Спосіб генерування електрорушійної сили

Реферат: UA 93995 U UA 93995 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до сфери електромашинобудування, а саме - до уніполярних електричних генераторів, які застосовуються в електрохімії, електрометалургії, для живлення потужних електромагнітів електрофізичної апаратури, електроерозійної обробки металів, у гальванотехніці, при електроловлі риби тощо для отримання великих струмів різної форми 3 5 10 …10 А при напругах 1…200 В [1]. У загальному випадку подібні машинні джерела живлення повинні мати на періоді середню постійну складову генерування електрорушійної сили (ЕРС) та імпульси струмів різної полярності й амплітуди. У цій галузі конкуренцію електричним машинам створюють потужні напівпровідникові перетворювачі енергії, які перетворюють потужність до 20 МВт напругою 380 В та частотою 50 Гц у вихідні дані постійного струму напругою 0…6000 В при струмі до 120000 А за коефіцієнту корисної дії (ККД) до 90 %. При цьому деякі напівпровідникові перетворювачі енергії генерують імпульси регульованої форми постійного та змінного струмів із частотою 1000 Гц та вище. Переваги напівпровідникових перетворювачів енергії знижують ділянку застосування машинних уніполярних генераторів, які мають рухомий якір (і тому є менш надійними), мають менший ККД та потребують приводного двигуна. Але напівпровідникові перетворювачі енергії мають власні типові недоліки: вони потребують джерела енергії, що знижує загальний ККД, і шкідливо впливають на власне джерело живлення своїми вищими гармоніками напруги та струму. Відомий спосіб генерування ЕРС у мідному диску, умовні провідники якого у вигляді секторів мідного диска при обертанні проходять дві зони магнітного поля нерухомого індуктора (з наявним та відсутнім магнітним полем постійного магніту) і передають ЕРС на навантаження через з'єднані з його кінцями ковзні щітки чи інші пристрої аналогічного призначення. Спосіб було створено М. Фарадеєм у 1831 р. для демонстрації наведення ЕРС у провіднику (відповідний пристрій отримав назву "диск Фарадея") [2]. Недоліком даного способу є постійність величини ЕРС у часі та великі втрати енергії у зв'язку з тим, що ЕРС, яка створюється в секторі диска, що міститься під постійним магнітом нерухомого індуктора, замикається накоротко іншою частиною мідного диска, що знаходиться зовні дій магнітного поля. Через низький ККД "диск Фарадея" практично не застосовувався. Додатковим недоліком "диска Фарадея" є неможливість генерувати ЕРС заданої форми. Відомий спосіб генерування ЕРС незмінного спрямування зі змінною протягом періоду величиною в ізольованому електричному провіднику якоря, що при обертанні послідовно проходить зони нерухомого індуктора, у яких магнітні поля однакового спрямування стрибком змінюють магнітну індукцію в межах від мінімального до максимального значення та навпаки, і передає ЕРС провідника на навантаження через з'єднані з його кінцями ковзні щітки чи інші пристрої аналогічного призначення [3]. Недоліком даного способу є генерування упорядкованих однакових прямокутних імпульсів ЕРС однакового спрямування, що не завжди відповідає вимогам технології виконуваної роботи. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі за сукупністю суттєвих ознак є вибраний як найближчий аналог відомий спосіб генерування ЕРС в ізольованому електричному провіднику якоря, який при обертанні послідовно перетинає магнітні силові лінії різних зон магнітного поля нерухомого індуктора з різними магнітними полями і передає ЕРС на навантаження через з'єднані з його кінцями ковзні щітки. Загальна форма магнітного поля нерухомого індуктора є зубчастою, на границях зон магнітного поля нерухомого індуктора магнітна індукція стрибком змінюється приблизно від нуля до максимального значення, протилежного для сусідніх зон спрямування. У результаті на навантаженні генеруються однакові за формою прямокутні імпульси ЕРС змінних напрямків [4]. Причинами, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату в найближчому аналогу (отримання ЕРС заданої довільної форми за період) є однакова наперед задана прямокутна форма зміни магнітної індукції для всіх полюсів та однаковість взаємного розміщення та геометричних розмірів полюсів. Недоліком прийнятого як найближчий аналог способу є порушення технологічних вимог стосовно генерування ЕРС заданої форми за період: генерується ЕРС у вигляді упорядкованих однакових за формою прямокутних імпульсів змінних напрямків, які не завжди відповідають вимогам технології виконуваної роботи. В основу корисної моделі поставлено задачу отримання ЕРС довільної форми, заданої за період на основі технологічних вимог до виконуваної роботи. Технічним результатом корисної моделі є отримання на навантаженні ЕРС, яка точно задовольняє потреби технологічного процесу виконуваної роботи, бо складається із заданої довільної послідовності ділянок заданої потрібної форми, величини та напрямків. 1 UA 93995 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Причинами, які перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату в найближчому аналозі (довільність форми ЕРС на навантаженні за період), є отримання змінної ЕРС з однаковою формою позитивної та негативної хвилі через задані умови генерування: однаковість геометричних розмірів зон магнітного поля нерухомого індуктора, величин повітряного проміжку та намагнічуючої сили. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення найближчого аналога за рахунок використання змінених умов генерування ЕРС: несиметричних, індивідуальних, довільних геометричних розмірів зон магнітного поля нерухомого індуктора; довільних величин повітряного проміжку; довільних величин та напрямків магнітної сили; створення індивідуальних магнітних полів, у яких величини, форми і напрямки визначають за заданою довільною формою зміни ЕРС за період. Загальні суттєві ознаки запропонованого способу генерування ЕРС зі змінною протягом періоду формою в ізольованому електричному провіднику якоря, які співпадають із суттєвими ознаками найближчого аналога, полягають у тому, що електричний провідник якоря при обертанні послідовно перетинає магнітні силові лінії різних зон магнітного поля нерухомого індуктора з різними магнітними полями і передає ЕРС на навантаження через з'єднані з його кінцями ковзні щітки чи інші пристрої аналогічного призначення. Суттєві ознаки запропонованого способу генерування ЕРС, що є достатніми у всіх випадках і характеризують запропоновану корисну модель, і полягають у тому, що загальна форма магнітного поля нерухомого індуктора є аналогічною до заданої довільної форми вихідної ЕРС за період. Даний спосіб проілюстровано на кресленні найпростішого генератора, на якому позначені елементи: 1 - окреслений жирними штриховими лініями нерухомий індуктор, який створює магнітне поле індуктора, що складається із зон магнітного поля у вигляді окреслених нежирними пунктирними лініями магнітів із позначеними літерами N і S напрямками їх магнітних полів, та зон магнітного поля 2, що складаються з проміжків між магнітами N і S нерухомого індуктора 1; 3 - електричний провідник, який може переміщуватись у напрямку стрілки V; 4 - електричні шини, які електрично з'єднані з електричним провідником 3 і можуть сумісно з ним переміщуватись у напрямку стрілки V; 5 - нерухомі електричні щітки; 6 - електричне навантаження. Алгоритм генерування ЕРС має такий вигляд (див. креслення): у нерухомому магнітному полі нерухомого індуктора 1, яке складається із зон магнітного поля, зайнятих магнітами з позначеними літерами N і S напрямками їх магнітних полів, та зон магнітного поля 2, які складаються з проміжків між магнітами N та S нерухомого індуктора 1, рухається з постійною швидкістю в напрямку стрілки V електричний провідник 3 сумісно з шинами 4, до яких провідник 3 електрично приєднаний своїми кінцями. При проходженні зон магнітного поля нерухомого індуктора в провіднику 3 за законом електромагнітної індукції наводиться ЕРС, яка знімається нерухомими щітками 5 і передається на електричне навантаження 6. При цьому на основі закону електромагнітної індукції на шинах 4 провідником 3 створюється ЕРС, миттєві значення якої залежать від величини магнітної індукції в зонах магнітних полів (тобто від геометричної форми конкретного магніту, величини повітряного проміжку під полюсами та струму збудження обмоток магнітів). Магніти можуть мати обмотки збудження постійного чи змінного струму. Використання запропонованої корисної моделі дозволяє оптимальним чином наблизитись до технологічних вимог щодо генерування ЕРС із заданою довільною формою зміни миттєвих значень у часі, унаслідок чого підвищуються якість виконуваної роботи та ККД технологічної обробки. Джерела інформації: 1. Лившиц А.Л. Генераторы периодических импульсов сильного тока/ А.Л. Лившиц, И.С. Рогачев. -М. -Л.: Госэнергоиздат, 1959. 2. Фарадей М. Избранные работы по электричеству/ М. Фарадей. -М. -Л.: Гос. объед. научно-техн. изд-во, 1939. - 304 с. 3. Лившиц А.Л. Униполярный генератор постоянного тока. А. с. СССР № 104347, класс 21 d, 6 49m от 28.11.1951 г. - 3 с. 4. Менде Ф.Ф. Многополюсный униполярный генератор переменного тока [Електронний ресурс]/ Ф.Ф. Менде. - Режим доступу: http://fmnauka.narod.ru/UG.pdf. 60 2 UA 93995 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Спосіб генерування електрорушійної сили із заданою довільною протягом періоду формою в ізольованому електричному провіднику якоря, де якір при обертанні послідовно перетинає магнітні силові лінії різних зон магнітного поля нерухомого індуктора з різними магнітними полями і передає ЕРС на навантаження через з'єднані з його кінцями ковзні щітки чи інші пристрої аналогічного призначення, який відрізняється тим, що загальна форма магнітного поля нерухомого індуктора є аналогічною до заданої довільної форми вихідної ЕРС за період. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3