Устройство для преобразования электрической энергии
Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к средствам для преобразования электрической энергии в механическую. Устройство для преобразования электрической энергии включает генератор, вал вращения которого через механический привод соединен с валом вращения приводного электродвигателя, внешний источник энергии. Устройство снабжено герметичным корпусом, в котором создан вакуум, и маховиком, смонтированным на общем валу с электродвигателем. В полости герметичного корпуса смонтированы механические элементы: электродвигатель с маховиком с одной стороны и планетарный вариатор с исполнительным механизмом и генератором с другой стороны. Устройство снабжено блоком управления, связанным с генератором, исполнительным механизмом, электродвигателем, управляющими тахометрами, преобразователем, согласующим трансформатором и вакуумным насосом. Устройство позволяет более эффективно использовать электрическую энергию. 1 ил.
Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к средствам для преобразования электрической энергии в механическую.
Для получения электрической энергии используются различные виды устройств и технологий, в частности, по использованию солнечной энергии, энергии напора или энергии падающей воды - гидроустановки, газовые установки, ветроустановки, устройства, работающие при сжигании угля, водорода, использовании ядерной энергии и др. В конечном итоге все они направлены на преобразование тепловой или механической энергии в электрическую.
Известно устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую - электрический генератор, который содержит парогенератор, турбину, конденсатор, деаэратор, соединенные между собой замкнутой системой труб, причем генератор снабжен электролизером воды, ионизатором пара, а камера сгорания парогенератора соединена с емкостью конденсатора, выполнена с возможностью перемещения паров воды в емкость конденсатора для охлаждения и получения дистиллированной воды для электролиза, емкость электролиза снабжена съемными, взаимозаменяемыми батареями, содержащими стандартные перфорированные пластинчатые или пластинчато-гофрированные электроды из нержавеющей стали, жестко соединенные между собой через шайбы из диэлектрического материала, электроды установлены параллельно друг другу с зазором и разной полярностью и др.
Известный способ и устройство преобразования тепловой энергии в электрическую имеют ряд недостатков, касающихся высоких энергетических затрат, больших габаритов установки и высокой металлоемкости, а также низкой эффективности преобразования.
Известно более совершенное устройство преобразования и использования электрической энергии от внешнего источника - генераторный агрегат, содержащий генератор, вал вращения которого через механический привод соединен с валом вращения приводного электродвигателя, использующегося для первичного пускового момента и набора валом электродвигателя номинальной скорости вращения, внешний источник энергии с переключателем режима работы, тремя стабилизаторами, выпрямительными блоками, электронными регуляторами напряжения, двумя конденсаторами (ионисторами) и выключателем, при этом в генератор введена дополнительная «приводная» обмотка, которая через три идентичных стабилизатора-выпрямителя, блок-регулятор напряжения цепи АЗСУ обратной связи подключена к переключателю режима работы и питает приводной электродвигатель и обмотку возбуждения генератора и подзаряжает внешний источник энергии (см. заявку №2003106338/09 от 03.03.2003 года; см. заявку №2003107555/06, М. кл. 7 Н02N 11/00 от 19.03.2003 года - прототип).
К недостаткам известного устройства-прототипа можно отнести сложность конструкции и большие потери электроэнергии на ее преобразование.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, упрощение конструкции устройства и снижение потерь электроэнергии на ее преобразование.
Поставленная изобретением задача достигается тем, что устройство снабжено исполнительным механизмом, герметичным корпусом в котором создан вакуум, а в полости корпуса смонтированы элементы конструкции, использующие в своей работе в основном механическую энергию и кинематическое взаимодействие, - электродвигатель, связанный общим валом с маховиком, планетарным вариатором и генератором, при этом устройство снабжено электрическим блоком управления, связанным при помощи проводной системы с генератором, исполнительным механизмом, электродвигателем, управляющими тахометрами, преобразователем, согласующим трансформатором и вакуумным насосом, при этом исполнительный механизм гидравлически и герметично связан с планетарным вариатором.
Признаки выполнения устройства, заключающиеся в том, что устройство снабжено исполнительным механизмом, герметичным корпусом в котором создан вакуум, а в полости корпуса смонтированы элементы конструкции, использующие в своей работе в основном механическую энергию и кинематическое взаимодействие, - электродвигатель, связанный общим валом с маховиком, планетарным вариатором и генератором, при этом устройство снабжено электрическим блоком управления, связанным при помощи проводной системы с генератором, исполнительным механизмом, электродвигателем, управляющими тахометрами, преобразователем, согласующим трансформатором и вакуумным насосом, при этом исполнительный механизм гидравлически и герметично связан с планетарным вариатором, - являются признаками новыми, неочевидными, промышленно-осуществимыми и направлены на достижение поставленной изобретением технической задачи, заключающейся в упрощении конструкции и снижении потерь энергии.
На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство.
Предложенная конструкция преобразователя состоит из внешнего источника 1 энергии, вакуумного насоса 2, согласующего трансформатора 3, связанного с блоком управления 4 и преобразователем 5 энергии внешнего источника 1. Размещенный в герметичном корпусе 6, с созданным в его полости вакуумом, генератор 7 соединен при помощи вала 8 через планетарный вариатор 9 с валом 10 электродвигателя 11 и маховиком 12. Исполнительный механизм 13 размещен вне полости вакуумного корпуса 6 и кинематически связан с вариатором 9. Генератор 7 связан с согласующим трансформатором 3. Блок управления 4 обеспечивает контроль за работой исполнительного механизма 13, регулирующего усилие сцепления дисков 14 трения в планетарном вариаторе 9. Диски трения 14 в вариаторе соединены друг с другом плоскостями и связаны с исполнительным механизмом 13. Смонтированные на валу 8 генератора 7 тахометр 15 и на валу 10 маховика 12 управляющий тахометр 16, которые являются управляющими, обеспечивают автоматическое включение и выключение электродвигателя 11 и исполнительного механизма 13 в зависимости от скорости вращения вала 8 и маховика 12. При помощи датчика давления в вакуумном насосе осуществляется контроль за состоянием вакуума в полости корпуса 6 устройства.
Устройство для преобразования электрической энергии в механическую работает следующим образом: - для запуска предлагаемого устройства от внешнего источника 1 электрической энергии (например, 12-вольтового аккумулятора) подается питание на преобразователь 5, в котором напряжение преобразовывается, например, в 220 В мощностью в 6 кВт и в дальнейшем подается на электродвигатель 11. Электродвигатель 11 начинает раскручивать вал 10 с маховиком 12 и через планетарный редуктор 14 раскручивать вал 8 со смонтированным на нем генератором 7. При этом включается блок управления 4, который начинает осуществлять контроль за сцеплением дисков 14 трения в планетарном вариаторе 9 при помощи исполнительного механизма 13. При достижении числа оборотов маховика 12 и вала генератора 7 до 3000 об/мин, о чем свидетельствует сигнал с управляющего тахометра 15, осуществляется смена режима включения генератора и поддержание его вращения с заданным числом оборотов. При этом сцепление дисков 14 трения ослабевает и вал генератора осуществляет вращение с заданной скоростью. В это время электродвигатель 11 продолжает раскручивание маховика 12 до максимально возможных оборотов - 18-20 тыс./об/мин. На генераторе 7 скорость вращения сохраняется прежней в 3000 об/мин. Как только маховик 12 достигнет максимальной скорости вращения, управляющий тахометр 16 подает сигнал на блок 4 управления, который в свою очередь подает сигнал на преобразователь 5, и происходит отключение питания электродвигателя 11. Преобразователь 5 автоматически начинает подзаряжать от трансформатора 3 внешний источник 1 питания - аккумулятор 1. После подзарядки внешнего источника 1 питания (аккумулятора) блок управления 4 отключает преобразователь 5. Маховик 12 при этом продолжает вращение, генератор 7 все это время вырабатывает электрическую энергию и передает ее внешнему потребителю. При снижении скорости вращения маховика 12, например, до 5000-8000 об/мин блок управления 4 подает сигнал на исполнительный механизм 13 и диски 14 трения планетарного вариатора 9 вновь начинают входить в сцепление. При снижении скорости вращения маховика 12 до минимальной, например 4000 об/мин, блок управления 4 через согласующий трансформатор 3 вновь включает питание электродвигателя 11, который начинает вновь раскручивать маховик, и процесс импульсно-прерывистой работы, связанной с обеспечением электродвигателя 11 электрической энергией для вращения маховика, продолжается. В дальнейшем взаимодействие всех узлов и механизмов устройства повторяется.
В настоящее время автором своими силами изготовлен опытный образец предлагаемого устройства и проведены предварительные испытания, которые показали положительные результаты. Так, при подключении потребителя электрической энергии непосредственно к аккумулятору СТ 55 двигатель работал в течение 6 часов 15 минут. При использовании предлагаемого устройства этот же двигатель потребителя работал 14 часов 22 минуты. После доработки конструкции предлагаемого устройства намечено промышленным способом изготовить опытный образец предлагаемого устройства, где будет снижено сопротивление трения, после чего будут определены его технические характеристики и целесообразность его промышленного серийного изготовления.
Устройство для преобразования электрической энергии, содержащее внешний источник питания, герметичный корпус, в котором создан вакуум, состояние которого контролируется датчиком давлении вакуумного насоса, в полости герметичного корпуса смонтированы элементы конструкции, использующие в своей работе в основном механическую энергию и кинематическое взаимодействие - электродвигатель, связанный общим валом с маховиком, планетарным вариатором с дисками трения и валом генератора, исполнительный механизм, размещенный вне полости герметичного корпуса, гидравлически и герметично соединенный с дисками трения планетарного вариатора, согласующий трансформатор, связанный с преобразователем энергии внешнего источника, генератором и блоком управления, обеспечивающим контроль за работой исполнительного механизма, регулирующего усилие сцепления дисков трения планетарного вариатора, управляющие тахометры, смонтированные на валу генератора и маховика соответственно, обеспечивающие подачу сигнала на блок управления для включения или отключения через согласующий трансформатор питания электродвигателя, исполнительного механизма, включения преобразователя для подзарядки через согласующий трансформатор внешнего источника в момент отключения электродвигателя и отключение преобразователя после подзарядки внешнего источника в зависимости от скорости вращения вала генератора и маховика.
