Электродвижитель для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения Российский патент 2018 года по МПК H02P9/00 H02P9/04 

Область техники, к которой относится группа изобретений

Электродвижитель для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения - это источник свободный механической энергии. Электродвижитель может быть применен в отрасли электроэнергетики, автомобильной и военной промышленности, космической отрасли.

Уровень техники

Электродвижитель для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения по отношению к другим источникам энергии (где также двигатель и генератор (обычной конструкции) находится на одном валу плюс всякого рода усилители тока), его преимущество заключается в компоновке электродвижителя и конструкции асинхронного генератора скольжения. Где потери мощности на обеспечение себя электропитанием не превышают пятидесяти процентов от своей номинальной мощности, независимо от внешней нагрузки какой-либо рабочей машины, подсоединенной на выходной вал электродвижителя, а значит, остается свободная механическая энергия в виде вращающего момента.

Раскрытие сущности группы изобретения

Техническое решение электродвижителя для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения заключается в том, что берем любой мощности двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением и рассчитываем для него асинхронный генератор скольжения и повышающий трансформатор напряжения. Сущность изобретения электродвижителя заключается в том, что двигатель постоянного тока затрачивает не больше пятидесяти процентов своей мощности на вращение асинхронного генератора скольжения для обеспечения себя электропитанием благодаря конструкции асинхронного генератора скольжения независимо от внешней нагрузки на выходном валу электродвижителя, которая не должна превышать номинальную мощность двигателя постоянного тока. Существенное отличие в конструкции асинхронного генератора скольжения от своих прототипов в том, что статор свободно вращается вокруг продольной оси ротора и число пар полюсов ротора равно числу фаз статора. Фазы статора соединены в звезду. Тем самым, нагружая двигатель постоянного тока до его номинальной мощности, возникающий электромагнитный момент в статоре асинхронного генератора скольжения незначительно оказывает сопротивление на вращение ротора и статора асинхронного генератора скольжения (т.е. динамический момент инерции статора), и соответственно потери мощности двигателя постоянного тока при вращении асинхронного генератора скольжения незначительно изменяются. Возбуждение асинхронного генератора скольжения имеет прямую зависимость от тока якоря двигателя постоянного тока, так как обмотка возбуждения асинхронного генератора скольжения подсоединена последовательно к якорю двигателя постоянного тока и величина тока зависит от внешней нагрузки на выходном валу электродвижителя. Частота вращения ротора асинхронного генератора скольжения постоянна и равна частоте вращения якоря двигателя постоянного тока, так как их валы соединены между собой. Частота вращения статора асинхронного генератора скольжения относительно ротора зависит от скольжения, то есть от величины протекающего в нем тока, который пропорционален току, протекающему через якорь двигателя постоянного тока и обмотку возбуждения ротора асинхронного генератора скольжения, а значит, зависит от внешней нагрузки на выходном валу электродвижителя. Частота тока статора тоже меняется пропорционально скольжению. То есть после ввода в работу электродвижителя на валу двигателя постоянного тока сидит постоянная нагрузка в виде вращения ротора (за счет соединения с валом двигателя постоянного тока) и статора (за счет электромагнитного момента) асинхронного генератора скольжения. При использовании оставшейся свободной энергии, то есть нагружая двигатель постоянного тока до его номинальной мощности, подсоединив какую-либо рабочую машину на выходной вал электродвижителя, ток якоря двигателя постоянного тока соответственно увеличивается, а с ним ток возбуждения ротора асинхронного генератора скольжения тоже увеличивается и при этом уменьшается скольжения статора относительно ротора, а значит, уменьшается частота тока статора. Тем самым генерированное значение переменного напряжения статора асинхронного генератора изменяется и поддерживается в тех пределах, которые после его выпрямления достаточны для электропитания двигателя постоянного тока. При уменьшении внешней нагрузке происходит наоборот, то есть ток возбуждения ротора уменьшается, а частота тока статора увеличивается. Этот процесс, можно назвать саморегулирование электропитания двигателя постоянного тока при увеличении или уменьшении нагрузки на выходном валу электродвижителя.

Краткое описание чертежей

1. На фиг. 1 изображена структурная схема электродвижителя для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения.

2. На фиг. 2. изображена структурно-принципиальная электрическая схема электродвижителя со вторым способом ввода в работу:

где G - асинхронный генератор скольжения;

М - двигатель постоянного тока с параллельном возбуждение (две обмотки возбуждения);

M1 - стартер;

GB - аккумуляторная батарея;

TL - повышающий трансформатор напряжения;

LG - обмотка возбуждения асинхронного генератора скольжения;

LMп - пусковая обмотка возбуждения двигателя постоянного тока;

LMp - рабочая обмотка возбуждения двигателя постоянного тока;

LM1ст - обмотка возбуждения стартера;

KL, KL1 - реле постоянного напряжения;

КМ - реле переменного напряжения;

VD - диодный мост;

С - конденсатор;

RG - шунтирующий реостат;

SB1, SB2 - кнопочный выключатель.

3. На фиг. 3 изображен асинхронный генератор скольжения электродвижителя в разрезе.

4. На фиг. 4 изображена бочка статора и ротора асинхронного генератора скольжения в разрезе.

5. На фиг. 5 изображена станина асинхронного генератора скольжения.

6. На фиг. 6 изображен щит асинхронного генератора скольжения.

Осуществление изобретения

Электродвижитель (Фиг. 1) для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения состоит из двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (1), асинхронного генератора скольжения (2), повышающего трансформатора напряжения (3), выпрямительного устройства (4), аккумуляторной батареи (5), стартера (6) или инвертора с выпрямительным устройством (7), устройства автоматики и соединительных проводов (8). Вал двигателя постоянного тока соединен с помощью муфты (9) с валом ротора асинхронного генератора скольжения, на другой конец вала асинхронного генератора скольжения (выходной вал электродвижителя (10)) подсоединяется рабочая машина (редуктор, генератор и т.д.), которая будет использовать свободную механическую энергию двигателя постоянного тока.

Повышающий трансформатор напряжения имеет четыре первичные обмотки, соединенные в звезду и подключенные к щеточному аппарату статора асинхронного генератора скольжения, и одну вторичную обмотку, подключенную к выпрямительному устройству.

Выпрямительное устройство представляет собой однофазный полномостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов и конденсатора, подключенного параллельно к выходу постоянного напряжения.

Один вывод выпрямительного устройства (выход постоянного напряжения) подсоединен к одному концу обмотки ротора асинхронного генератора скольжения (то есть на один полюс щеточного аппарата ротора асинхронного генератора скольжения), другой вывод - к концу обмотки якоря постоянного тока. Другой конец обмотки якоря двигателя постоянного тока подсоединен к второму полюсу щеточного аппарата ротора асинхронного генератора скольжения. То есть обмотка ротора асинхронного генератора скольжения (обмотка возбуждения) соединена последовательно с обмоткой якоря двигателя постоянного тока.

Асинхронный генератор скольжения (Фиг. 3) состоит из ротора (1) с восьмью явно выраженными полюсами, четырехфазного статора (2), вращающегося вокруг продольной оси ротора, щеточного аппарата ротора (4) и щеточного аппарата статора (5). Статор соединен шпильками крепления (10) к щитам статора (5). Щиты статора надеты и закреплены на наружном кольце подшипников качения (6) вала ротора (8), и благодаря этому статор свободно вращается вокруг ротора. Подшипники качения зафиксированы стопорными кольцами (9) на валу ротора. Ротор изолирован от станины статора изолирующими шайбами (11). Четыре фазы статора расположены под углом 90° относительно друг друга и соединены в звезду. Провода фаз статора и ротора выводятся через специальные отверстия (12) на щеточный аппарат. Щеточный аппарат статора состоит из пяти колец, ротора из двух. Устройство автоматики состоит из трех реле, кнопочного выключателя, шунтирующего реостата и соединительных проводов.

Ввод в работу электродвижителя можно осуществлять двумя способами. Первый способ осуществляется с помощью аккумулятора, инвертора (преобразователя напряжения DC/AC) с выпрямительным устройством для задания начального вращения якоря двигателя постоянного тока и начального возбуждения асинхронного генератора скольжения. Одна сторона инвертора подключается к аккумулятору, другая - к выпрямительному устройству (в виде однофазного полномостового выпрямителя, состоящего из четырех диодов с конденсатором подключенным параллельно к выходу постоянного напряжения). Далее выводы постоянного напряжения выпрямительного устройства подключены параллельно к выводам выпрямительного устройства электродвижителя через кнопочный выключатель. При кратковременном нажатии кнопки кнопочного выключателя задаем начальное движение якоря двигателя постоянного тока и возбуждение асинхронного генератора скольжения. Через несколько секунд отпускаем кнопку, то есть разрываем электропитание от аккумулятора и электродвижитель входит в нормальный режим работы, то есть на полное самообеспечение электропитанием от асинхронного генератора скольжения.

Второй способ (Фиг. 2) осуществляется с помощью аккумулятора и стартера. Аккумулятор кратковременно подает электропитание с помощью устройства автоматики параллельно на запуск стартера и на одну из обмоток возбуждения двигателя постоянного тока. Стартер приводит в движение свободный вал якоря двигателя постоянного тока со стороны коллектора с помощью шестерни, надетой на вал. При этом двигатель постоянного тока во время пуска работает в генераторном режиме, а при установившемся рабочем напряжении фаз статора асинхронного генератора скольжения с помощью устройств автоматики разрывается электропитание от аккумулятора и запитывается от асинхронного генератора скольжения, то есть переходит в нормальный двигательный режим работы двигателя постоянного тока.

Вывод из работы электродвижителя осуществляется с помощью кнопочного выключателя и шунтирующего реостата, то есть разрываем электропитание от асинхронного генератора скольжения и шунтируем обмотку возбуждения ротора асинхронного генератора скольжения.

Пример расчета электродвижителя для получения свободной энергии, используя асинхронный генератор скольжения был выполнен для двигателя постоянного тока типа ПЛ-062 УХЛ4.

Данные двигателя постоянного тока:

Р_н=120 Вт - номинальная мощность двигателя; I_н=0,95 А - номинальный ток;

U_H= - 220 В - номинальное постоянное напряжение;

n=3000 об/мин - количество оборотов ротора в одну минуту.

В примере расчета электродвижителя был использован второй способ ввода в работу электродвижителя.

Расчет асинхронного генератора скольжения производился по методике конструктивного расчета асинхронного двигателя с добавлением некоторых пунктов конструктивного расчета синхронного генератора.

Расчет повышающего трансформатора напряжения производился по методике расчета маломощных силовых трансформаторов.

Технический результат данного примера расчета электродвижителя для двигателя постоянного тока типа ПЛ-062 УХЛ4:

1. Данные асинхронного генератора скольжения.

Р_н=300 Вт - номинальная мощность асинхронного генератора скольжения; U_н=30 В - номинальное переменное напряжение; f_рот=200 Гц - номинальная частота тока ротора; f_ст=50 Гц - номинальная частота статора; n_рот=3000 об/мин - количество оборотов ротора в одну минуту; количество фаз статора - 4; количество пар полюсов статора - 1, обмотки фаз статора расположены под углом 90° друг к другу, количество пар полюсов ротора - 4. Статор: сердечник статора из листов холодной изотропной электротехнической стали 0.5 мм марки 2013, трапецеидальный полузакрытый паз, всыпная петлевая концентрическая однослойная обмотка. Изолирование листа стали - оксидирование (К_с=0,97 - коэффициент заполнения стали).

Провод круглый медный марки ПЭТВ (класс изоляции В):

Сечение провода - 0,636 мм²; диаметр неизолированного провода - 0,9 мм; диаметр изолированного провода - 0,965 мм; число пазов - 24; количество зубцов пазов на полюс - 3; количество катушечных групп - 4; шаг обмотки - 12; зубцовое деление - 10,5 мм; количество проводников в пазу - 57; число параллельных ветвей в пазу - 1; количество последовательно соединенных витков в фазе обмотки статора - 171.

Однослойная концентрическая обмотка. Толщина изоляции для полузакрытого паза при классе нагревостойкости В:

по ширине - 0,38 мм, по высоте - 0,19 мм.

Коробка пазовая - пленка полиэтилентерефталатная ПЭТФ (0,19 мм).

Крышка пазовая - пленка полиэтилентерефталатная ПЭТФ (0,25 мм).

Прокладка междуфазовая в лобовых частях – пленкоасбокартон.

Изоляция внутримашинных соединений и выводных концов - трубка изоляционная ТКСП; бандаж лобовых частей - нить полиэфирная; пропитка - лак МЛ-92 или компаунд КП-34; покрытие лобовых частей - эмаль ГФ-92-ГС.

Ротор: Сердечник ротора из листов электротехнической стали 1 мм. марки 3411. Изолирование листа стали - оксидирование (К_с=0,97 - коэффициент заполнения стали).

Количество пазов ротора - 8; зубцовое деление ротора - 30,8 мм; высота катушки полюса - 20 мм.

Провод круглый медный марки ПЭТВ (класс изоляции В):

Сечение провода - 0,246 мм²; диаметр неизолированного провода - 0,56 мм; диаметр изолированного провода - 0,615 мм.

Воздушный зазор: δ=0,7 мм.

Вал: Сталь 45.

Подшипник: Шариковый радиальный однорядный: серии 302 - 2 шт., серии 202 - 4 шт.

Щиты генератора: Алюминиевый сплав Ал2 или Ал9.

Муфта: МУВП-15.

Контактные кольца: медные.

Щетки: металлографитные.

Станина генератора: чугун.

2. Данные повышающего трансформатора напряжения

U_н=280 В - номинальное переменное напряжение вторичной обмотки.

U_1,2,3,4=30 В - номинальное переменное напряжение первичной обмотки.

К_т=9,333 - коэффициент трансформации; f=50 Гц - номинальная частота напряжения; I_н=0,95 А - номинальный ток вторичный обмотки.

S_н=300 ВА - номинальная мощность вторичной обмотки.

S_1,2,3,4=S_н/4=75 ВА - номинальная мощность первичной обмотки.

Сталь в сердечник трансформатора холоднокатаную марки Э310 с толщиной листа 0,35 мм или 3411 с толщиной 0,5 мм. Сердечник стержневой ленточный. Типоразмер магнитопровода ПЛ 25×50×65.

Количество первичной обмотки - 4; количество вторичной обмотки - 1; количество витков первичной обмотки - 98; количество витков вторичной обмотки - 958.

Провод эмалированный марки ПЭВ-1 с параметрами:

Сечение провода первичной обмотки - 0,6793 мм².

Сечение провода вторичной обмотки - 0,4072 мм².

Толщина между слоями - 0,09 мм (пропитанная бумага марки ЭИП-50).

Наружная изоляция - 0,2 мм (бумага марки ЭИП-66Б).

Изоляция поверх каркаса - 0,2 мм (бумага марки ЭИП-66Б).

Изоляция между обмотками - 0,3 мм (бумага марки ЭИП-66Б).

3. Данные расчета баланса мощностей..

Общие потери мощности двигателя постоянного тока (ДПТ) на вращение асинхронного генератора скольжения:

ΔР_м=Р_тр+Р_мех+Р_щ=43,5 Вт,

где ΔР_м - общие потери мощности двигателя постоянного тока (ДПТ) на вращение асинхронного генератора скольжения;

P_тр - требуемая мощность двигателя постоянного тока на вращение асинхронного генератора скольжения, при номинальной мощности ДПТ;

P_мех - потери мощности ДПТ на трение в подшипниках;

P_щ - потери мощности ДПТ на трение щеток о контактные кольца.

Полезная мощность ДПТ или свободная энергия электродвижителя:

P_п=P_н-ΔР_м=120-43,5=76,5 Вт,

где P_п - полезная мощность ДПТ или свободная энергия электродвижителя;

P_н - номинальная мощность ДПТ;

ΔР_м - общие потери мощности двигателя постоянного тока (ДПТ) на вращение асинхронного генератора скольжения.

Коэффициент свободной энергии ДПТ при номинальном режиме:

η=(P_п/P_н)×100%=(76,5/120)×100%=63,7%,

где η - коэффициент свободной энергии ДПТ при номинальном режиме

P_п - полезная мощность ДПТ или свободная энергия электродвижителя;

P_н - номинальная мощность ДПТ.

Далее был сделан расчет для двигателя постоянного тока типа 2ПБ160М УХЛ4. Данные двигателя постоянного тока:

Р_н=7100 Вт - номинальная мощность двигателя; I_н=36,5 А - номинальный ток; U_н= - 220 В - номинальное постоянное напряжение;

n=3000 об/мин - количество оборотов ротора в одну минуту.

Данные расчета баланса мощностей:

Общие потери мощности ДПТ на вращение асинхронного генератора скольжения:

ΔР_м=1438 Вт.

Полезная мощность ДПТ или свободная энергия электродвижителя:

Р_п=5257 Вт.

Коэффициент свободной энергии ДПТ при номинальном режиме:

η=74%.

После этого расчета был сделан вывод, что при увеличении мощности двигателя постоянного тока потери мощности его на вращение асинхронного генератора скольжения уменьшаются, тем самым увеличивая процент выхода свободной энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автомобильной военной промышленности и в космической отрасли. Техническим результатом является обеспечение саморегулирования электропитания при изменяющейся нагрузке на выходном валу. Электродвижитель для получения энергии, используя асинхронный генератор скольжения, состоит из двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, асинхронного генератора скольжения, выпрямительного устройства, аккумуляторной батареи, стартера или инвертора с выпрямительным устройством, устройств автоматики и соединительных проводов. Вал двигателя постоянного тока соединен с валом асинхронного генератора скольжения. Другой конец вала асинхронного генератора скольжения (выходной вал электродвижителя) соединяется с какой-либо рабочей машиной, используя мощность двигателя постоянного тока. Ввод в работу электродвижителя происходит с помощью аккумулятора, стартера или инвертора с выпрямительным устройством. Далее электропитание двигатель постоянного тока получает от асинхронного генератора скольжения, повышающего трансформатора напряжения и выпрямительного устройства, то есть полностью обеспечивает себя электропитанием. Асинхронный генератор состоит из ротора и статора, который свободно вращается вокруг ротора. Потери мощности двигателя постоянного тока на обеспечение электропитанием незначительно зависят от нагрузки на выходном валу электродвижителя и не превышают пятидесяти процентов от номинальной мощности двигателя постоянного тока. Остальная часть мощности двигателя постоянного тока представляет собой механическую энергию, которую можно использовать, соединив выходной вал электродвижителя с валом редуктора, рабочего колеса какой-либо рабочей машины или для выработки электрической энергии, соединив с генератором обычной конструкции. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для получения энергии, состоящее из: двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением, вал вращения которого соединен с одним концом вала вращения асинхронного генератора скольжения, а другой конец вала вращения асинхронного генератора скольжения используется для передачи механической энергии двигателя постоянного тока внешней нагрузке; асинхронного генератора скольжения, где его обмотка возбуждения ротора соединена последовательно с обмоткой якоря двигателя постоянного тока через свои щеточные аппараты и вместе они подсоединены к выпрямительному устройству со стороны выхода выпрямленного напряжения выпрямительного устройства; выпрямительного устройства, где его вход переменного напряжения подсоединен к вторичной обмотке повышающего трансформатора напряжения; повышающего трансформатора напряжения, где его первичная обмотка подсоединена к щеточному аппарату статора асинхронного генератора скольжения; электропитание двигатель постоянного тока в момент его пуска до достижения набора его валом вращения номинальной скорости вращения получает от аккумулятора через инвертор (преобразователь напряжения DC/AC) с выпрямительным устройством или от аккумулятора совместно со стартером, а затем переходит на электропитание от асинхронного генератора скольжения через повышающий трансформатор напряжения и выпрямительное устройство, используя устройства автоматики.

2. Асинхронный генератор скольжения, состоящий из статора, ротора с явно выраженными полюсами, статор имеет щеточный аппарат, так же как ротор, отличающийся тем, что статор установлен и закреплен на наружном кольце подшипников качения вала вращения ротора, используя щиты статора, благодаря этому статор может вращаться вокруг продольной оси ротора за счет электромагнитного момента, тем самым такая конструкция асинхронного генератора скольжения при применении его в устройстве для получения энергии по п. 1 позволяет поддерживать генерированное переменное напряжение статора в тех пределах, которые достаточны после его выпрямления для электропитания двигателя постоянного тока параллельного возбуждения независимо от его внешней нагрузки.