Генератор електричної енергії о.в. дзюбенка

Реферат: Винахід належить до галузі електроенергетики і може бути використаний в системах електропостачання різної потужності для стаціонарних і мобільних автономних споживачів. Генератор електричної енергії містить джерело живлення, зарядний конденсатор, щонайменше один трансформатор, додатково містить другий зарядний конденсатор, електродвигун, перетворювач напруги, випрямний місток, діод, щонайменше два ключі, щонайменше один із конденсаторів виконаний як конденсатор змінної ємності, конструктивно з'єднаний з електродвигуном, а до джерела живлення паралельно приєднані через перший ключ і вихід діода входи перетворювача напруги і регулятора обертів електродвигуна та вихід випрямного містка, до входу якого приєднана допоміжна вторинна обмотка трансформатора, при цьому до виходу перетворювача напруги приєднане паралельне коло, утворене ємністю і двома послідовно з'єднаними між собою паралельними колами із ємності з другим ключем та із первинної обмотки трансформатора з розрядником, а вторинна робоча обмотка трансформатора виконана з можливістю підключення до неї споживача. Технічним результатом даного винаходу є вдосконалення генератора електричної енергії як джерела живлення змінного струму чи постійного струму з можливістю використання в випадках аварійного відключення електромережі. UA 103241 C2 (12) UA 103241 C2 UA 103241 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується галузі електроенергетики і може бути використаний в системах електропостачання різної потужності для стаціонарних і мобільних автономних споживачів. Відомий генератор електричної енергії [патент UA 8382 u7Н03К 3/53], до складу якого входять ємнісний накопичувач енергії, основний комутатор, активно-індуктивне навантаження з доповнювальним комутатором і ввімкнутим паралельно доповнювальному комутатору колом із послідовно з'єднаних розмикача і коректувального резистора. Такий генератор забезпечує легкий запуск пристрою, але має не досить значний коефіцієнт корисної дії. Найбільш близьким за суттю є генератор електричної енергії [патент RU №2409890 Н03К 3/23], що містить зовнішнє джерело живлення, зарядний конденсатор, щонайменше один трансформатор. Задіяна в ньому конструкція дозволяє створити магнітний потік з високим рівнем градієнта напруженості магнітного поля за рахунок подвійного використання одного заряду накопичуваного конденсатора при створенні його як током заряду, так і током розряду. Ця конструкція надійно забезпечує двотактний режим роботи, але має суттєві недоліки. Накопичувальний конденсатор виконаний у вигляді конденсатора постійної ємності, що обмежує можливість регулювання процесом його зарядки-розрядки. До того ж на практиці такий генератор електричної енергії малоефективний при створенні джерел живлення змінного струму для забезпечення споживача енергією. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення генератора електричної енергії для створення джерела живлення змінного та постійного струму для забезпечення споживача електроенергією. Поставлена задача вирішується тим, що генератор електричної енергії, що містить джерело живлення постійної або змінної напруги, зарядний конденсатор, щонайменше один трансформатор, додатково містить другий зарядний конденсатор, електродвигун, перетворювач напруги, перший та другий випрямні містки, діод, щонайменше два ключі, щонайменше один із зарядних конденсаторів виконаний як конденсатор змінної ємності, конструктивно з'єднаний з електродвигуном, трансформатор має одну первину обмотку і дві вторинні, робочу та допоміжну, а до джерела живлення паралельно приєднані через перший ключ і вихід діода входи перетворювача напруги і регулятора обертів електродвигуна та вихід першого випрямного містка, до входу якого приєднана допоміжна вторинна обмотка трансформатора, при цьому до виходу перетворювача напруги приєднане паралельне коло, утворене конденсатором і двома послідовно з'єднаними між собою паралельними колами перше з яких утворене конденсатором і другим ключем, а друге утворене із первинної обмотки трансформатора з розрядником, а вторинна робоча обмотка трансформатора виконана з можливістю підключення до неї споживача змінного струму чи постійного струму через другий випрямний місток. Можливо, коли конденсатор змінної ємності виконаний у вигляді конденсатора роторного типу, і має ротор, з'єднаний з електродвигуном. Можливо, коли конденсатор змінної ємності виконаний з наявністю між обкладками висувного діелектрика. Можливо, коли конденсатор змінної ємності виконаний з наявністю між обкладками діелектрика з можливістю зміни його діелектричних параметрів. Можливе конструктивне виконання, коли обидва конденсатори виконані зі змінною ємністю і сумарна ємність обох змінних конденсаторів постійна. Можливе конструктивне виконання, коли один із зарядних конденсаторів виконаний як конденсатор з постійною ємністю, а генератор додатково містить третій ключ, встановлений між конденсатором змінної ємності і перетворювачем напруги. Краще, коли генератор електричної енергії додатково містить регулятор обертання електродвигуна. Краще, коли генератор електричної енергії додатково містить лампу індикації робочого стану, приєднану до вторинної робочої обмотки трансформатора. Використання зарядних конденсаторів дозволяє накопичувати в них електричний заряд і, відповідно до цього, електричну енергію. Величина накопиченого заряду визначається не тільки величиною заряду від джерела живлення і енергією, витраченою на зміну ємності, але й залежить від діелектричних властивостей матеріалів, з яких виготовлені конденсатори. Використання перетворювача напруги, що підвищує її величину, дозволяє накопичувати значну енергію в конденсаторах, бо її значення пропорційне квадрату напруги. Розрядник захищає обмотку трансформатора від пробою. Наявність допоміжної вторинної обмотки трансформатора, випрямного містка, діода підвищує надійність роботи перетворювача напруги, регулятора обертів двигуна і самого генератора. Правильний підбір режиму, при якому не відбувається зміни полярності на обкладках конденсатора при зміні його ємності, зменшує 1 UA 103241 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 енергетичні втрати. Підбір частоти зміни ємностей, параметрів конденсаторів і обмоток трансформатора дозволяє генератору ефективно та надійно працювати і забезпечувати споживача джерелом електроенергії змінного чи постійного струму з заданими параметрами. Винахід ілюструють креслення, на яких наведені приклади виконання електричних схем генератора, що пояснюють конструкцію генератора і його використання, але не обмежують обсяг його правового захисту. Фіг. 1 - електрична схема генератора з двома конденсаторами змінної ємності, Фіг. 2 - електрична схема генератора з одним конденсатором змінної ємності і одним конденсатором постійної ємності. Де: 1 - зарядний конденсатор змінної ємності; 2 - джерело постійної напруги; 3 - трансформатор, W1.1 - первинна обмотка, W1.2 - вторинна робоча обмотка, W1.3 - вторинна допоміжна обмотка; 4 - розрядник; 5 - електродвигун; 6 - перетворювач напруги 12V/10000 V; 7 - перший випрямний місток; 8 - діод; 9 - регулятор обертання двигуна; 10 - кнопка ПУСК; 11 - кнопка вимикання генератора; 12 - лампа індикації робочого стану генератора; 13 - ковзний контакт конденсатора; 14 - діелектричні муфти електродвигуна; 15 - зарядний конденсатор постійної ємності; 16 - кнопка контролю заряду; 17 - другий випрямний місток. Розглянемо конструкцію генератора і його роботу на прикладі генератора з двома конденсаторами змінної ємності. Генератор (фіг. 1) містить два зарядних конденсатори змінної ємності роторного типу 1, джерело постійної напруги 2, трансформатор з первинною та двома вторинними обмотками 3, розрядник 4, електродвигун 5, з яким з'єднані ротори обох конденсаторів 1, перетворювач напруги 6, перший випрямний місток 7, діод 8, регулятор обертання двигуна 9, ключ, виконаний у вигляді кнопки ПУСК 10, ключ, виконаний у вигляді кнопки вимикання генератора 11, лампу індикації робочого стану генератора 12, випрямний місток 17. Конденсатори змінної ємності 1 підключені до перетворювача напруги 6 через ковзні контакти 13. Ротори конденсаторів 1 з'єднані з електродвигуном 5 через діелектричні муфти 14. Робота генератора з двома зарядними конденсаторами змінної ємності 1 відбувається таким чином: З джерела постійної напруги 12 V 2 після натиснення кнопки ПУСК 10 через перетворювач напруги 12V/10000 V 6, що відповідно підвищує напругу, на конденсатори 1 через ковзні контакти 13 надходить струм для накопичення потрібного заряду. Одночасно напруга 12 V від джерела постійної напруги 2 надходить для живлення електродвигуна 5 через регулятор обертання електродвигуна 9. Ротори конденсаторів, з'єднані з електродвигуном через діелектричні муфти 14, повертають роторні пластини відносно статорних, змінюючи, таким чином, ємність конденсаторів 1. Відносне положення пластин обох конденсаторів відбувається таким чином, що коли ємність одного з конденсаторів знаходиться в мінімумі, то ємність другого - в максимумі. Електричним колом, до якого, через ковзаючі контакти 13, приєднані обидва зарядні конденсатори, починає текти струм, поперемінно змінюючи напрямок від першого до другого, потім від другого до першого конденсатора, протікаючи через первинну обмотку трансформатора 3 і створюючи магнітне поле відповідної частоти в первинній обмотці трансформатора 3. З допоміжної вторинної обмотки W1.3 трансформатора 3 через перший випрямний місток 7 струм поступає на живлення перетворювача напруги 6 і через регулятор обертання 9 до електродвигуна 5. Для випрямлення змінного струму та захисту від пошкодження генератора при помилковому підключенні полярності джерела постійного струму 2 призначений діод 8. 2 UA 103241 C2 Про робочий стан генератора, наявність чи відсутність генерації, сигналізує лампа індикації 12. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 З вторинної робочої обмотки W 1.2 трансформатора 3 струм надходить для споживача змінного струму, а через другий випрямний місток 17 - для споживача постійного струму. Для виключення генератора призначений перемикач, виконаний у вигляді кнопки вимикання генератора 11. Розрахункові дані: При частоті струму 50 Гц, ємності 1 мкФ, напрузі 10kV на конденсаторах потужність, що генерується, складає 375 W, з яких: - 40 W - споживає двигун 5, - 10 W - споживає перетворювач напруги 6. При використанні генератора (Фіг. 2) з одним зарядним конденсатором змінної ємності 1 і одним зарядним конденсатором постійної ємності 15 до електродвигуна 5 підключається тільки ротор конденсатора змінної ємності 1. Контроль заряду від перетворювача напруги 6 забезпечується ключем, виконаним у вигляді контакту контролю заряду 16. Момент замикання ключа контакту контролю заряду 16 відбувається у період находження конденсатора змінної ємності 1 в максимальній ємності. Така конструкція з використанням зарядного конденсатора постійної ємності 15 дозволяє значно знизити габарити та вагу генератора. Робота генератора з одним конденсатором змінної ємності 1 та одним конденсатором постійної ємності 15 відбувається таким чином. З джерела постійної напруги 12 v 2 після натиснення кнопки ПУСК 10 через перетворювач напруги 12V/10000 v 6 на конденсатори, через контакт контролю заряду 16, надходить струм для накопичення потрібного заряду. Одночасно напруга 12 V від джерела постійної напруги 2 через регулятор обертання електродвигуна 9 надходить для живлення електродвигуна 5. Ротор зарядного конденсатора змінної ємності 1, що з'єднаний з електродвигуном через діелектричну муфту 14, повертає роторні пластини відносно статорних, змінюючи, таким чином, ємність конденсатора 1. Електричним колом, до якого, через ковзний контакт 13, приєднані зарядний конденсатор змінної ємності 1 та зарядний конденсатор постійної ємності 15 починає текти струм від одного конденсатора до другого, поперемінно змінюючи напрямок, проходячи через первинну обмотку трансформатора 3, та створюючи магнітне поле відповідної частоти. З допоміжної вторинної обмотки W1.3 трансформатора 3 через перший випрямний місток 7 струм поступає на живлення перетворювача напруги 6 і через регулятор обертання 9 до електродвигуна 5. Для випрямлення змінного струму та захисту від пошкодження при помилковому підключенні полярності джерела постійного струму 2 призначений діод 8. Про робочий стан генератора, наявність чи відсутність генерації, сигналізує лампа індикації 12. З вторинної робочої обмотки W1.2 трансформатора 3 струм надходить для споживача змінного струму, а через другий випрямний місток 17 - для споживача постійного струму. Для виключення генератора призначений перемикач, виконаний у вигляді кнопки вимикання генератора, 11. Розрахункові дані: При частоті струму 50 Гц, ємності 1 мкФ, напрузі 10kV на конденсаторах потужність, що генерується, складає 375 W, з яких: - 40 W - споживає двигун 5, - 10 W - споживає перетворювач напруги 6. Вихідна потужність генераторів залежить від частоти обертів ротора конденсатора змінної ємності, ємності самого конденсатора, напруги на обкладках конденсатора, тобто від частоти зміни заряду. Чим більше оберти, тим більше потужність. Наприклад при 100 Гц потужність -750 W. Таким чином удосконалення генератора електричної енергії створило можливість його використання як джерела живлення змінного та постійного струму із заданими, наприклад стандартними, параметрами для забезпечення споживача електроенергією. Це дозволяє використовувати запропонований генератор в випадках аварійного відключення електромережі як надійне джерело живлення для широкого кола споживачів. 55 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 60 1. Генератор електричної енергії, що містить джерело живлення, зарядний конденсатор, щонайменше один трансформатор, який відрізняється тим, що додатково містить другий зарядний конденсатор, електродвигун, перетворювач напруги, перший та другий випрямні 3 UA 103241 C2 5 10 15 20 25 30 містки, випрямний місток, діод, щонайменше два ключі, причому джерело живлення може мати постійну або змінну напругу, щонайменше один із зарядних конденсаторів виконаний як конденсатор змінної ємності, конструктивно з'єднаний з електродвигуном, трансформатор оснащений однією первинною обмоткою і двома вторинними, робочою та допоміжною обмотками, а до джерела живлення паралельно приєднані через перший ключ і вихід діода входи перетворювача напруги і електродвигуна та вихід першого випрямного містка, до входу якого приєднана допоміжна вторинна обмотка трансформатора, при цьому до виходу перетворювача напруги приєднане паралельне коло, утворене конденсатором і двома послідовно з'єднаними між собою паралельними колами, перше з яких утворене конденсатором і другим ключем, а друге утворене первинною обмоткою трансформатора і розрядником, а вторинна робоча обмотка трансформатора виконана з можливістю підключення до неї споживача змінного струму чи постійного струму через другий випрямний місток. 2. Генератор електричної енергії за п. 1, який відрізняється тим, що зарядний конденсатор змінної ємності виконаний у вигляді конденсатора роторного типу, ротор якого з'єднаний з електродвигуном. 3. Генератор електричної енергії за будь-яким з пп. 1, 2, який відрізняється тим, що зарядний конденсатор змінної ємності виконаний з наявністю між обкладками діелектричного висувного вкладиша, виконаного з можливістю зміни його діелектричних параметрів. 4. Генератор електричної енергії за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що обидва зарядні конденсатори виконані як зарядні конденсатори змінної ємності і сумарна ємність обох конденсаторів постійна. 5. Генератор електричної енергії за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що один зарядний конденсатор виконаний як конденсатор із постійною ємністю, а генератор додатково містить третій ключ, встановлений між конденсатором змінної ємності і перетворювачем напруги. 6. Генератор електричної енергії за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що додатково містить регулятор обертання електродвигуна. 7. Генератор електричної енергії за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що перетворювач напруги своїм виходом з'єднаний з розрядником. 8. Генератор електричної енергії за будь-яким з пп. 1-7, який відрізняється тим, що в коло з'єднання другого випрямного містка та вторинної робочої обмотки трансформатора паралельно під'єднана лампа індикації робочого стану генератора. 9. Генератор електричної енергії за будь-яким з пп. 1-8, який відрізняється тим, що додатково містить прилади контролю режиму роботи генератора. 4 UA 103241 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій 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 5