ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2002 года по МПК H02K35/02 H02K7/18 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано при проектировании и строительстве электростанций малой мощности для бытовых нужд в отдаленных от централизованной электросети местах.

Известна конструкция генератора переменного тока [1], содержащего полый статор с магнитопроводом и двумя секциями внутренних кольцевых пазов для размещения в них силовых обмоток и жестко установленный на штоке якорь с магнитопроводом, имеющим два полюса и намотанную на него обмотку возбуждения. Для выработки однофазного переменного тока якорь совершает возвратно-поступательное движение внутри полого статора с определенной частотой и амплитудой.

Недостатком данного генератора является необходимость использования для его функционирования отдельного приводного двигателя.

Изобретение направлено на обеспечение возможности работы генератора без отдельного приводного двигателя, и в связи с этим, позволяющего применять для работы генератора паровую энергию, вырабатываемую котельным агрегатом при сжигании в нем достаточно распространенных различных видов природного топлива (древесина, торф, уголь, нефтепродукты тяжелой фракции и др.).

Это достигается тем, что полый статор выполнен из двух частей с наружными кольцевыми пазами для силовых обмоток, установленных по прессовой посадке на некотором расстоянии друг от друга внутри магнитопровода, причем полости статора и полюса магнитопровода якоря служат соответственно рабочими цилиндрами и поршнями парового двигателя.

На фиг. 1 представлена конструктивная, а на фиг.2 - электрическая схема предлагаемого генератора.

Генератор состоит из следующих основных элементов. Полый статор 1 из ферромагнитного материала, состоящий из двух частей, установленных жестко, и магнитопровода 2 на расстоянии, обеспечивающем достаточное магнитное сопротивление. Наружные кольцевые пазы двух частей статора предназначены для его силовых обмоток 3 и 4, его внутренние полости 5 и 6 являются при этом рабочими цилиндрами поршневого двигателя. Якорь установлен во внутренней полости статора и включает в себя магнитопровод 7 с намотанной на его кольцевой паз обмоткой возбуждения 8 и шток 9. При этом полюса 10 и 11 магнитопровода выполняют функции поршней поршневого двигателя. Шток 9, установленный жестко в центральном отверстии магнитопровода 7, имеет возможность свободно перемещаться в осевом направлении в соответствующих опорах в крышках 12 из немагнитного материала, которые в свою очередь крепятся, например, винтами к торцам статора 1. В указанных крышках выполнены отверстия 13 для впуска через них в полости 5 и 6 пара и выпуска его после отработки.

На схеме ( фиг.1) не показан закрепленный к штоку 9 соосно с ним парораспределительный золотник, необходимый для функционирования парового двигателя.

Все основные элементы генератора должны обладать соответствующими магнитными и ферромагнитными свойствами при повышенных температурах, обеспечивающих оптимальные условия для функционирования магнитопровода якоря и полого статора соответственно в качестве поршня и рабочих цилиндров в паровом двигателе.

Генератор работает следующим образом.

Пусть через скользящий токоприемник (фиг.2) подается постоянный ток на обмотку возбуждения 8 якоря. Далее подается с помощью парораспределительного золотника пар через отверстие 13 в крышке 12 в правую полость 6 цилиндра. При этом под давлением пара якорь будет перемещаться влево и займет крайнее левое положение (фиг.1), при котором правый поршень (полюс 11) выдвинется из правой полости 6 цилиндра. Тогда возникающие в магнитопроводе 7 магнитные потоки Ф, замыкаясь через магнитопровод 2, будут стремиться переместить якорь вправо для занятия им центрального нейтрального положения внутри статора 1 строго между его обмотками 3 и 4, представляющих в данном случае соленоиды. Однако при обеспечении условий прекращения подачи пара в правую полость 6 цилиндра и выпуска отработанного пара через отверстие 13 в крышке 12 и в силу действия инерционных сил, обусловленных массой якоря, последний переместится далее вправо до крайнего положения. При этом возникающие силы магнитного потока Ф в правой части статора будут действовать в противоположном направлении движения якоря, вызывая тем самым замедленное движение последнего до полной остановки в крайнем правом положении, после чего якорь под действием указанных магнитных сил начнет перемещаться влево до крайнего положения и т.д. В связи с отмеченным якорь со штоком 9 при отсутствии сил сопротивления (трение в опорах штока 9 и самой кинематической паре поршень (полюса 10 и магнитопровода 7) - цилиндр (внутренние полости 5 и 6 статора), сопротивление воздуха и т.д.) будет совершать бесконечно возвратно-поступательное движение с определенными значениями частоты f и амплитудой А, зависящих от конструктивных и электротехнических параметров генератора.

Таким образом, благодаря взаимодействию магнитных и инерционных сил каждый генератор будет обладать собственными значениями частоты f и амплитуды А.

Для наведения ЭДС переменного тока в силовых обмотках статора необходимо подавать с учетом приходящейся на генератор нагрузки пар под давлением поочередно в полости 5 и 6 статора 1 через парораспределительный золотник в резонансном режиме, обеспечивающем частоту и амплитуду возвратно-поступательного движения якоря со штоком, совпадающим с собственными значениями частоты f и амплитуды A генератора. При этом инерционное сопротивление генератора будет равным нулю.

Таким образом, конструкция предлагаемого генератора обеспечивает возможность работы его в режиме парового поршневого двигателя, необходимого для осуществления возвратно-поступательного движения якоря с заданными частотой и амплитудой с целью наведения ЭДС переменного тока в силовых обмотках статора.

Применение предлагаемого генератора в народном хозяйстве позволит значительно повысить эффективность использования природных топливных ресурсов, а также улучшить бытовые условия в отдаленных от централизованной электросети местах.

Источники информации
1. Патент РФ 2133545, МПК 6 Н 02 К 35/02; 27/06, опубл. 20.07.99, БИ 20.

Использование: при проектировании и строительстве электростанций малой мощности для бытовых нужд в отдаленных от централизованной электросети местах. Полый статор из ферромагнитного материала выполнен из двух частей, установленных жестко внутри магнитопровода на расстоянии, обеспечивающем достаточное магнитное сопротивление. В наружных кольцевых пазах частей статора уложены силовые обмотки. Внутренние полости частей статора являются его рабочими цилиндрами. Якорь с намотанной в его кольцевой паз обмоткой возбуждения установлен во внутренней полости статора, а его полюса выполняют функции поршней первичного поршневого двигателя. Технический результат заключается в обеспечении работы без отдельного приводного двигателя. 2 ил.

Генератор переменного тока, содержащий полый статор, выполненный из ферромагнитного материала из двух частей, кольцевые пазы которых предназначены для силовых обмоток, и якорь, установленный во внутренней полости полого статора и включающий в себя магнитопровод с полюсами и с намотанной в его наружный кольцевой паз обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что полый статор снабжен магнитопроводом, кольцевые пазы двух его частей, предназначенные для силовых обмоток, выполнены на наружной поверхности его частей, установленных жестко внутри магнитопровода полого статора, при этом внутренние полости полого статора являются рабочими цилиндрами поршневого двигателя, а полюса магнитопровода якоря выполняют функции его поршней.