Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический) в суммарную электрическую энергию переменного тока. Данное изобретение направлено на достижение технического результата, состоящего в обеспечении суммирования и преобразования...
Область деятельности(техники), к которой относится описываемое изобретение
Ноу-хау разработки, а именно данное изобретение автора относится к электромашиностроению и может быть использовано в качестве усилителя механической мощности, подаваемой на один (механический) вход машины, за счет мощности, одновременно подаваемой на другой (электрический) ее вход (откуда и название двухвходовая).
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Известна двухвходовая электрическая машина, работающая в режиме электромагнитной муфты скольжения, содержащая ведущий вал с полумуфтой (например, с короткозамкнутой обмоткой), ведомый вал, например, с системой возбуждения (индуктором) и токоподводящее устройство (Т. А. Щетинина. Электромагнитные муфты скольжения. М. Энергоатомиздат, 1985 с. 8-10). Эта машина имеет механический вход с вала приводного двигателя на ведущий вал, электрический вход, сигнал которого поступает через контактные кольца на индуктор, обеспечивающий электромагнитную связь между ведущей и ведомой частями машины (муфты), посредством которой и передается вращающий момент. При этом величиной электрического сигнала обеспечивается управляемость муфтой, т. е. выходной скоростью ее вращения.
Однако такая машина, являясь по принципу своей работы и назначению передатчиком определенной части входной механической мощности, принципиально не может работать в режиме усилителя мощности, поскольку выходная скорость вращения всегда меньше входной при равных моментах на ведущем и ведомом валах. Разность между входной и выходной мощностями, называемая мощностью скольжения, гасится в самой машине (муфте) и тем больше, чем больше скольжение муфты.
Прототипом данного изобретения являются обычные электрические машины постоянного и переменного тока электромагнитного типа, включая электромашинные усилители (ЭМУ), которые, работая в режиме генератора, усиливают электрическую мощность, подаваемую на один вход (обмотку возбуждения) машины, за счет механической мощности, подаваемой на другой (второй) вход на вал машины (Копылов И. П. Электрические машины. М. Энергоатомиздат, 1986, 360 с.).
Однако все разнообразие машин, составляющих прототип, позволяет усиливать только электрическую мощность за счет механической и принципиально не может усиливать механическую мощность за счет электрической.
В то же время, в ряде случаев, например при комплексном использовании нетрадиционных источников энергии (например энергии ветра и солнца одновременно), в различного рода механических усилителях самолетов, автомобилей, тракторов и т. д. бывает необходимость в усилителях именно механической мощности за счет электрической мощности. Данное изобретение решает эту задачу.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
Это достигается тем, что шихтованный якорь с обмоткой и щеточно-коллекторным аппаратом машины постоянного тока помещен концентрически в кольцевой шихтованный магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой типа беличьей клетки, впрессованного в корпус и имеющего возможность вращения вокруг шихтованного якоря.
Двухвходовая электрическая машина (фиг. 1) содержит якорь 1 машины постоянного тока общепринятой конструкции с обмоткой 2, уложенной в пазах 3, коллектора 4 с щетками 5, к которым подключены провода 6, кольцевой шихтованный магнитопровод ротора 7, в пазах которого размещены стержни короткозамкнутой обмотки 8, снабженной короткозамыкающими кольцами 9, корпус 10, в который впрессован кольцевой магнитопровод, подшипниковые щиты 11 с подшипниками 12 и 13 и вал 14.
Двухвходовая электрическая машина
Двухвходовая машина работает следующим образом
При подаче постоянного тока на зажимы питающих проводников 6 через щетки 5 и коллектор 4 обмотка 2 якоря 1 обтекается током. При этом создается магнитный поток, известный под названием потока реакции якоря. При неподвижном якоре и при его вращении ось магнитного потока неподвижна и совпадает с осью щеток.
Короткозамкнутая обмотка 8 кольцевого ротора 7, находясь в этом неподвижном поле, в работу не вступает и на якоре 1 никакого электромагнитного момента не создается. Для вращения ротора 7 вместе с корпусом 10 в последнем могут быть нарезаны зубья для обеспечения зубчатого зацепления с первичным источником механической энергии (например, ветротурбиной), а к зажимам может быть подведена электрическая энергия (например, от фотоэлектрических преобразователей). Если же корпус 10 вместе с ротором 7 и обмоткой 8 придет во вращение под действием приложенного извне момента, то в обмотке 8, как в короткозамкнутой обмотке обычного асинхронного элеткродвигателя, индуктируется ЭДС и протекает ток, создающий электромагнитный момент, приложенный к кольцевому магнитопроводу, направленный встречно приложенному извне моменту.
Такой же величины, но направленный в противоположную сторону момент действует на якорь 1. Вращаясь под действием этого момента с частотой вращения, большей, чем частота вращения корпуса 10 и кольцевого магнитопровода 7, якорь 1 приводит во вращение производственный механизм, состыкованный с ним. Частота вращения корпуса (ротора) ωвх и частота вращения якоря ωвых связаны зависимостью
Как следует из формулы (2) коэффициент усиления определяется величиной скольжения машины. Так, принимая скольжение в общепринятых для асинхронных машин пределах 0,02-0,05, получаем Kу 50-20.
зависимость коэффициента усиления от скольжения (при постоянном моменте), которое, как известно, определяется величиной активного сопротивления короткозамкнутой обмотки
На фиг. 2 представлена зависимость коэффициента усиления от скольжения (при постоянном моменте), которое, как известно, определяется величиной активного сопротивления короткозамкнутой обмотки, включающей стержни 8 и кольца 9.
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
электрическая модель двухвходовой электрической машины, позволяющая теоретически истолковать принцип работы и усиления мощности в ней
На фиг. 3 представлена электрическая модель двухвходовой электрической машины, позволяющая теоретически истолковать принцип работы и усиления мощности в ней (здесь нумерация позиций сохранена в соответствии с фиг. 1).
диаграммы магнитных потоков якоря, ротора и машины в целом, наводимых в процессе ее работы.
На фиг.4 представлены диаграммы магнитных потоков якоря, ротора и машины в целом, наводимых в процессе ее работы.
Согласно фиг. 3 неподвижный поток Φa поперечной составляющей реакции якоря направлен вдоль оси щеток и возникает, как сказано выше, при питании обмотки 2 якоря 1 током Iа по проводам 6 от внешнего источника постоянного тока.
При вращении ротора 7 с угловой скоростью ωp (стрелка ωp на фиг. 3) его короткозамкнутая обмотка 8 пересекает неподвижный поток реакции якоря Φa и в ней наводится ЭДС самоиндукции, величина которой определяется значением потока Φa и скоростью вращения ротора (согласно закону электромагнитной индукции). Направление этой ЭДС, а следовательно, и тока в короткозамкнутой обмотке 8 определяется по правилу правой руки. Ток ротора, создает свое магнитное поле Φa (фиг. 3 и 4,б) с полярностью Np Sp, ось которого перпендикулярна оси Nа-Sа магнитного потока реакции якоря Φa.
Магнитный поток Φp, пересекая обмотку якоря с током Iа, вызывает в последней электромагнитную силу, величина которой определяется значением тока Iа и потока Φp, а ее направление правилом левой руки. Эта сила обуславливает вращающий электромагнитный момент якоря Mэа, действующий по направлению вращения ротора. Под действием этого момента якорь приходит во вращение со скоростью ωa, значительно превышающей скорость ωp(ωa>>ωp), причем ωa/ωp = 1/S.
Более подробно и более доступно сущность работы и усиления механической энергии в двухходовой машине можно пояснить следующим образом.
Если, как сказано выше, обмотку 2 якоря 1 запитать током по проводам 6 от внешнего источника тока, то в машине появляется неподвижное магнитное поле Φa (фиг. 3 и 4,а) поперечной реакции якоря, ось которого совпадает с осью щеток. Предположим, что сопротивление якоря равно нулю (Ra 0). Тогда противоЭДС якоря также равна нулю, поскольку ЭДС параллельной ветви (фиг. 4,а) складывается из ЭДС двух равных половин параллельной ветви якоря, имеющих противоположные знаки. При этом энергия, подаваемая от источника постоянного тока в якорную обмотку, равна нулю.
Будем вращать теперь щетки 5 с угловой скоростью ωa (фиг 3) при неподвижном якоре 1. Здесь и далее знак (-) показывает направление вращения, встречное стрелке ωa Тогда с такой же скоростью будет вращаться и поле Φa реакции якоря. Ротор 7 с короткозамнутой обмоткой 8, взаимодействуя с этим вращающимся полем подобно тому, как это происходит в асинхронной машине, придет во вращение в ту же сторону, что и щетки, но со скоростью -ωp, меньшей чем -ωa, если на этот ротор действует момент сопротивления MC, направленный встречно вращению.
При этом энергетические процессы в машине характеризуются следующими положениями. Источник электрической энергии обеспечивает условие Iа=const, U= var (источник тока) при изменении режимов работы машины, т. е. скорости вращения и момента сопротивления.
Согласно теории электрических машин (см. вышеуказанную кн. И. П. Копылова, с. 45 и 300) вращение ротора обусловлено электромагнитным взаимодействием вращающегося в нашем случае магнитного поля Φa и токами, индуктируемыми в стержнях короткозамкнутой обмотки ротора. Направление этих токов определяются правилом правой руки.
Магнитное поле Φp, суммируясь с полем реакции якоря Φa, создает результирующее поле Φδ (фиг. 4 и 4,в), которое имеет другую форму и смещено по отношению к полю Fa и к щеткам на угол . Величина этого угла зависит от соотношения полей Faи Fp. Для простоты анализа на фиг. 4 поля Φaи Φp приняты одинаковой амплитуды.
В результате действия результирующего поля Φδ в параллельной ветви обмотки якоря индуктируется ЭДС > 0, которая должна уравновеситься напряжением источника Ua при условии Ra 0. При этом в машину поступает от источника постоянного тока энергия, мощность которой равна Pэ IaUa, которая за вычетом электрических потерь в обмотке ротора Pэлр превращается в механическую энергию ротора, мощность которой равна
rnrnrnrnrnrnrnrnrn
где Mэр электромагнитный момент ротора.
Таким образом, в рассматриваемом режиме (представляющем только теоретический интерес, необходимый для методичного изложения принципа работы) предлагаемая машина является, по существу, обращенной асинхронной машиной, вращающееся поле которой обусловлено вращением щеток. Можно сказать, что в заданном режиме ее можно использовать как электромагнитную муфту, в которой ведущей частью является щеточный аппарат, а ведомой ротор, скорость вращения которого ωp, безусловно, меньше скорости вращения щеток ωa, т. е. ωp< ωa.
Однако с точки зрения энергетического баланса такая электромагнитная муфта является одновременно и усилителем мощности, так как при, хотя и неравных, но соизмеримых между собой скоростях вращения ωa и ωp, моменты вращения Mщ щеток и электромагнитный момент Mэр ротора совершенно несоизмеримы, то есть Mщ<M<sub>эр< sub=""> .
Момент служит только для преодоления сопротивления трения щеток о коллектор и является малой величиной, в то время как электромагнитный момент Mэр ротора (за вычетом небольшого момента потерь холостого хода) является рабочим моментом значительной величины.
В результате имеем Mщ·ωa<< Mэр·ωp т.е. устройство работает как передатчик-усилитель механической энергии в механическую, хотя скорости вращения ведущей и ведомой частей распределяются, как в электромагнитной муфте.
По существу только этим ограничивается сходство предлагаемого устройства усилителя и известной электромагнитной муфты, являющейся устройством-передатчиком.
Для ясности отметим, что в рассматриваемом режиме якорь стоит на месте, щетки вращаются со скоростью ωa, ротор вращается с сторону вращения щеток со скоростью ωp< ωa, если момент сопротивления направлен встречно направлению вращения.
Теперь перейдем от теоретического режима работы к реальному.
Заставим всю машину, работающую в рассмотренном режиме, вращаться в сторону, противоположную вращению щеток со скоростью (-ωa), фиг. 3.
При этом наблюдается следующее:
щетки остановились, что облегчает подвод энергии к ним;
якорь, ранее неподвижный, вращается со скоростью (-ωa);
ротор вращается со скоростью (-ωa+ ωp) в ту же сторону.
При этом энергетические процессы и характер моментов в машине не изменились. Электромагнитный момент, приложенный к якорю в направлении его теперешнего вращения, производит механическую работу, мощность которой PMXa= Mэa ·ωa, где Mэа электромагнитный момент якоря.
К ротору же теперь извне подводится механическая энергия PMXp= Mэр(-ωa+ωр) =Mэр·ωs, (4) где ωs= - ωa+ ωp.
Общий баланс механической мощности с учетом того, что Mэа=Mэр=Mэ PMX= PMXa+ PMXp= Mэ ·ωp, (5) т.е. такой, как и в ранее рассмотренном режиме.
Таким образом, как и в предыдущем случае, предлагаемая машина является асинхронной машиной, но получающей питание от источника постоянного тока, инвертируемого (преобразуемого) в переменный ток якоря коллектором, как преобразователем частоты. При этом для ввода в активный режим преобразования электрической энергии в механическую необходимо предварительно запитать ее якорь от источника с упомянутыми выше свойствами.
Iа const, U var, а затем, подавая механическую мощность Pмх (вращением наружного ротора), получаем за счет источника электрической энергии механическую энергию (выходную) Pвых с вала якоря при равных моментах на роторе и якоре.
Поэтому предлагаемая машина является, по существу, машиноэлектрическим усилителем (МЭУ), в котором выходная механическая мощность управляется входной механической мощностью при подаче электрической мощности от источника питания, в отличие от известного электромашинного усилителя (ЭМУ), где электрическая мощность управляется входной электрической мощностью при подаче механической энергии от приводного двигателя.
Принцип усиления мощности в предлагаемом устройстве можно пояснить, используя общепринятое обозначение скольжения
Формула изобретения
Двухвходовая электрическая машина, содержащая шихтованный якорь с обмоткой и щеточно-коллекторным аппаратом машины постоянного тока и корпус, отличающаяся тем, что шихтованный якорь помещен концентрически в кольцевой шихтованный магнитопровод ротора с короткозамкнутой обмоткой типа беличьей клетки, впрессованного в корпус, имеющего возможность вращения вокруг шихтованного якоря.
Имя изобретателя: Красавин В.В.; Гайтова Т.Б.; Гайтов Б.Х. Имя патентообладателя: Кубанский государственный технологический университет Дата начала отсчета действия патента: 1994.02.08
Разместил статью: search
Дата публикации: 26-05-2003, 23:52
Назначение: в силовых ударных приводах технологических механизмов, в качестве привода контактов быстродействующих коммутационных аппаратов. Сущность изобретения: линейный индукционный электродвигатель ударного действия состоит из ряда, например, из трех катушек: первой 1, средней 2 и последней 3, установленных вдоль оси x с возможностью перемещения, и ряда индуктивно связанных с катушками вторичных короткозамкнутых контура, например первого 4, последнего 5 и промежуточных 6. Крайний контур 4...
Назначение: в качестве мотор-колес транспортных, дорожных и других средств. Сущность изобретения: в мотор-колесе, содержащем обод, ось, электропривод, состоящий из источника регулируемого напряжения и электродвигателя, якорь с магнитопроводом и по меньшей мере двумя группами электромагнитов закреплен на оси, индуктор с магнитопроводом и постоянными магнитами закреплен на ободе, распределительный коллектор, образованный расположенными по окружности пластинами закреплен на якоре, токосъемники с...
Никакого начала не было - безконечная вселенная существует изначально, априори как безконечное пространство, заполненное энергией электромагнитных волн, которые также существуют изначально и материей, которая состоит из атомов и клеток, которые состоят из вращающихся ЭМ волн.
В вашей теории есть какие-то гравитоны, которые состоят из не известно чего. Никаких гравитонов нет - есть магнитная энергия, гравитация - это магнитное притяжение.
Никакого начала не было - вселенная, заполненная энергией ЭМ волн , существует изначально.
То есть, никакой энергетической проблемы не решилось от слова совсем. Так как для производства металлического алюминия, тратится уймище энергии. Производят его из глины, оксида и гидроксида алюминия, понятно что с дико низким КПД, что бы потом его сжечь для получения энергии, с потерей ещё КПД ????
Веселенькое однако решение энергетических проблем, на такие решения никакой энергетики не хватит.
Вместо трудновыполнимых колец, я буду использовать,цилиндрические магниты, собранные в кольцевой пакет, в один, два или три ряда. На мой взгляд получиться фрактал 1 прядка. Мне кажется, что так будет эффективней, в данном случае. И в место катушек, надо попробывать бифиляры или фрактальные катушки. Думаю, хороший будет эксперимент.
Проблема в том, что человечество зомбировано религией, что бог создал всё из ничего. Но у многих не хватает ума подумать, а кто создал бога? Если бога никто не создавал - значит он существует изначально. А почему самому космосу и самой вселенной как богу-творцу - нельзя существовать изначально?
Единственным творцом материального мира, его составной субстанцией, источником движения и самой жизни является энергия космоса, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и полагается богу заполнено всё космическое пространство, включая атомы и клетки.
От углеводородов кормится вся мировая финансовая элита, по этому они закопают любого, кто покусится на их кормушку. Это один. Два - наличие дешевого источника энергии сделает независимым от правительств стран все население планеты. Это тоже удар по кормушке.
Вначале было то, что существует изначально и никем не создавалось. А это
- безграничное пространство космоса
- безграничное время протекания множества процессов различной длительности
- электромагнитная энергия, носителем которой являются ЭМ волны, которыми как и положено творцу (богу) материального мира, заполнено всё безграничное пространство космоса, из энергии ЭМВ состоят атомы и клетки, то есть материя.
Надо различать материю и не материю. Материя - это то, что состоит из атомов и клеток и имеет массу гравитации, не материя - это энергия ЭМ волн, из которых и состоит материя