Статичний генератор саможивильний

1. Статичний генератор саможивильний, що містить статор 1 з розташованими на ньому котушками 2 фазної обмотки генератора і додаткові електромагніти (ДЕМ) 3, які підібрані попарно і зв’язані між собой на відводах 5 із центра статора (в проміжках між котушками), призначені для усунення магнітного опору статора, і нерухомий ротор, полюси 6 якого жорстко зафіксовані на внутрішній поверхні статора, але з немагнітним зазором 10, необхідним для обмеження дії магнітних потоків ДЕМ на ротор, між полюсами котрого, по колу, встановлені нерухомі електромагніти (НЕМ) 7, який відрізняється тим, що обмотки збудження ДЕМ і НЕМ 4,8 споряджені осердями із феромагнітних матеріалів з високою магнітною індукцією (Мінд), наприклад із холоднокатаної анізотропної сталі марки 3411 з Мінд 1,81Тл або аналогічної, і з’єднані так, щоб їх магнітні потоки 12 були спрямовані назустріч один одному. 2. Статичний генератор саможивильний за п. 1, який відрізняється тим, що осердя ДЕМ і НЕМ виконані шихтованими. U 2 26261 1 3 26261 В основу винаходу поставлена задача суттєво зменшити потребуючу потужність Г, з якою, ввести обратний зв’язок між виходом та входом Г через перетворювач стр ум у (далі - ПС), що забезпечує саможивлення Г і утворення магніто поточних обертових моментів змінних напрямків між нерухаючим ротором та статором Г. Поставлена задача вирішується за рахунок впровадження засобів зустрічного спрямлення магнітних потоків (далі - МП) нерухомих електромагнітів (далі - НЕМ), встановлених в проміжках між полюсами ротора по колу, та різниці між магнітною індукцією (далі - Мінд) осердь НЕМ ротора та котушок фазної обмотки статора в 1000 -3000 кратних разів, а також зустрічно-магнітного скасування магнітного опору статора Г. Найбільш близький по суттю засобів та способів перетинання витків котушок фазної обмотки, відносно ознак до прототипу Г з нерухаючим ротором Посібник Електротехника [Учебник для солдат и сержантов, Военное издат-во минист-ва обороны СССР, Москва1964г., авт. Врублєвський та інші, с.с.121-124, глава Індукована ЕРС в котушках. Правило Ленца, мал.91, 92, 93, 94], на яких ілюструється котушка, з'єднана з гальванометром, в середину якої встановлюється магніт або електромагніт, виводи з якого з'єднані з аккумулятором через вмикач і реостат послідовно, і досліди на них. Згі дно з висно вками досліді в, - всяке змінення магнітно го поля в сере дині котушки (вмикання та розмикання цепу, пересування магніта або електромагніта , змінення струм у електромагніта та знаків струму) супроводжується возникненням в ній індукованою ЕРС. Найбільш близький по суттю скасування Мо статора Г, який, згідно з правилом Ленца, противодіє МП НЕМ одночасно з появою ЕРС в котушках, - [Посібник Електротехніка. Учебник для солдат и сержантов, Издат.минво оборони СССР,Москва1964р., авт. Врублєвський та інші, C.251-253, мал.232]. Генератор з додатковими електромагнітами, з якими здійснюється додаткове магні тне поле спрямоване проти Мо якоря і нейтралізує його. Найбільш близький по відношенню ви хідно ї потужністи магні тно го поля до вхідної електричної – [Двигун на внутрішній енергії феромагнетиків // Винахідник України №2 1997p., №1 1998р., авт. М.І.Ти торенко], де зафіксовано підвищення вихідної потужності магнітного поля над вхідною потужністю, яка збуджує це поле, - в 5 раз. Найбільш близький по суттю саможивлення електромагнітний двигун // патенти України № 33848А, № 33165А і магнітний двигун по патенту №37459А винахідника М.І.Титоренко, в яких за рахунок суттєвого зменшення вхідної електричної потужності, відносно вихідної магнітної, частина вихідної потужності перетворюється в електричну, що забезпечує саможивлення двигуна. А також, в задачі враховано - розподіл силових ліній діючих та противодіючих МП відносно центра і поверхні осердя ста тора, тому що центр і повер хня мають різні значення відносно концентрації силових ліній [Посібник Електротехніка 1964 р., авт Врублєвський і др., с 102 - Поле соленоїда]. Тому, для скасування Мо статора підібрані додат 4 кові електромагніти (далі - ДЕМ) попарно і зв’язані між собою на відводах із центра статора (див.п.5 Фіг.1) з відносно тонкою товщиною, тобто до появи тиску між зустрічно спрямованими магнітними потоками ДЕМ. Між тим, в задачі враховано завзятість до ненамагнічення осердя фазної обмотки від її поля (Фіг.2). Тому, магнітна індукція матеріалу, дорученого для утворення осердя статора повинна бути дуже малою, в межах 0.0005...0.01Тл, а магнітна проніцаємість дорівнюватиме до плотних феритів, тобто від 10000 і вище. Згідно з винаходом, - магнітопоточні обертові моменти утворюються за рахунок тиску між зустрічно спрямованими МП нерухомих електромагнітів, розта шовани х по колу між полюсами ротора. Тобто, від тиску потоки звертаються і обертаються через магнітопровід статора, в якому повинна бути дуже велика магнітна проніцаємість і дуже мала магнітна індукція, а осердя НЕМ і ДЕМ навпаки, повинні мати дуже велику Мінд. Тому, буде доцільно влаштувати полюси з відповідно тонкими стінками між НЕМ і виконати їх, а також осердя ДЕМ і НЕМ, наприклад із пластин холоднокатаної анізотропної сталі марки 3411 з Мінд 1.81 Тл і магнітною проніцаємістю 10000, а магнітопровід статора - із горячекатанної сталі марки 1561 з Мінд 0.0007 Тл і магнітною проніцаємістю 10000, або аналогічні. Крім того, поверхні торців полюсів і осердь НЕМ повинні бути рівними і гладкими один до одного та стиснуті між собою з допомогою пластин із немагнітних матеріалів (див.п.9 Фіг.1). А поверхні полюсів, - жорстко зафіксувати на внутрішній поверхні статора, але з немагнітним зазором (п.10 Фіг.1), необхідним для обмеження дії МП ДЕМ на осердя НЕМ або без зазорів між полюсами і статором (див.Фіг.2) і відповідно без ДЕМ. Різниця між Мінд осердь ротора і статора СГ дозволяє зменшити кількість витків обмоток ДЕМ і НЕМ та їх розміри і збільшити, пропорційно зменшенню, кількість витків і січення проводу котушок фазної обмотки Г та їх розміри. А також, буде доцільно осердя НЕМ і ДЕМ виконати шихтованими, тому що ши хтовані осердя не мають опору від перемагнічення. Таким чином, обмотки збудження НЕМ і ДЕМ споряджено шихтованими осердями із феромагнітни х матеріалі в з Мінд 1.81 Тл, а котушки фазної обмотки - з Мінд 0.0007Тл, або аналогічні, що забезпечує суттєве зменшення потребуючої потужності і збільшення різниці між вихідною та вхідною потужністю Г. Суттєве зменшення дозволяє ввести обратний зв’язок, в якості - тиристорний перетворювач струму (ПС), доручений для перетворення частини вихідної напруги змінного струму в постійний струм знакозмінної послідовності, подаючий на фази А і В вхідних обмоток Г (А+,В-; А-,В+; А+,В-,..) з частотою 50 Гц, що забезпечує збудження МП НЕМ та змінення їх напрямків 50 разів за секунду. Тобто, за рахунок знакозмінної послідовності струму в фазах А і В НЕМ ротора Г, та за рахунок тиску між зустрічно спрямованими МП НЕМ, - між осердями ротора і статора утворюються магнітопоточні обертові мо 5 26261 менти змінних напрямків, які перетинають витки котушок з частотою 50раз/сек, що виключає Г від сторонніх джерел, як електричної так і механічної енергій. Цій перетворювач струму (див.Фіг.3) можливо виконувати однофазним, двуфазним, або трифазним джерелом напруги, але для отримання високовольтної ЕРС буде доцільно виконати ПС двуфазним джерелом постійного струму знакозмінної послідовності. При цьому, відношення вихідної потужності до вхідної - значно підвищується. Для комутації струму (перемикання струму з однієї фази на другу) в ПС приладнані спеціальні комутаційні контури L-C і допоміжні тиристори (див.Фіг.3). Якщо з початку пропускати струм через фази А і В (відкриті тир-ри V7 і V10), потім через фази В і А (відкриті тир-ри V8 і V9), далі через фази А і В (відкриті тир-ри V7 і V10) і т.д., то збуджені МП в НЕМ будуть змінювати напрямки відносно вказаної послідовності і т.д. Для зімкнення реактивної составної якоря в ПС встановлені діоди D5 -D8, з'єднані паралельно з тиррами, але в обратному напрямку. Запирання тир-рів V7 і V8, приєднаних до полюса додатної величини, виконується контуром L1-C1. При відкриванні допоміжного тир-ра VI, конденсатор СІ заряджається через індуктивн у котушку L1 до двойної напр уги Г і запирає тир-р VI. Потім відкриваються тир-ри V3 або V4 і подають на тир-ри V7 або V8 обра тн у (пози тивн у) напр угу. При цьому відпо відний тир-р запирається, а конденсатор 1 розраджається в вантаж. Аналогічно запираються тир-ри V9 і V10, приєднані до від’ємного полюсу. З початку відкривається допоміжний тир-р V2 і через індуктивну котушку L2 заряджається конденсатор С2. Потім відкриваються тирри V5 або V6, і аноди тир-рів V9 і V10 приєднуються до від’ємного електроду конденсатора С2. Система керування тиристорами (не показано) може живитися як від сторонніх джерел напруги, так і від вихідної напруги СГ. Таким чином, суттєве зменшення вхідної, потребуючої потужності Г влаштовано за рахунок зустрічного спрямління МП, внутрішній енергії феромагнетиків, різниці між Мінд осердь, відсутності Мо статора та високовольтної ЕРС від магніто поточних обертових моментів змінних напрямків з частотою 50 раз/сек. Тобто, статичний (з нерухаючим ротором) Г - саможивлящий (з ПС в обратному зв’язку) відключено від сторонніх джерел, як електричної так і механічної енергій. Для корисної моделі СГС пропонується два варіанта конструкцій СГ одночасно, тому що залежно від функцій потребувача, доцільні обидві СГ, або одна з них або композитивна. Якщо потребувачу потрібен струм прямокутної форми, то СГ Фіг.1 виконується без зазорів між полюсами і статором або СГ Фіг.2 з ДЕМ. При цьому, МП ДЕМ не вспівають здійснити опір до МП НЕМ, так як струм в обмотках ДЕМ запізнюється за струмом в обмотках НЕМ. Якщо потрібні більш високовольтні ЕРС прямокутної форми або універсальні та більш велике відношення кВт вихідної потужності на кг маси СГ, то 6 буде доцільно виконати СГС з композитивним осердям статора і з ПС, наладженим на індукцію струму прямокутної або іншої форми. Тобто, серцевина осердя фазної обмотки СГ виконується із горячекатаного заліза, а боковини - із холоднокатаного заліза. При цьому, в центрі осердя якби виникає втягуюча магнітна воронка з обрантою тягою, яка звертає напрямки МП магнітного опору статора на 180* в центр осердя і як би супроводжує МП НЕМ по осердю, чим компенсує збитки від опору поля струму котушок фазної обмотки Г.Тобто, при необхідності , конструкції СГ можна комбінувати , а систему кер ування тиристорами ПС можна виконувати універсально. Корисна модель СГ поясняється кресленнями, де зображені на: Фіг. 1. Принципова схема статичного генератора саможивлящаго. Фіг.2. Схема аналогічної конструкції СГ (взаємозамінної). Фіг.3. Електрична схема перетворювача струму ПС та СГ. Фіг.1. СГ містить статор 1, утворений із гарячекатаної сталі марки 1561 з Мінд 0.0007 Тл, з розташованими на ньому котушками 2 фазной обмотки, з'єднаними послідовно, додаткові електромагніти З ДЕМ, призначені для скасування Мо статора, які підібрані попарно і зв’язані між собой на відводах 5 із центра статора, обмотки збудження 4, які споряджені шихтованими осердями, утвореними із холоднокатаної анізотропної сталі марки 3411 з Мінд 1.81Тл і з’єднані з котушками фазної обмо тки послідовно і так, щоб їх МП12 були спрямовані назустрі ч один одному і протиположні Мо статора; ротор, що містить полюси 6, виконані із пластин холоднокатаної анізотропної сталі марки 3411 з Мінд 1.81Тл, нерухомі електромагніти 7 НЕМ, розташовані між полюсами по колу, з обмотками збудження 8, які споряджені шихтованими осердями, утвореними із холоднокатаної анізотропрої сталі марки 3411 з Мінд 1.81 Тл і стиснуті на торцях полюсів з допомогою пластин 9 із немагнітних матеріалів. Полюси ротора жорстко зафіксовані на внутрішній поверхні статора, але з немагнітним зазором 10, необхідним для обмеження дії МП 11 ДЕМ на ротор. Обмотки НЕМ з'єднані так, щоб їх МП 12 були спрямовані назустріч один одному, виводи яких є фазами А і В і зв"язані з виходом Г через ПС (див.Фіг.3). Фіг.2. Схема аналогічної конструкції СГ, взаємозаміняючої конструкцію СГ Фіг.1 на умовах, що Мінд осердь ротора та статора Г кратна 2500 - 3000, тобто, якщо Мінд осердя ротора составлятиме 1.8Тл, то Мінд статора повинна бути в 2500 - 3000 разів меньше. СГ (Фіг.2) містить статор 1 з Мінд 0.0007Тл з котушками 2 фазної обмотки, з'єднаними послідовно, і осердя ротора 7 з полюсами 6, з обмотками збудження 8, з'єднаними так, щоб їх МП 12 були спрямовані назустріч один одному в точках RL / UD, виводи яких є фазами А і В, котрі зв’язані з перетворювачем струму ПС в обратному зв’язку Г. Аналогічна конструкція СГ Фіг.2 відрізняється від конструкції СГ Фіг.1 тим, що додаткові електромагніти ДЕМ відсутні, відповідно зазори між полюсами і осердям статора, як і збитки в зазорах 7 26261 відсутні, але присутні збитки від концентрації силових ліній Мо в центрі осердя статора, але відносно незначної потужності. Тому, конструкції СГ Фіг.1 і СГ Фіг.2 взаємозмінні. Фіг.3. Електрична схема перетворювача струму ПС та СГ. Работа СГ з обратним зв’язком і работа ПС. (На схемі показан момент, коли струм рухає через фази А і В, тобто А+ В-, а також напрямки руху МП (струму). СГ запускається в роботу від стороннего джерела напруги з аналогічним ПС. З початку і потім, - струм рухає через фази А і В по обмоткам збудження (далі - ОЗ) НЕМ (тобто, А+В- = відкриті тир-ри V7 і V10). Напрямки 12, збуджених МП НЕМ прямують назустріч один одному і зустрічаються в точках R і L, і під тиском від зустрічної дії змінюють напрямки в осердя 1 котушок фазної обмотки через полюси 6 і немагнітні зазори 10. Далі МП рухають від точок R, L до точок U, D, перетинаючі витки котушок, і за шляхом втягуючої сили НЕМ обертаються в їх осердя 7. Через 1/50 частини секунди струм рухає через фази В і А (тобто, в обратному напрямку А-В+ = відкриті тир-ри V8 і Vi9). Напрямки збуджених МП НЕМ, спрямованих назустріч один одному, зустрічаються в точках U і D. Потім МП звертаються, просуваються до точок R і L, перетинаючі витки котушок, і повертаються в осердя. Через 1/50 частини секунди струм рухає через фази А і В (А+В- = відкриті тир-ри V7 і V10) і так далі по вказаної послідовності А+В-; А-В+; А+В-,... Таким чином, між осердями ротора і статора утворюються магнітопоточні обертові моменти змінних напрямків з частотою 50 раз/сек.., з яких індукуються високовольтні ЕРС різних напрямків (по черзі котушок). Котушки з"єднані послідовно між собой і між 03 ДЕМ, тому по 03 ДЕМ рухує увесь струм Г, а на вихід Г слідкує напруга змінного струму. Тобто, 8 одночасно з появою ЕРС в котушках, збуджується Мо статора і МП ДЕМ, і під тиском сумарної потужності пар ДЕМів скасовується потужність Мо рівної величини. Тобто, чим більше струмнавантаження, тим більше потужність Мо, але тим більше тиск сумарної, відпо відно рівно ї і протиположної потужності , з чим Мо скасовується. Далі, з виходу Г знімається частина вихідної напруги змінного струму і через діоди D1 - D4 подається в ПС. В цій момент в ПС відкриваються допоміжні тир-ри VI і V2. Потім конденсатори С1 і С2 заряджаються через індуктивні котушки L1 і L2 до двійної напруги Г і запирають допоміжні тир-ри VI і V2. Потім відкриваються тир-ри V3 і V5, Тир-р V3 подає на V7 обратний (податний) струм, з яким тирр V7 запирається, а конденсатор С1 розряджається в вантаж. Тир-р V5 подає на VI0 обратний (від’ємний) стр ум, з яким тир-р V10 запирається, а конденсаторм С2 розряджається в вантаж. Аналогічно запираються тир-ри V8 і V 9 через 1/50 частини секунди. З початку заряджаються конденсатори СІ, С2 через індукти вні котушки LI, L2 до двойної напруги Г і тир-ри VI, V2 запираються, потім відкриваються тир-ри V4 і V6, зі струмом яких V8 і V9 запираються. Таким чином, знакозмінна послідовність постійного струму здійснюється за рахунок запирання та відкривання тиристорів V7, VI0 та V8 , V9 одночасно. Аналогічна конструкція СГ Фіг. 2 і СГ Фіг.1, згідно з винахід ом, можна виконувати як енергозберігаючий трансформатор (помножувач) з обмотками високовольтної напруги змінного струму в роторі. Принцип конструкцій СГ (Фіг. 1 і Фіг.2) можна влаштовувати на сучасних трансформаторах на умовах різниці між Мінд осердь первинної та вторинної обмоток. Тобто, в трансформаторах з сегментами осердь П-образної форми та ін. 9 26261 10 11 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 26261 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601