Автономна мобільна енергетична установка висоцького ю.є.

Реферат: Автономна мобільна енергетична установка, яка містить електрогенератор, що складається із статора з обмотками, ротора з обмотками, насадженого на вал, і корпуса, а також нерухому платформу, трансформатор і автоматичний перемикач. При цьому на нерухомій платформі радіально від її центру, в якому розміщений центральний електрогенератор, розташовані додаткові електрогенератори аналогічної конструкції, які через зубчасту або будь-яку іншу відому передачу кінематично пов'язані з центральним генератором, який приводить в дію всі додаткові електрогенератори, електричні виходи з яких об'єднані у єдину мережу, що підключена до трансформатора, а також, установка оснащена накопичувачем електроенергії з власним автоматичним перемикачем, причому вали всіх електрогенераторів виготовлені з неметалевого матеріалу, наприклад з твердого пластику або кераміки. UA 101109 U (54) АВТОНОМНА МОБІЛЬНА ЕНЕРГЕТИЧНА УСТАНОВКА ВИСОЦЬКОГО Ю.Є. UA 101109 U UA 101109 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергетичного машинобудування і стосується комплексних електрогенераторів для перетворення механічної енергії обертового руху з будьякого джерела в електричну та може бути використана в електроенергетичних установках різної потужності і призначення у побуті, промисловості, сільському господарстві, енергетиці та у інших галузях народного господарства. Загальновідомий звичайний генератор електричного струму, який має наступну конструкцію. В циліндричній порожнині статора, виготовленого із спеціальної електротехнічної сталі, обертається на металевому валу постійний магніт (у малопотужних генераторах) або електромагніт (у потужних) - ротор. Обмотка, в якій збуджується електрорушійна сила (ЕРС) індукції, вкладена у вигляді послідовно з'єднаних рамок у спеціальні пази статора. Доцільність робити обертовим електромагніт - ротор генератора, а не робочу обмотку генератора статором, пояснюється тим, що сила індукованого генератором (у статорі) електричного струму в багато разів більша за силу електричного струму в електромагніті (у роторі), а електричний струм великої потужності конструктивно дуже складно відводити від обертового ротора. Слабкий струм до обертового електромагніта (ротора) підводиться за допомогою ковзного контакту. Для цього ротор забезпечується контактними кільцями, які з'єднані з кінцями його обмоток, а нерухомі пластини - щітки, притиснуті до кілець, зв'язують обмотки ротора із зовнішнім колом. Обмотку статора, в якій індукується потужний електричний струм, нерухомими шинами з'єднують із лінією, якою електроенергія, передається до споживачів [див. підручник: Гончаренко С. І. Фізика. 11 клас, [підручник] / С. І. Гончаренко.-2-ге видання. - К.: Освіта, 1998. параграф 15 "Генератор змінного струму]. Основним недоліком відомого електрогенератора є те, що для примусового обертання ротора треба постійно підводити до нього механічну енергію, тобто він повинен бути "прив'язаний" до зовнішнього потужного джерела механічної енергії, окреме будівництво яких вимагає колосальних фінансових, матеріальних та інших видів витрат, наприклад гідроелектростанцій, паливних ресурсів для теплових електростанцій, бензину, дизельного пального для побутових генераторів тощо. Це не тільки безповоротні втрати, але й негативно впливає на довкілля через шкідливі викиди у атмосферу, що призводить до екологічних катаклізмів. З перелічених недоліків, зокрема не прив'язаність до джерел механічної енергії, є енергетична установка, що містить електрогенератор, який складається із статора з обмотками, ротора з обмотками, насадженого на металевий вал, корпуса із пресованих стальних пластин, а також нерухому карусель (платформу), трансформатор і автоматичний перемикач. Цей електрогенератор працює наступним чином. Подача струму до котушок ротора здійснюється через зовнішнє джерело електричної енергії, яке працює як стартер. Зовнішній електрострум потрапляє на котушки ротора, який збуджує процес вироблення електричного струму у статорі. Цей електричний струм надходить по провіднику до трансформатора, де від нього, розділившись, більшою часткою тече до споживача, а меншою часткою тече до перемикача. Саме ця частка струму підтримує постійну роботу електрогенератора без подальшого застосування стороннього джерела механічної енергії [див. пат. України № 14668 з класу Н02Р 5/00 опублікований 15.02.2006 рок в Бюл. № 5]. Основним недоліком відомого технічного рішення є значне обмеження потужності електрогенератора, що обумовлено його електротехнічними характеристиками - якої потужності будуть використані котушки, магніти та обмотки, таку потужність він й вироблятиме. Якщо споживачеві потрібно збільшити вироблення електроенергії, йому треба застосувати додаткові електрогенератори аналогічної конструкції та кожний з них оснащати трансформатором, перемикачем та стартовим джерелом механічної енергії, що ускладнює загальну конструкцію енергетичної установки, не дозволяє раціонально використовувати такі забезпечуючи засоби, як трансформатори, перемикачі та стартові засоби механічної енергії. Другим недоліком відомого технічного рішення є те, що у електрогенераторі використаний металевий вал для ротора, який має певну вагу (що зростає у геометричній залежності із збільшенням потужності електрогенератора), відбирає на себе частку енергії, потребує витрат на виготовлення та використання коштовного матеріалу - сталі певного хімічного складу та фізико-технічних властивостей. Третім недоліком відомого технічного рішення є невдосконаленість конструкції через відсутність у її складі накопичувача енергії для стартового засобу, який запускає електрогенератор в дію. Для пуску даного електрогенератора треба використовувати додаткове джерело механічної енергії, за яке доцільніше використати електродвигун. Проте такий електродвигун сам вживає електроенергію. Тому для запуску електрогенератора, його треба розташувати біля електромережі, щоб подати електрострум до стартового пристрою. Тому 1 UA 101109 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 місцерозташування такого генератора обмежене і визначається наявністю близькістю електромережі. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення загальної енергетичної потужності установки для вироблення електричного струму та повної автономності роботи за рахунок включення в систему вироблення електроструму додаткових електромагнітних засобів та накопичувача електроенергії для запуску енергетичної установки шляхом введення у загальну конструкцію додаткових електрогенераторів, що працюють від одного центрального та накопичувача електроенергії. Рішення поставленої задачі досягається тим, що енергетична установка, яка містить електрогенератор, що складається із статора з обмотками, ротора з обмотками, насадженого на вал, і корпуса, а також нерухому карусель (платформу), трансформатор і автоматичний перемикач, згідно з пропозицією, на нерухомій платформі радіально від її центру, в якому розміщений центральний електрогенератор, розташовані додаткові електрогенератори аналогічної конструкції, які через зубчасту або будь-яку іншу відому передачу кінематично пов'язані з центральним генератором, який приводить в дію всі додаткові електрогенератори, електричні виходи з яких, з'єднані у єдину мережу, що підключена до трансформатора, а також, установка оснащена накопичувачем електроенергії з власним перемикачем, причому вали всіх електрогенераторів виготовлені з неметалевого матеріалу, наприклад з твердого пластику або кераміки. Як накопичувач електроенергії доцільно використовувати звичайний акумулятор будьякої відомої конструкції, який або безпосередньо використовується для введення в дію центрального електрогенератора, або є джерелом електроенергії для зовнішнього стартового пристрою, наприклад звичайного електродвигуна будь-якої відомої конструкції. Завдяки наявності додаткових електрогенераторів та кінематичного зв'язку їх з центральним електрогенератором, останній може передавати їм енергію обертального руху свого ротора та саме так примушувати обертатися ротори периферійних електрогенераторів та виробляти ними додаткову електроенергію, яка частково спрямовується на центральний електрогенератор для підтримання його роботи, частково спрямовується на накопичувач електроенергії для підтримання його у зарядженому стані, а решта виробленої електроенергії спрямовується споживачеві, причому ця частка зростає у стільки разів, скільки застосовано в установці додаткових електрогенераторів. Загальну потужність запропонованої енергетичної установки можна регулювати не тільки кількістю додаткових електрогенераторів, але й за рахунок зміни передавального числа зубчастих кінематичних передач. Завдяки використанню для валів обертання неметалевих матеріалів, зменшуються втрати ЕРС, зменшується вага установки, а головне, спрощується технологія виготовлення валів. Адже пластикові чи керамічні вали можна виготовляти пресуванням чи литтям, що технологічніше, а отже автоматично приводить до зниження загальної вартості запропонованої енергетичної установки. Завдяки наявності у складі запропонованої електроенергетичної установки накопичувача електроенергії, установка стає дійсно автономною, оскільки для її запуску в роботу не треба використовувати додаткові зовнішні енергетичні ресурси. За суттю, уся система разом являє собою один потужний електрогенератор, який складається з декількох окремих. Оскільки запропонована енергетична установка сама себе живить, вона, безумовно, автоматична, може працювати скільки завгодно. Оскільки запропонована автоматична енергетична установка не "прив'язана" до зовнішнього джерела енергії, вона може бути розташована будь-де, а отже, є мобільною. Таким чином, уся сукупність суттєвих ознак, які отримані завдяки внесенню відповідних конструктивних змін у енергетичну установку, що складається з декількох електрогенераторів, об'єднаних кінематично у одну електромеханічну систему та оснащених загальним для всіх них трансформатором та накопичувачем електроенергії, дозволяють досягти певного технічного результату, сформульованого у постановці задачі. Подальша суть запропонованого технічного рішення пояснюється спільно з кресленнями, на яких зображене наступне: фіг. 1 - кінематична схема запропонованої автоматичної мобільної енергетичної установки, вигляд в плані; фіг. 2 - принципова схема запропонованої автоматичної мобільної енергетичної установки. Запропонована автономна мобільна енергетична установка, містить нерухому платформу 1, в центрі якої розташований центральний електрогенератор 2, обертовий вал 3 якого виступає зверху на межі платформи 1. На обертовий вал 3 насаджене зубчасте колесо 4 (шестірня). На нерухомій платформі 1, радіально від її центру, розташовані аналогічним способом (валами 3 доверху) додаткові електрогенератори 2 аналогічної конструкції з такими ж самими зубчастими колесами 4, які входять у зчеплення з центральним зубчастим колесом 4. Зовні платформи 1 2 UA 101109 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 розташований трансформатор 5 з автоматичним перемикачем 6 та накопичувач електроенергії 7 зі своїм автоматичним перемикачем 8. Електричні виходи 9 з додаткових електрогенераторів 2 об'єднані у єдину електромережу 10, яка підключена до трансформатора 5. Від трансформатора 5 відходять дві лінії. Одна лінія 11 передає електрострум споживачеві (це основна найбільша частина електроенергії, яку виробляє енергетична установка). Друга лінія 12 призначена для живлення центрального електрогенератора 2. Перемикач 6 дозволяє підключити до центрального електрогенератора 2 пусковий стартер будь-якої конструкції, наприклад, електричний двигун (не показаний), який потрібний для запуску енергетичної установки. Перемикач 8 дозволяє підключити до трансформатора 5 накопичувач електроенергії 7 будь-якої конструкції, наприклад, звичайний акумулятор, для його підзарядки. Цей накопичувач енергії 7 потрібний для живлення пускового стартера (у разі, якщо електрогенератор 2 має занадто велику потужність) або для безпосереднього спуска електрогенератора 2 (у разі, якщо електрогенератор 2 має помірну або невелику потужність), підключаючись до нього через перемикач 13. Обертові вали 3 всіх електрогенераторів 2 виготовлені з пластику або кераміки, що дає відчутний ефект (зниження ваги та вартості) при використанні в уставці великих електрогенераторів 2. З такою ж метою зубчасті колеса 4 та платформа 1, зовнішні корпуси електрогенераторів 2 також можуть бути виготовлені з неметалевих матеріалів, що, додатково, надасть енергетичній установці електричної безпечності при експлуатації. Запропонована автономна мобільна енергетична установка працює в такий спосіб. Запуск енергетичної установки може відбуватися двома способами. Або за допомогою перемикача 6 підключають пусковий стартер, наприклад, електродвигун, до накопичувача енергії 7 (або до зовнішнього джерела електроенергії) за допомогою якого установку запускають перший раз у дію, або за допомогою перемикача 13 накопичувач енергії 7 безпосередньо підключають до центрального електрогенератора 2. Після запуску центрального електрогенератора 2 в дію, обертання його ротора приводить в обертальний рух зубчасте колесо 4, яке, через зчеплення, приводить до обертального руху решту зубчастих коліс 4, а через них - обертання роторів додаткових електрогенераторів 2. Як тільки додаткові електрогенератори 2 починають виробляти електрострум, перемикач 6 відключає пусковий стартер і підключає другу лінію 12 електропередачі до центрального електрогенератора 2. Електричний струм, що виробляється кожним додатковим електрогенератором 2 надходить по єдиній електромережі 10 до трансформатора 5, де від нього, розділившись, більшою часткою передається по першій лінії 11 до споживача, а меншою часткою надходить через перемикач 6 до центрального електрогенератора 2 та через перемикач 8 до накопичувача енергії 7. Саме ця частка електричного струму підтримує постійну роботу запропонованої енергетичної установки та заряджає накопичувач енергії 7, якщо в цьому є потреба. Таким чином запропонована енергетична установка працює в автономному режимі без сторонньої механічної енергії скільки завгодно без втручання людини. Центральний електрогенератор 2 виявляється ведучим, решта електрогенераторів 2 є відомими. Але ведучим може бути й будь-який крайній (периферійний) електрогенератор 2, проте у цьому випадку зростає момент, що призводить до деякій втрати енергії установкою. Тому у якості ведучого доцільно використовувати центральний електрогенератор 2. Запропонована енергетична установка не приязна стаціонарно до зовнішнього джерела енергії, що дозволяє їй працювати автономно. А це, в свою чергу, робить електроенергію гранично дешевою. Загальна потужність установки може повністю забезпечити потреби промисловості та соціально-побутової сфери, не засмічувати довкілля. Запропонована енергетична установка може бути різної величини та потужності, може бути розташована на стаціонарній основі або на шасі будь-якого транспортного засобу, виготовлена як промисловий, так і побутовий прилад. Таку енергетичну установку можна використовувати у сонячних електромобілях - в них вже є накопичувач енергії - акумулятор, який може заряджатися від електрогенераторів. Тобто, така енергетична система не потребує налаштовування мережі зарядних станцій. Крім того, така установка дозволяє вилучити з електромобіля купу акумуляторів, та саме так зменшити його валу, підвищити вантажність тощо. Запропонована енергетична установка - це мобільний, компактний, автономний пристрій для виробництва електричної енергії, який працює даремно й безстроково, що є відмінною ознакою пропозиції, яка отримана завдяки запропонованій компонувальній схемі роботи декількох електрогенераторів у єдиній системі, центральний з яких є, за суттю, джерелом живлення інших додаткових електрогенераторів, що і є її технічними перевагами у порівнянні з прототипом. 3 UA 101109 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 1. Автономна мобільна енергетична установка, яка містить електрогенератор, що складається із статора з обмотками, ротора з обмотками, насадженого на вал, і корпуса, а також нерухому плаформу, трансформатор і автоматичний перемикач, яка відрізняється тим, що на нерухомій платформі радіально від її центру, в якому розміщений центральний електрогенератор, розташовані додаткові електрогенератори аналогічної конструкції, які через зубчасту або будьяку іншу відому передачу кінематично пов'язані з центральним генератором, який приводить в дію всі додаткові електрогенератори, електричні виходи з яких, об'єднані у єдину мережу, що підключена до трансформатора, а також, установка оснащена накопичувачем електроенергії з власним автоматичним перемикачем, причому вали всіх електрогенераторів виготовлені з неметалевого матеріалу, наприклад з твердого пластику або кераміки. 2. Автономна мобільна енергетична установка за п. 1, яка відрізняється тим, що накопичувач енергії виконаний у вигляді акумулятора, який призначений для живлення електрострумом зовнішнього стартового пристрою або безпосередньо використовується для введення в дію центрального електрогенератора. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4