Автономний генератор “енергія”

Реферат: Автономний генератор містить джерело живлення постійного струму - акумулятор на 12 вольт, що з'єднаний з перетворювачем постійного струму в змінний струм напругою 220 вольт, частотою 50 герц. Вихід перетворювача підключений до первинної обмотки першого, підвищувального, трансформатора, який містить П-подібне осердя, на якому розташовані вказана первинна і вторинна обмотки. UA 112624 U (54) АВТОНОМНИЙ ГЕНЕРАТОР "ЕНЕРГІЯ" UA 112624 U UA 112624 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Заявлена корисна модель належить до галузі електроенергетики та електротехніки і може бути використана як компактний автономний пристрій для виробництва змінного струму. Запропонований автономний генератор призначений для використання у всіх сферах нашого життя, там, де потрібне постачання електроенергії без використання лінії електропередач, наприклад для підключення від бортової електромережі автомобіля домашніх електроприладів, інструментів, в місцях без постійного електропостачання, у віддалених районах, наприклад районах Арктики чи Антарктики, в похідних умовах, на дачі, на транспорті тощо. Генератор може виробляти електроенергію у практично необмеженому діапазоні струму і напруги, залежно від потреб споживача. Відомі різноманітні автономні джерела, які забезпечують електроенергією споживчі пристрої, не зв'язані з лінією електропередач, до яких належать вітрогенератори, установки на сонячних батареях, генераторні установки на рідкому паливі тощо. Найбільш використовуваними автономними джерелами є бензинові або дизельні електрогенератори. Однак вартість таких джерел досить значна через велику вартість палива та значні витрати на його транспортування до точки споживання. Існують пристрої, які перетворюють накопичену в електричній акумуляторній батареї постійну енергію в змінну напругу, так звані інвертори. Залежно від способу реалізації інвертори поділяються на електромашинні (які не належать до нашого рівня техніки) та автономні електронні інвертори, які виконуються на силових електронних елементах - транзисторах або тиристорах. Електронний інвертор перетворює постійну напругу від акумулятора транспортного засобу, який оснащений акумуляторною батареєю (на 11-13 В у легкових автомобілів, 24 В у вантажівок та ін.) в змінну напругу величиною 220 В і частотою приблизно 50 Гц. Цей пристрій використовується для підключення всіляких електроприладів, які працюють від побутової мережі напругою 220 В і частотою 50 Гц. Автомобільний інвертор - це так би мовити "розетка", яку можна використовувати на природі, в мандрівці та інших місцях, де немає електричної мережі. На сучасному ринку представлений дуже великий спектр інверторів. Перевагою їх є схемотехнічна простота, відносно висока якість вихідної напруги. Номінальна потужність деяких перетворювачів може досягати до 10 кВт (наприклад інвертор напруги WE-PSW7F1 має номінальну потужність 7 кВт), що дає змогу підключати побутову електротехніку, включаючи прилади, які мають підвищене енергоспоживання (електрочайник, холодильник, обігрівач, перфоратор). Згаданий вище автономний перетворювач-інвертор можна взяти як функціонально найближчий аналог до заявленого автором рішення. Відомі також різні конструкції трансформаторів, які можуть застосовуватися в різноманітних джерелах електроживлення для регулювання струму та напруги. Відомий трансформатор струму на напругу до 35 кВ, активна частина якого складається з магнітопроводу, первинної та двох вторинних обмоток з однаковим числом витків і однаковим перерізом обмоткового дроту (патент на корисну модель UA 13006). Обидві вторинні обмотки рівномірно намотані на одному магнітопроводі подвійним ізольованим дротом, створюючи дві незалежні обмотки, а чотири виводи цих вторинних обмоток ізольовані один від одного, причому магнітопровід трансформатора виконаний із нанокристалічного сплаву з високою магнітною проникністю. Недоліком такого трансформатора є те, що він не є автономним, крім того, магнітопровід трансформатора виконаний із спеціального нанокристалічного сплаву, що збільшує його вартість. Відомий трансформатор, що складається з броньового шихтованого пластинчастого магнітопроводу квадратної форми, на кожнім зі стрижнів якого знаходяться котушка первинної обмотки поверх якої навита котушка вторинної обмотки [патент на корисну модель UA 56977]. Відомий трансформатор може бути використаним в якості підвищуючого чи понижуючого трансформатора живлення, а також як джерело живлення зварювального струму. Вказані вище інвертори-перетворювачі, при їх безперечній перевазі перед автономними джерелами електроенергії, що працюють на нафтопродуктах, мають наступні недоліки: в автономних інверторах спрацьовується акумулятор і вони не можуть застосовуватися для тривалої роботи. Крім того, максимальна потужність таких відомих автономних інверторів складає до 10 кВт, що обмежує перелік споживацьких пристроїв, які можна підключити до такого джерела. Задачею заявленої корисної моделі є створення конструкції економічного автономного генератора електроенергії на основі трансформаторів, який би дозволив задовольняти широкий спектр потреб споживачів, які повинні отримувати бажаний струм та напругу. Поставлена задача вирішується тим, що в автономному генераторі, який містить джерело живлення постійного струму акумулятор на 12 вольт, що з'єднаний з перетворювачем 1 UA 112624 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 постійного струму напругою 12 вольт в змінний струм напругою 220 вольт, частотою 50 герц, відповідно до заявленої корисної моделі, вихід перетворювача підключений до первинної обмотки першого, підвищувального, трансформатора, який містить П-подібне осердя, на якому розташовані вказана первинна і вторинна обмотки, причому обмотки розташовані на одному стрижні осердя і послідовно з'єднані одна з одною, вторинна обмотка першого трансформатора з'єднана з первинною обмоткою другого, знижувального, трансформатора, при цьому другий трансформатор містить П-подібне осердя, на якому розташовані згадана первинна обмотка та вторинна обмотка, причому витки первинної обмотки поділені на чотири секції з однаковою кількістю витків і розташовані по краях стрижнів П-подібного осердя, а витки вторинної обмотки мають дві секції, які розташовані на вказаних стрижнях між секціями первинної обмотки, причому всі секції первинної обмотки з'єднані послідовно, і всі секції вторинної обмотки також з'єднані послідовно, при цьому виводи вторинної обмотки другого трансформатора є споживчим виходом генератора, вихід вторинної обмотки другого трансформатора також з'єднаний з первинною обмоткою третього трансформатора живлення акумулятора, а його вторинна обмотка з'єднана через діодний міст з акумулятором, при цьому первинна і вторинна обмотки третього трансформатора розташовані відповідно на обох стрижнях П-подібного осердя, до входу трансформатора живлення акумулятора під'єднане згладжувальне коло конденсаторів, на виході вторинної обмотки другого трансформатора для контролю за напругою та струмом споживача паралельно під'єднаний вольтметр та послідовно відповідно - амперметр. Кількість витків первинної обмотки першого трансформатора до кількості витків вторинної обмотки першого трансформатора відноситься як щонайменше один до двох. Всі обмотки трансформаторів виконані з мідного дроту, а П-подібні осердя - з трансформаторного заліза. Технічний результат полягає у отриманні високого ККД на виході електрогенератора за рахунок розташування "споживацьких" (вторинних обмоток другого трансформатора) обмоток у визначених місцях концентраціях магнітних силових ліній. Заявлений генератор ілюструється кресленням, на якому показана принципова схема електрогенератора і цифровими позиціями позначені наступні елементи. Автономний генератор містить: джерело 1 живлення постійного струму - акумуляторна батарея на 12 вольт, перетворювач 2 постійного струму в змінний струм напругою 220 вольт, частотою 50 герц, перший підвищувальний трансформатор 3, П-подібне осердя 4, на одному стрижні якого розташовані первинна 5 і вторинна 6 обмотки, другий, знижувальний, трансформатор 7, який містить П-подібне осердя 8, на обох стрижнях якою розташовані первинна обмотка 9 та вторинна обмотка 10, третій трансформатор 11 живлення акумулятора з первинною 12 та вторинною 13 обмотками, розташованих на стрижнях П-подібного осердя 14, діодний міст 15, згладжувальне коло 16 конденсаторів, вольтметр 17 та амперметр 18, споживчі виводи 19 та 20 генератора, які є власне виводами вторинної обмотки другого трансформатора. Заявлений автономний генератор працює наступним чином. Акумулятор 1 подає живлення на перетворювач 2 постійного струму 12 вольт в змінний струм 220 вольт 50 герц, який надходить па первинну обмотку 4 першого, підвищувального, трансформатора 3. Перший трансформатор трансформує електроенергію 220 вольт до 3000 вольт і більше, залежно від потреб споживачів. Таке підвищення напруги досягається завдяки конструкції обмоток першого трансформатора, співвідношення витків первинної 4 та вторинної 5 обмоток якого повинні бути щонайменше один до двох, за умови виконання витків обох обмоток з однакового дроту. На первинній обмотці повинно бути якнайменше витків, чим більше вказане співвідношення, тим більшу напругу можна отримати на виході вторинної обмотки 5 першого трансформатора 3. Другий трансформатор 7, одержавши з вторинної обмотки 5 високу напругу, трансформує її в низьку, залежно від потреб споживача. Другий, знижувальний, трансформатор 7 має наступну конструкцію обмоток. Первинна обмотка 9 складається з чотирьох секцій, які розташовані на кінцях обох стрижнів П-подібного осердя 8 посекційно, по дві секції з проміжком між ними на кожному стрижні. У проміжку між ними розташовані секції вторинної обмотки 10. Така конструкція другого трансформатора 7 була винайдена з метою виявлення концентрації найбільш потужних потоків магнітних силових ліній. В результаті проведення численних лабораторних досліджень було виявлено, що саме таке посекційне розташування витків первинної обмотки та розташування посередині між вказаними секціями витків вторинної обмотки дозволяє отримати найбільші магнітні силові лінії і найбільш високий ККД трансформації електричного струму і напруги. Третій трансформатор 11 живлення акумулятора 1 призначений для трансформації електроенергії 220 вольт у 12 вольт, яка у подальшому подається на випрямляч напруги діодний міст 15, де електроенергія змінного струму випрямляється у постійний струм і 2 UA 112624 U 5 10 15 подається на акумулятор для його зарядки і забезпечення безперебійної роботи електрогенератора. Згладжувальне конденсаторне коло 16 призначене для згладжування електроенергії при її подачі на трансформатор 11 живлення акумулятора. На виході електрогенератора включені вольтметр 17 та амперметр 18 для контролю за струмом та напругою споживача. Всі компоненти електрогенератора зібрані і поміщені в корпус. Таким чином, розроблений і виготовлений автономний електрогенератор "Енергія", завдяки конструкції трансформаторів, що входять до його складу, дозволяє отримати високий ККД на виході. Потужність генератора можна задавати залежно від потреб споживача. Був виготовлений автономний генератор потужністю 5 кВт, напругою 220 В, який повністю задовольнив побутові потреби приватного житлового будинку: освітлення, водонагрівач, холодильник, насос для подачі води, різна дрібна побутова техніка. Заявлене автором рішення дає можливість розробляти і більш потужні автономні генератори, наприклад, для опалення будинку, для виробничих потреб. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 40 1. Автономний генератор, який містить джерело живлення постійного струму - акумулятор на 12 вольт, що з'єднаний з перетворювачем постійного струму в змінний струм напругою 220 вольт, частотою 50 герц, який відрізняється тим, що вихід перетворювача підключений до первинної обмотки першого, підвищувального, трансформатора, який містить П-подібне осердя, на якому розташовані вказана первинна і вторинна обмотки, причому обмотки розташовані на одному стрижні осердя і послідовно з'єднані одна з одною, вторинна обмотка першого трансформатора з'єднана з первинною обмоткою другого, знижувального, трансформатора, при цьому другий трансформатор містить П-подібне осердя, на стрижнях якого розташовані згадана первинна обмотка та вторинна обмотка, причому витки первинної обмотки поділені на чотири секції з однаковою кількістю витків і розташовані по краях стрижнів П-подібного осердя, а витки вторинної обмотки мають дві секції, які розташовані на вказаних стрижнях між секціями первинної обмотки, причому всі секції первинної обмотки з'єднані послідовно, і всі секції вторинної обмотки також з'єднані послідовно, при цьому виводи вторинної обмотки другого трансформатора є споживчим виходом генератора, вихід вторинної обмотки другого трансформатора також з'єднаний з первинною обмоткою третього трансформатора живлення акумулятора, а його вторинна обмотка з'єднана через діодний міст з акумулятором, при цьому первинна і вторинна обмотки третього трансформатора розташовані відповідно на обох стрижнях П-подібного осердя, до входу трансформатора живлення акумулятора під'єднане згладжувальне коло конденсаторів, на виході вторинної обмотки другого трансформатора для контролю за напругою та струмом споживача паралельно під'єднаний вольтметр та послідовно відповідно - амперметр. 2. Автономний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що кількість витків первинної обмотки першого трансформатора до кількості витків вторинної обмотки першого трансформатора співвідноситься як щонайменше один до двох. 3. Автономний генератор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що всі обмотки виконані з мідного дроту, а П-подібні осердя - з трансформаторного заліза. 3 UA 112624 U Комп’ютерна верстка М. Мацело 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