Вітровий теплогенератор з самозбудженням

Пропонований винахід відноситься до індукційних нагрівних пристроїв, призначених для перетворення механічної енергії в теплову. Відома установка для одержання гарячої води з прямим безперервним пеое-творенням енергії вітру в теплову енергію, в якій енергія від вала вітродвигуна передається для приводу насоса або мішалки [Патент 385613 Швеція, МПК7 F03D9/02, опубл. 12.07.1976]. При роботі насоса вода циркулює в замкнутому об'ємі з достатньо високою швидкістю, при цьому енергія руху за рахунок тертя перетворюється в теплову енергію Недоліком названої установки є її складність і дороговизна, обумовлені потребою протяжних трубопроводів високого тиску. Відомий також індукційний перетворювач вітрової енергії в теплову [Патент 771 А Україна, МПК7 F03D7/06, опубл. в бюл. №2, 2001], що містить нерухомий індуктор в вигляді індукційної обмотки, збудженої постійним струмом, розташованої на кільцевому магнітопроводі, рухомий кільцевий магнітопровід, зв'язаний з валом вітродвигуна, в прилеглих торцях магнітопроводів утворено радіальні зубці з постійним кроком і по кільцевій канавці, що ділить їх за площею поперечного перерізу навпіл, магнітопроводи установлені співвісно в резервуарі з теплоакумулюючою рідиною з фіксованим зазором між прилеглими торцями. Недолік відомого пристрою є його низька надійність, обумовлена індукуванням в обмотці е.р.с. змінною складовою магнітної індукції, що може призвести до пробою ізоляції обмотки. Крім того, потреба в джерелі збудження ускладнює пристрій та збільшує його вартість Найбільш близьким за технічною сутністю до описаного вибрано індукційний перетворювач механічної енергії в теплову з пульсуючим магнітним потоком [Патент 47216 А Україна МПК7 F03D7/06. Оп убл. в бюл. №6, 2002], що містить нерухомий індуктор в вигляді кільцевої індукційної обмотки, розташованої в кільцевій канавці на нерухомому кільцевому магнітопроводі, і рухомий кільцевий магнітопровід, зв'язаний з валом вітродвигуна, установлений співвісно з нерухомим магнітопроводом і з фіксованим зазором між прилеглими торцями магнітопроводів, які поміщені в резервуар з теплоакумулюючою рідиною, в прилеглих торцях магнітопроводів утворені зубці з постійним кроком, розділені кільцевими канавками на зовнішні і внутрішні, рівні за площею, причому внутрішні зубці зсунуті відносно зовнішніх зубців на половину зубцевого кроку, а індукційна обмотка збуджена постійним струмом. Недолік відомого пристрою є потреба в автономному джерелі постійного струму, що ускладнює пристрій та збільшує його вартість. В основу винаходу поставлена технічна задача удосконалення вітрового теплогенератора з самозбудженням, за рахунок установки на зубцях нерухомого магнітопроводу додаткових обмоток ідентичного виконання, які розташовані симетрично на зубцях нерухомого магнітопроводу, і через послідовно з'єднані випрямляч і регулювальний резистор підімкнені до виводів обмотки збудження, в результаті чого відпадає потреба в автономному джерелі постійного струму, і за рахунок цього зменшується вартість вітрового теплогенератора, а також спрощується експлуатація вітрового теплогенератора та її вартість. Поставлена задача вирішується тим, що вітровий теплогенератор з самозбудженням, що містить нерухомий індуктор в вигляді обмотки збудження, розташованої в кільцевій канавці на нерухомому кільцевому магнітопроводі, і рухомий кільцевий магнітопровід, кінематичне зв'язаний з валом вітродвигуна, установлений співвісно з нерухомим магнітопроводом і з фіксованим зазором між прилеглими торцями магнітопроводів, які поміщені в резервуар з теплоакумулюючою рідиною, в прилеглих торцях магнітопроводів утворені радіальні зубці з постійним кроком, зубці нерухомого магнітопроводу розділені кільцевою канавкою на зовнішні і внутрішні, рівні за площею, причому внутрішні зубці зсун уті відносно зовнішніх на половину зубцевого кроку, згідно винаходу він містить додаткові обмотки ідентичного виконання, які розташовані симетрично на зубцях нерухомого магнітопроводу, з'єднані паралельно і через послідовно з'єднані випрямляч і регулювальний резистор підімкнені до виводів обмотки збудження. Установка додаткових обмоток на зубцях нерухомого магнітопроводу забезпечує індукування в них змінної е.р.с. при обертанні рухомого магнітопроводу; ідентичне виконання додаткових обмоток забезпечує рівність амплітудної величини індукованих в них е.р.с., а симетричне розташування додаткових обмоток на зубцях нерухомого магнітопроводу забезпечує одночасну зміну індукованих е.р.с. в часі; паралельне з'єднання додаткових обмоток забезпечує збільшення сумарної величини індукованого струму; підімкнення паралельно з'єднаних додаткових обмоток ідентичного виконання через послідовно з'єднані випрямляч і регулювальний резистор до виводів обмотки збудження забезпечує отримання випрямленого струму збудження необхідної величини. Таким чином, запропонований винахід забезпечує живлення обмотки збудження без автономного джерела постійного струму, в якості якого звичайно використовується акумуляторна батарея, в результаті чого зменшується вартість вітрового теплогенератора. Крім того, усунення акумуляторної батареї спрощує експлуатацію вітрового теплогенератора та її вартість. Технічна сутність і принцип дії запропонованого вітрового теплогенератора з самозбудженням пояснюється графічним матеріалом: на фіг.1 подано загальний вид вітрового теплогенератора з самозбудженням; на фіг.2 - нерухомий магнітопровід; на фіг.3 - р ухомий магнітопровід; на фіг.4 - електрична схема з'єднання додаткових обмоток з обмоткою збудження; на фіг.5 - розподіл магнітної індукції в зазорі між прилеглими торцями магнітопроводів і е.р.с. в додаткових обмотках. Вітровий теплогенератор з самозбудженням містить нерухомий індуктор 1 з обмоткою збудження 2, розташованою в кільцевій канавці 3, на нерухомому кільцевому магнітопроводі 4, і додатковими обмотками 5 та рухомий кільцевий магнітопровід 6, кінематичне зв'язаний з валом 7, що обертається за рахунок енергії вітру від вітродвигуна 8. Магнітопроводи 4,6 установлені співвісно та поміщені в резервуар 9 з теплоакумулюючою рідиною 10. В прилеглих торцях магнітопроводів 4,6 виконані пази 11,12,13 що утворюють зубці 14,15,16 з постійним зубцевим кроком 17. Причому внутрішні зубці 15 нерухомого магнітопроводу 4, що обхвачені кільцевою канавкою 3, зсунуті відносно відповідних зовнішніх зубців 16 на половину зубцевого кроку 17. Кільцева канавки 3 ділить зубці 15,16 нерухомого магнітопроводу 4 за площею поперечного перерізу навпіл. Для цього квадрат діаметра середньої лінії кільцевої канавки 3 повинен дорівнювати напівсумі квадратів зовнішнього та внутрішнього діаметрів магнітопроводу 4: (Dк )2=0,5.[(D з)2+(Dвн)2] де Dк - діаметр середньої лінії кільцевої канавки; Dз і Dвн - зовнішній і внутрішній діаметр нерухомого магнітопроводу. Нерухомий магнітопровід 4 закріплено в резервуарі 9 на магнітоізолюючих опорах 18. Радіально-упорний підшипник 19 забезпечує фіксований зазор 20 між зубцями магнітопроводів 4,6. Додаткові обмотки 5 ідентичного виконання розташовані симетрично на зубцях 16 нерухомого магнітопроводу 4, з'єднані паралельно і через послідовно з'єднані випрямляч 21 і регулювальний резистор 22 підімкнені до виводів обмотки збудження 2. Пристрій працює таким чином. Перед установкою в експлуатацію магнітопро-води 4,6 намагнічуються від обмотки збудження 2 шляхом підключення її до стороннього джерела живлення постійного струму. Надалі магнітопроводи 4,6 залишаються в намагніченому стані за рахунок остаточного магнетизму. При обертанні рухомого магнітопроводу 6, який кінематичне, зв'язаний з валом 7 вітродвигуна 8, змінюється зазор 20 між зубцями 14 і 15,16 магнітопроводів 6,4. При зміні зазору 20 змінюється і магнітна індукція в зубцях 16, на яких розташовані додаткові паралельно з'єднані обмотки 5 ідентичного виконання, в результаті чого в додаткових обмотках 5 індукується е.р.с., під дією якої через послідовно з'єднані випрямляч 21 і регулювальний резистор 22 випрямлений струм протікає по обмотці збудження 2 і утворене магнітне поле збудження додатково підмагнічує магнітопроводи 4,6. Зубці, 14,15,16 магнітопроводів 4,6 намагнічуються магнітним полем збудження в одному напрямі одночасно. Із-за зубчастої будови торців магнітопроводів 4,6 магнітний потік, що замикається через них, не буде розподілятися рівномірно. Більша його частина проходитиме через ділянки, де зубець 14 рухомого магнітопроводу 6 розташується над зубцем 15 або 16 нерухомого магнітопроводу 4, а найменша - на ділянці, де зубець 14 рухомого магнітопроводу 6 розташується над пазом 12 або 13 нерухомого магнітопроводу 4. При цьому між зубцями 14 рухомого магнітопроводу 6 та зубцями 15 або 16 нерухомого магнітопроводу 4 змінюється зазор 20, а отже і магнітна індукція в ньому. В результаті цього крива 23 розподілу магнітної індукції в зазорі 20 між зубцями 14 рухомого магнітопроводу 6 та зовнішніми зубцями 16 нерухомого магнітопроводу 4 набуде пилковидного характеру, і матиме вигляд, представлений на фіг. 4. Крива розподілу магнітної індукції в зазорі 20 між зубцями 14 рухомого магнітопроводу 6 та внутрішніми зубцями 15 нерухомого магнітопроводу 4 матиме подібний характер із зсувом на 180°. Змінна магнітна індукція в зовнішніх зубцях 16 індукує в кожній додатковій обмотці 5 змінну е.р.с., (крива 24). Для даного моменту часу, коли над зовнішнім зубцем 16 знаходиться зубець 14, індукція в зазорі 20 над зовнішнім зубцем 16 має максимальне значення B d max , а над внутрішнім зубцем 15 мінімальне значення B d min . При обертанні рухомого магнітопроводу 6, коли над зовнішнім зубцем 16 розташується паз 11 рухомого магнітопроводу 6, індукція в зазорі 20 над зовнішнім зубцем 16 зменшується до B d min , а над внутрішнім зубцем 15 збільшиться до B d max . Таким чином, при обертанні рухомого магнітопроводу 6, кінематичне зв'язаного з валом 7 вітродвигуна 8, що обертається за рахунок енергії вітру, індукція в зазорі 20 і зубцях пульсує, не змінюючи знаку від B d max до B d min . Її можна представити в вигляді двох складових: змінної з амплітудою B d ~ = 0,5(B d max - B d min ) і постійної, рівній B d = = 0,5(B d max + B d min ) Змінна складова магнітного поля індукує в додаткових обмотках 5 і магніто-проводах 4,6 змінну е.р.с. частотою f=Zn де Z - кількість зубців на рухомому магнітопроводі; n - частота обертання рухомого магнітопроводу, с-1 . Е.р.с. в додаткових обмотках 5 живить обмотку 2 збудження випрямленим струмом, а е.р.с. в магнітопроводах створює ви хрові струми в ни х. Ви хрові стр уми за законом Джоуля - Ленца нагрівають магнітопроводи 4,6 а від них нагрівається те-плоакумулююча рідина 10 в резервуарі 9, яка може використовуватися для обігріву споруд, парників та теплиць. Постійна складова магнітного потоку ніяких е.р.с. не індукує, тому ця частина магнітного потоку не приймає участі в перетворенні механічної енергії вітру в теплову. В результаті зсуву вн утрішніх зубців 15 відносно зовнішніх зубців 16 нерухомого магнітопроводу 4 на половину зубцевого кроку 17 сумарний магнітний опір в магнітопроводах 4,6 і магнітний потік в них залишаються постійними, а тому останній не індукує змінної е.р.с. в обмотці збудження 2.