена вторичная обмотка 8. В первой фазе происходит процесс, описанный выше, т.е. в обмотке 8 наводится ЭДС, достигая своего пика. При достижении пика ЭДС в обмотке 8 датчик реле (не показано) подает сигнал и замыкает цепь питания в цепи первичной обмотки 16 второй фазы своим контактом 20. По первичной обмотке 16 протекает постоянный ток, в сердечнике 27 второй фазы появляется постоянный магнитный поток, причем поворот ротора 28, расположенного на одном валу с ротором 6 первой фазы, совпадает таким образом, что начало наведения ЭДС во вторичной обмотке 22 второй фазы отстоит от начала наведения ЭДС во вторичной обмотке 8 первой фазы на угол 60° (см. фиг.4). При достижении пика ЭДС во вторичной обмотке 22 срабатывает датчик реле (не показано) и реле замыкает цепь питания обмотки 17 третьей фазы своим контактом 21. В сердечнике 29 создается постоянный магнитный поток, а поворот ротора 30 совпадает таким образом, что во вторичной обмотке 23 третьей фазы наводится ЭДС, сдвинутая по фазе на 60° относительно ЭДС обмотки 22. Эти ЭДС вызывают протекание тока через двигатель нагрузки 14. Посредством диодов 24, 25 и 26 форма ЭДС и тока на зажимах двигателя нагрузки 14 по форме постоянного тока (см. фиг.4). Нагрузка 14 питает генератор постоянного тока 13 и генератор переменного трехфазного тока 15. Переключателем 11 питание с аккумулятора 12 на генератор постоянного тока 13 и трансгенератор работает в нормальном режиме. При этом контакты реле 20 и 21 замкнуты.

Таким образом, заявляемый трансгенератор обеспечивает снижение явлений обратных связей и, тем самым, снижение потребляемых механической и электрических мощностей устройства.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Трансгенератор, содержащий трансформатор, связанный с источником питания и нагрузкой, сердечник с первичной и вторичной обмотками, отличающийся тем, что сердечник содержит две дополнительные ветви, при этом сердечник и одна из его дополнительных ветвей образуют контур, внутри которого установлена третья ветвь, на сердечнике установлена короткозамкнутая обмотка, а вторичная обмотка установлена на второй дополнительной ветви, причем концы ветвей выполнены в виде частей окружности и установлены с воздушным зазором между собой, а в пространстве окружности, образованной концами ветвей, установлен ротор, связанный с приводным двигателем, и его ширина соответствует дуге окружности, ограниченной 60°, ширина ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равна ширине ротора, ширина третьей ветви сердечника соответствует дуге окружности, ограниченной 120°, кроме того, цепь первичной обмотки содержит индуктивность, связанную с аккумуляторной батареей, переключатель, генератор постоянного тока, а цепь вторичной обмотки - двигатель нагрузки, генератор переменного трехфазного тока, при этом валы двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока связаны механически.

2. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что воздушный зазор между концами ветвей сердечника h 2 зазоров между ротором и ветвями сердечника.

3. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что ротор выполнен прямоугольной формы с дугообразными торцевыми поверхностями, и набран из листов электротехнической стали.

4. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что цепь первичной обмотки содержит реле для подключения дополнительных фаз, а цепь вторичной обмотки - диоды для каждой дополнительной фазы.

5. Трансгенератор по п.1, отличающийся тем, что ротор каждой дополнительной фазы смещен относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной его оси вращения.

www.freepatent.ru

Тем кто не знает первой модели трансгенератора отошлю к патенту, ссылка на который имеется на моём сайте

Трансгенератор №2

Принцип действия

Тем кто не знает первой модели трансгенератора отошлю к патенту, ссылка на который имеется на моём сайте http://energi-and.narod.ru/power.html

Трансгенератор№2 далее Источник воплощает те же принципы, что и трансгенератор, только из его устройства убраны вращающиеся части и привод, что значительно, упрощает, удешевляет конструкцию, делает её более надёжной и более долговечной в эксплуатации.

Приступим к описанию устройства и принципа действия.

Как видно из Рис.1, у Источника имеется Фобразный магнитопровод из электротехнической стали, отличающийся воздушным зазором (далее зазором) в в ветви магнитопровода содержащую катушку индуктивности 1, назовём её левой ветвью магнитпровода, соответственно катушки индуктивности 2 и 3 находятся в правой ветви магнитопровода, в средней ветви находится катушка индуктивности 4, дроссель Д включён последовательно в цепь питания катушки 2 постоянным током, накатушку подаётся постоянная ЭДС, выводы катушки 3 короткозамкнуты, на выводы катушки 4 подключена нагрузка потребителя.

Итак, в сеть катушки 2 подаётся постоянная ЭДС, витков в катушке много ток небольшой, затраты энергии небольшие, создаётся постоянный поток Ф2 нужной нам величины, проходящий в основном через правую и среднюю ветви, через катушки 2, 3, 4 прохождением этого потока в левой ветви пренебрегаем, поскольку зазор в этой ветви даёт сопротивление ветви, допустим, в 100 раз больше чем сопротивление правого магнитного контура.

На выводы катушки 1 подаётся ЭДС импульсной формы, форма импульса показана на Рис.2, создаётся магнитный поток Ф1, когда импульс ЭДС находится в пике и проходит пиковый постоянный участок, магнитный поток Ф1 находится в максимуме и постоянен, по величине он рассчитан таким образом что равен потоку Ф2, поэтому поток Ф2 не пропускает поток Ф1 в правую ветвь и потоки Ф2 и Ф1 проходят через среднюю ветвь магнитопровода , соответственно катушка 1 намотана и рассчитана таким образом, что на неё подаётся небольшая энергия и малый ток, но витков достаточно для обеспечения потока Ф1 нужной величины, индуктивное сопротивление катушки 1 мало, т.к. сопротивление левой ветви велико, поэтому можно прикладывать к катушке ЭДС небольшой величины с небольшими затратами энергии для создания нужного потока Ф1.

При снижении ЭДС от максимума до нуля, снижается и поток Ф1, при этом в катушке 4 наводится ЭДС создавая поток Ф4, но так как сопротивление левого контура в 100 раз больше, то им пренебрегаем и поток Ф4 практически весь замыкается в правом контуре, он направлен согласно с потоком Ф2 и пытается увеличить общий поток через катушку 4 до величины Ф1макс+Ф2. при увеличении потока в правом контуре в катушке 3 наводится ЭДС и создаётся поток Ф3 он направлен встречно потокам Ф2 и Ф4 и стремится уменьшить общий поток в правой ветви до величины Ф2, катушка 2 остаётся с постоянным по величине потоком Ф2, т.к. изменению тока в ней препятствует дроссель Д.

При увеличении питающей ЭДС на выводах катушки 1 от нуля до максимума в левом контуре появляется нарастающий поток Ф1, он проходит через среднюю ветвь и начинает увеличивать суммарный поток в этой ветви, изменению потока в этой ветви препятствует катушка 4 и её ЭДС снижается, снижая поток Ф4, соответственно в следствие этого начинает снижаться поток в правом контуре, и катушка 3 препятствует изменению потока в этом контуре, снижая свою ЭДС, вследствие чего снижается поток Ф3.

Далее идёт новый цикл, т.к. в импульсе ЭДС катушки 1 начинается новый постоянный участок максимума ЭДС и всё повторяется.

В этом процессе КПД

Если же судить по вложенной нами мощности только через катушки 1, 2, то КПД конечно больше 1, но му судим по суммарной энергии вложенной для получения мощности потребителя, поэтому КПД смотрим по первичным катушкам 1, 2, 3. Недостающая энергия извлекается из окружающего поля катушкой 3, т.к. система катушек заранее создала в поле определённую конфигурацию и эта конфигурация поля обладает определённой инерцией, что и отражается в законе электромагнитной инерции. По закону же сохранения энергии ближайшее пространство катушки 3 должно охлаждаться, т.е. катушка и магнитопровод, т.к. катушка должна потреблять энергию, в данном случае протекающий в катушке ток, забирает энергию у поля и атомов материала катушки, как это происходит например в контактах при протекании постоянного тока, при определённой полярности протекания тока через контакт, он охлаждается.

До этого мы рассматривали только одну фазу трансгенератора №2, т.е. на Рис.1 описано только устройство одной фазы. Вторая фаза по устройству идентична, согласно Рис.4 берём две фазы катушки 2 каждой фазы подключаем к источнику постоянного тока, а на катушки 1 каждой фазы подключаем импульсные ЭДС, они сдвинуты друг относительно друга по фазе как написано на Рис.4, катушки 4 фаз трансгенератора №2 подключены через выпрямительные мосты в одну сеть к нагрузке потребителя, и на нагрузке потребителя уже появляется напряжение постоянного тока. При желании параллельно нагрузке потребителя через преобразователь можно запитать катушки 2 и 1 фаз трансгенератора №2 и тогда он станет самодостаточным источником питания, полностью автономным. При отсутствии подвижных частей, трансгенератор, при условии отсутствия пробоев изоляции и перегрева обмоток, может работать без ремонта очень долгое время. Единственное, что дополнительно, наверное понадобится какой-то, радиатор для подвода тепла к магнитопроводу и катушке в районе катушки 3, поскольку, может наморозиться лёд, а он является диэлектриком и теплоизолятором, поэтому к атомам катушки 3 и атомам магнитопровода может не поступать достаточное количество энергии из окружающего поля, т.к. лёд будет изолировать и поле и будет изолировать и конвекцию от воздуха. Поэтому нужно будет предусмотреть какой то подвод тепла, возможно, какой-то радиатор.

Если возникнут вопросы по форме ЭДС в обмотке 4, т.е. во вторичной обмотке, то могу сказать, что форма ЭДС будет повторять форму функции тока обмотки 1 при холостом ходе, поскольку, если рассчитывать эквивалентную обмотку с всего лишь одной ветьвю магнитопровода, то при изменении тока обмотки 1 изменяется не только этот ток, но и обмотка 4 старается остановить снижение потока через нее, поэтому в ветви эквивалентного магнитопровода должен будет поддерживаться поток той же величины и плотности, но поскольку в реальном магнитопроводе, при поддержании потока катушкой 4 она пытается увеличить поток в правой ветви, поэтомуму и увелисить плотность потока через сечение ветви, это означает, что взаимоиндуктивности М с первоначального эквивалентного значения снижается до значения М при спадении тока катушки 1 до нуля, снижается до значения реального для правой ветви с катушкой 2 и раельным сечением этой ветви, поэтому М есть функция от тока катушки 1 и повторяет её форму, следовательно ЭДС катушки 4 при вычислении так же будет повторять форму тока катушки 1. Т.е. ЭДС катушки 4 является производной не от одной линейно изменяющейся функции тока, а является производной от линейно измняющейся функции тока и взаимоиндуктивности, так же линейноизменяющейся, поскольку она функция от того же тока, поэтому ЭДС катушки 4 производная от квадрата линейно изменяющегося тока.

Если же рассматривать работу не в режиме холостого хода а в режиме нагрузки, то к этому эквивалентному расчёту добавляется ещё и ток и М катушки 3, но смысл от этого не меняется и ЭДС катушки 4 изменяется по тому же закону.

auto-dnevnik.com

Трансгенератор | Банк патентов

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, а именно к двигатель-генераторным и трансформаторным установкам.

Известны генератор и трансформатор (А.И.Вольдек. ″.GIF; Электрические машины″.GIF; , М.: ″.GIF; Энергия″.GIF; , Основные сведения о трансформаторах, с.241; Генераторы постоянного тока, с.27, 177-195).

Недостатком генератора является то, что при увеличении электрической нагрузки, увеличивается механическая мощность двигателя, необходимая для привода ротора генератора. Это происходит из-за наличия обратной связи между обмотками статора и ротора генератора.

Недостатком трансформатора является увеличение электрической мощности первичной обмотки при увеличении электрической нагрузки, подключенной ко вторичной обмотке работающего трансформатора из-за наличия обратной связи первичной и вторичной обмоток.

Указанные устройства выбраны заявителем в качестве ближайших аналогов.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение явлений обратных связей и, тем самым, снижение потребляемых механической и электрических мощностей устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в трансгенераторе, содержащем трансформатор, связанный с источником питания и нагрузкой, сердечник с первичной и вторичной обмотками, согласно изобретению сердечник содержит две дополнительные ветви, при этом сердечник и одна из его дополнительных ветвей образуют контур, внутри которого установлена третья ветвь, на сердечнике установлена короткозамкнутая обмотка, а вторичная обмотка установлена на второй дополнительной ветви, причем все концы ветвей выполнены в виде частей окружности и установлены с воздушным зазором между собой, а в пространстве окружности, образованной концами ветвей, установлен ротор без обмотки, связанный с приводным двигателем, и его ширина соответствует дуге окружности, ограниченной 60°, ширина ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равна ширине ротора, ширина третьей ветви сердечника соответствует дуге окружности, ограниченной 120°, кроме того, цепь первичной обмотки содержит индуктивность, связанную с аккумуляторной батареей, генератор постоянного тока, а цепь вторичной обмотки, двигатель нагрузки, генератор переменного трехфазного тока, при этом валы двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока связаны механически.

Воздушный зазор между концами ветвей сердечника h≥.GIF; 2 зазора между ротором и ветвями сердечника.

Ротор выполнен прямоугольной формы с дугообразными торцевыми поверхностями и набран из листов электротехнической стали.

Цепь первичной обмотки содержит реле для подключения дополнительных фаз, а цепь вторичной обмотки - диоды для каждой дополнительной фазы.

Ротор каждой дополнительной фазы смещен относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной оси его вращения.

Дополнение сердечника двумя ветвями позволяет постоянный магнитный поток первичной обмотки преобразовать в переменный во времени поток во вторичной обмотке.

Выполнение концов ветвей в виде частей окружности и установка в пространстве окружности ротора позволяет постоянный магнитный поток от первичной обмотки сделать переменным во времени для ветви сердечника со вторичной обмоткой, при этом сохраняя постоянным магнитный поток в первичной обмотке при содействии короткозамкнутой обмотки, установленной на первой ветви сердечника.

Наличие короткозамкнутой обмотки на первой ветви сердечника обеспечивает ограничение обратной связи от вторичной обмотки в первичную за счет создания адекватного магнитного потока.

Установка вторичной обмотки на одной из дополнительных ветвей сердечника исключает наличие обмотки на роторе, что позволяет уменьшить механическую мощность на валу приводного двигателя.

Выполнение ротора шириной, соответствующей дуге окружности, ограниченной 60°, а ширину ветви сердечника, на которой установлена вторичная обмотка, равной ширине ротора, ширину ветви сердечника, расположенной внутри контура конструкции, соответствующей дуге окружности, ограниченной 120°, получить характеристику ЭДС, показанную на фиг.3 и 4, т.е. это сделано для того, чтобы ток во вторичной обмотке успевал спадать до того как, ротор пойдет на новый круг наведения ЭДС, чтобы на входе в ветвь вторичной обмотки не возникали дополнительные тормозные силы.

Наличие в цепи первичной обмотки индуктивности ограничивает потребляемую первичной обмоткой энергию от внешнего источника при попытке изменения первичного магнитного потока.

Наличие аккумуляторной батареи обеспечивает питание цепи двигателя нагрузки и цепи первичной обмотки в режиме пуска.

Наличие генератора постоянного тока обеспечивает питание первичной обмотки и приводного двигателя в рабочем режиме.

Наличие двигателя постоянного тока обеспечивает привод генератора постоянного тока и генератора переменного трехфазного тока промышленной частоты.

Наличие генератора переменного трехфазного тока обеспечивает выработку электрической энергии стандартных параметров для потребителей.

Механическая связь валов двигателя нагрузки, генератора переменного трехфазного тока и генератора постоянного тока обеспечивает работоспособность устройства в рабочем режиме.

Наличие между ветвями сердечника, сходящимися в окружность воздушных зазоров, равных h≥.GIF; 2 зазора между ротором и ветвями сердечника необходимо для того, чтобы между ними не образовывались замыкающиеся контуры для магнитного потока, и основной магнитный поток проходил через ротор, а величина заявляемого зазора является оптимальной.

Заявляемая форма ротора позволяет создать переменный во времени магнитный поток через вторичную обмотку.

Наличие в цепи первичной обмотки реле для подключения дополнительных фаз, а цепи вторичной обмотки - диодов для каждой дополнительной фазы позволяет обеспечить работу устройства в трехфазном режиме.

Смещение ротора каждой дополнительной фазы относительно ротора предыдущей фазы на 60° в плоскости, перпендикулярной оси его вращения, обеспечивает смещение фаз ЭДС при условии запуска устройства с помощью реле для трехфазного устройства.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных технических решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям патентоспособности ″.GIF; новизна″.GIF; и ″.GIF; изобретательский уровень″.GIF; , может найти применение в электротехнической промышленности, т.е. соответствует критерию ″.GIF; промышленная применимость″.GIF; .

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид трансгенератора, на фиг.2 - электрическая схема трансгенератора для одной фазы, на фиг.3 - график изменения силы тока и ЭДС во вторичной обмотке при активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузках в зависимости от угла поворота ротора для одной фазы, на фиг.4 - график изменения силы тока и ЭДС во вторичной обмотке в зависимости от угла поворота ротора для трех фаз, на фиг.5 - общий вид и схема подключения для трехфазного устройства, на фиг.6 - схема расположения роторов каждой фазы в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения.

Трансгенератор содержит сердечник, состоящий из 1, 2, 3 ветвей. На одной из ветвей 1 установлены первичная обмотка 4 и короткозамкнутая обмотка 5. Концы ветвей 1, 2, 3 выполнены в виде частей окружности, внутри которой установлен ротор 6, связанный с приводным двигателем 7. На ветви 2 сердечника установлена вторичная обмотка 8. Цепь первичной обмотки 4 содержит индуктивность 9, резистор 10, переключатель 11, аккумуляторная батарея 12, генератор постоянного тока 13. Цепь вторичной обмотки 8 содержит двигатель нагрузки 14, генератор переменного трехфазного тока 15.

Устройство работает следующим образом (для одной фазы).

Переключателем 11 подключается внешний источник 12, который питает цепь приводного двигателя 7 и цепь первичной обмотки 4. По первичной обмотке 4 устройства протекает постоянный ток, создавая магнитный поток в ветви сердечника 1, замыкаясь через ротор 6. Двигатель 7 также получает питание от внешнего источника 12 и начинает вращать ротор 6. Ротор 6 переводит магнитный поток, замыкая его через ветвь 2 сердечника, на которой установлена вторичная обмотка 8. Проходящий через вторичную обмотку 8 возрастающий магнитный поток наводит в ней ЭДС. Протекающий по обмотке 8 ток создает встречный магнитный поток, который должен бы уменьшать первичный магнитный поток от первичной обмотки 4. Но этого не происходит, так как короткозамкнутая обмотка 5, развязывающая обратную связь при попытке изменения первичного потока, наводит в себе ЭДС, по ней начинает протекать ток и вторичный магнитный поток от обмотки 5 по направлению совпадает с магнитным потоком от первичной обмотки 4, компенсируя встречный магнитный поток от обмотки 8. При таком наложении магнитных потоков величина первичного магнитного потока остается практически неизменной. Ток в цепи первичной обмотки 4 не изменяется, так как возникающая в первичной обмотке 4 ЭДС, при попытке изменения первичного магнитного потока, компенсируется встречной ЭДС, возникающей в индуктивности 9, включенной последовательно с первичной обмоткой 4 и внешним источником 12. Поэтому потребляемая мощность первичной обмотки 4 остается практически неизменной и равна мощности холостого хода. Далее при повороте ротора 6 магнитный поток переводится в другую ветвь 3 и магнитный поток через вторичную обмотку 8 спадает. Нарастание и спадание магнитного потока, т.е. пульсация через вторичную обмотку 8 вызывает в ней возникновения ЭДС по форме, представленной на графике (см. фиг.3). Изменение формы тока при активной, индуктивной и активно-индуктивной нагрузках также представлено на графике фиг.3. ЭДС, наводимая во вторичной обмотке 8, дает питание нагрузке - двигателю постоянного тока 14, который приводит во вращение генератор 15 переменного трехфазного тока промышленной частоты и генератор постоянного тока 13, который дает питание обмоткам возбуждения генератора 15. Последний выдает энергию потребителю. Переключателем 11 переключают питание первичной обмотки 4 и двигателя нагрузки 14 с внешнего источника 12 на питание от генератора 13 без нарушения коммутации в переключателе 11. По первичной обмотке 4 и двигателю 14 протекает постоянный ток, устройство работает, питая нагрузку, т.е. двигатель 14, который вращает генераторы 13 и 15, приводя их в рабочее состояние, т.е. трехфазная сеть промышленной частоты получает питание. Устройство питает себя и выдает электроэнергию внешнему потребителю.

Для осуществления работы устройства в трехфазном режиме могут быть добавлены еще две фазы, при этом в цепях первичных обмоток 16 и 17 установлены индуктивности 18, 19 и контакты электрического реле 20 и 21, а в цепи вторичных обмоток 22 и 23 - диоды 24, 25 и 26.

Работа трансгенератора в трехфазном режиме осуществляется следующим образом.

Переключатель 11 включают в положение, при котором аккумуляторная батарея 12 питает цепь двигателя 7 и цепь первичной обмотки 4 первой фазы трансгенератора. Генератор постоянного тока 13 и цепь возбуждения генератора 15 отделены от аккумулятора 12 переключателем 11. Цепи первичных 16 и 17 второй и третьей фаз трансгенератора отделены от аккумулятора 12 контактами реле 20 и 21. По первичной обмотке 4 первой фазы протекает постоянный ток, создавая в сердечнике 1 первой фазы, замыкаясь через ротор 6. Двигатель 7 тоже получает питание от аккумулятора 12 и начинает вращать ротор 6 от точки П (пусковая точка ротора, которая совпадает с пусковой точкой на ветви 3 по радиальной линии). Ротор 6 переводит магнитный поток, замыкая его через ветвь сердечника 2, на которой расположена вторичная обмотка 8. В первой фазе происходит процесс, описанный выше, т.е. в обмотке 8 наводится ЭДС, достигая своего пика. При достижении пика ЭДС в обмотке 8 датчик реле (не показано) подает сигнал и замыкает цепь питания в цепи первичной обмотки 16 второй фазы своим контактом 20. По первичной обмотке 16 протекает постоянный ток, в сердечнике 27 второй фазы появляется постоянный магнитный поток, причем поворот ротора 28, расположенного на одном валу с ротором 6 первой фазы, совпадает таким образом, что начало наведения ЭДС во вторичной обмотке 22 второй фазы отстоит от начала наведения ЭДС во вторичной обмотке 8 первой фазы на угол 60° (см. фиг.4). При достижении пика ЭДС во вторичной обмотке 22 срабатывает датчик реле (не показано) и реле замыкает цепь питания обмотки 17 третьей фазы своим контактом 21. В сердечнике 29 создается постоянный магнитный поток, а поворот ротора 30 совпадает таким образом, что во вторичной обмотке 23 третьей фазы наводится ЭДС, сдвинутая по фазе на 60° относительно ЭДС обмотки 22. Эти ЭДС вызывают протекание тока через двигатель нагрузки 14. Посредством диодов 24, 25 и 26 форма ЭДС и тока на зажимах двигателя нагрузки 14 по форме постоянного тока (см. фиг.4). Нагрузка 14 питает генератор постоянного тока 13 и генератор переменного трехфазного тока 15. Переключателем 11 питание с аккумулятора 12 на генератор постоянного тока 13 и трансгенератор работает в нормальном режиме. При этом контакты реле 20 и 21 замкнуты.

Таким образом, заявляемый трансгенератор обеспечивает снижение явлений обратных связей и, тем самым, снижение потребляемых механической и электрических мощностей устройства.


bankpatentov.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о