RU2181520C2

RU2181520C2 - Ac generator

Info

Publication number: RU2181520C2
Application number: RU99122401/09A
Authority: RU
Inventors: Ю.Я. Хван; Д.В. Хван; А.Д. Хван; А.А. Горячев; А.Г. Баканов
Original assignee: Воронежский государственный технический университет; Воронежское отделение Российской инженерной академии
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2002-04-20

Abstract

FIELD: designing and construction of small domestic power plants for locations distant from centralized power grids. SUBSTANCE: generator has hollow stator of ferromagnetic material built of two parts fixed in position inside magnetic core at distance ensuring desired magnetic reluctance. External annular slots of stator parts accommodate power windings. Internal spaces of stator parts function as working cylinders of stator. Armature carrying field winding placed in its annular slot is mounted in stator hollow and its poles function as pistons of reciprocating prime mover. EFFECT: provision for dispensing with separate drive motor. 2 dwg

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано при проектировании и строительстве электростанций малой мощности для бытовых нужд в отдаленных от централизованной электросети местах. The invention relates to power engineering and can be used in the design and construction of small power plants for domestic needs in places remote from the centralized power grid.

Известна конструкция генератора переменного тока [1], содержащего полый статор с магнитопроводом и двумя секциями внутренних кольцевых пазов для размещения в них силовых обмоток и жестко установленный на штоке якорь с магнитопроводом, имеющим два полюса и намотанную на него обмотку возбуждения. Для выработки однофазного переменного тока якорь совершает возвратно-поступательное движение внутри полого статора с определенной частотой и амплитудой. A known design of an alternating current generator [1], comprising a hollow stator with a magnetic circuit and two sections of internal annular grooves for placing power windings in them, and an anchor with a magnetic circuit having two poles and a field winding wound around it, is rigidly mounted on the rod. To generate a single-phase alternating current, the armature reciprocates within the hollow stator with a certain frequency and amplitude.

Недостатком данного генератора является необходимость использования для его функционирования отдельного приводного двигателя. The disadvantage of this generator is the need to use a separate drive motor for its operation.

Изобретение направлено на обеспечение возможности работы генератора без отдельного приводного двигателя, и в связи с этим, позволяющего применять для работы генератора паровую энергию, вырабатываемую котельным агрегатом при сжигании в нем достаточно распространенных различных видов природного топлива (древесина, торф, уголь, нефтепродукты тяжелой фракции и др.). The invention is aimed at enabling the generator to operate without a separate drive engine, and in this regard, allowing the use of steam energy generated by the boiler unit when burning enough common types of natural fuels (wood, peat, coal, heavy oil products and other).

Это достигается тем, что полый статор выполнен из двух частей с наружными кольцевыми пазами для силовых обмоток, установленных по прессовой посадке на некотором расстоянии друг от друга внутри магнитопровода, причем полости статора и полюса магнитопровода якоря служат соответственно рабочими цилиндрами и поршнями парового двигателя. This is achieved by the fact that the hollow stator is made of two parts with outer annular grooves for power windings installed by pressing fit at a certain distance from each other inside the magnetic circuit, and the stator cavities and the pole of the armature magnetic circuit serve as working cylinders and pistons of the steam engine, respectively.

На фиг. 1 представлена конструктивная, а на фиг.2 - электрическая схема предлагаемого генератора. In FIG. 1 presents a structural, and figure 2 is an electrical diagram of the proposed generator.

Генератор состоит из следующих основных элементов. Полый статор 1 из ферромагнитного материала, состоящий из двух частей, установленных жестко, и магнитопровода 2 на расстоянии, обеспечивающем достаточное магнитное сопротивление. Наружные кольцевые пазы двух частей статора предназначены для его силовых обмоток 3 и 4, его внутренние полости 5 и 6 являются при этом рабочими цилиндрами поршневого двигателя. Якорь установлен во внутренней полости статора и включает в себя магнитопровод 7 с намотанной на его кольцевой паз обмоткой возбуждения 8 и шток 9. При этом полюса 10 и 11 магнитопровода выполняют функции поршней поршневого двигателя. Шток 9, установленный жестко в центральном отверстии магнитопровода 7, имеет возможность свободно перемещаться в осевом направлении в соответствующих опорах в крышках 12 из немагнитного материала, которые в свою очередь крепятся, например, винтами к торцам статора 1. В указанных крышках выполнены отверстия 13 для впуска через них в полости 5 и 6 пара и выпуска его после отработки. The generator consists of the following basic elements. The hollow stator 1 is made of ferromagnetic material, consisting of two parts mounted rigidly, and the magnetic circuit 2 at a distance providing sufficient magnetic resistance. The outer annular grooves of the two parts of the stator are intended for its power windings 3 and 4, its internal cavities 5 and 6 are the working cylinders of the piston engine. An anchor is installed in the inner cavity of the stator and includes a magnetic circuit 7 with an excitation winding 8 and a rod 9 wound on its annular groove. In this case, the poles 10 and 11 of the magnetic circuit act as pistons of a piston engine. The rod 9, mounted rigidly in the Central hole of the magnetic circuit 7, is able to move freely in the axial direction in the respective supports in the covers 12 of non-magnetic material, which in turn are fastened, for example, by screws to the ends of the stator 1. In these covers are made holes 13 for inlet through them in the cavity 5 and 6 of the pair and its release after working out.

На схеме ( фиг.1) не показан закрепленный к штоку 9 соосно с ним парораспределительный золотник, необходимый для функционирования парового двигателя. The diagram (Fig. 1) does not show the steam distribution valve fixed to the stem 9, coaxially with it, necessary for the functioning of the steam engine.

Все основные элементы генератора должны обладать соответствующими магнитными и ферромагнитными свойствами при повышенных температурах, обеспечивающих оптимальные условия для функционирования магнитопровода якоря и полого статора соответственно в качестве поршня и рабочих цилиндров в паровом двигателе. All the main elements of the generator must have the corresponding magnetic and ferromagnetic properties at elevated temperatures, providing optimal conditions for the functioning of the magnetic core of the armature and the hollow stator, respectively, as a piston and working cylinders in a steam engine.

Генератор работает следующим образом. The generator operates as follows.

Пусть через скользящий токоприемник (фиг.2) подается постоянный ток на обмотку возбуждения 8 якоря. Далее подается с помощью парораспределительного золотника пар через отверстие 13 в крышке 12 в правую полость 6 цилиндра. При этом под давлением пара якорь будет перемещаться влево и займет крайнее левое положение (фиг.1), при котором правый поршень (полюс 11) выдвинется из правой полости 6 цилиндра. Тогда возникающие в магнитопроводе 7 магнитные потоки Ф, замыкаясь через магнитопровод 2, будут стремиться переместить якорь вправо для занятия им центрального нейтрального положения внутри статора 1 строго между его обмотками 3 и 4, представляющих в данном случае соленоиды. Однако при обеспечении условий прекращения подачи пара в правую полость 6 цилиндра и выпуска отработанного пара через отверстие 13 в крышке 12 и в силу действия инерционных сил, обусловленных массой якоря, последний переместится далее вправо до крайнего положения. При этом возникающие силы магнитного потока Ф в правой части статора будут действовать в противоположном направлении движения якоря, вызывая тем самым замедленное движение последнего до полной остановки в крайнем правом положении, после чего якорь под действием указанных магнитных сил начнет перемещаться влево до крайнего положения и т.д. В связи с отмеченным якорь со штоком 9 при отсутствии сил сопротивления (трение в опорах штока 9 и самой кинематической паре поршень (полюса 10 и магнитопровода 7) - цилиндр (внутренние полости 5 и 6 статора), сопротивление воздуха и т.д.) будет совершать бесконечно возвратно-поступательное движение с определенными значениями частоты f и амплитудой А, зависящих от конструктивных и электротехнических параметров генератора. Let through a sliding current collector (figure 2) a direct current is supplied to the excitation winding 8 of the armature. Next, steam is supplied using the steam distribution valve through the hole 13 in the cover 12 into the right cavity 6 of the cylinder. In this case, under pressure of the steam, the armature will move to the left and take the leftmost position (Fig. 1), in which the right piston (pole 11) will extend from the right cavity 6 of the cylinder. Then the magnetic fluxes Φ arising in the magnetic core 7, closing through the magnetic core 2, will tend to move the armature to the right to occupy a central neutral position inside the stator 1 strictly between its windings 3 and 4, which in this case are solenoids. However, provided the conditions for the cessation of steam supply to the right cavity 6 of the cylinder and the release of exhaust steam through the hole 13 in the cover 12 and due to the inertial forces due to the mass of the armature, the latter will move further to the right to the extreme position. In this case, the arising forces of the magnetic flux Φ on the right side of the stator will act in the opposite direction of the armature movement, thereby causing the latter to slow down to a complete stop in the rightmost position, after which the armature will begin to move to the left to the end position under the influence of the indicated magnetic forces, etc. d. In connection with the marked anchor with the rod 9 in the absence of resistance forces (friction in the rod supports 9 and the kinematic pair of the piston (poles 10 and magnetic core 7) - cylinder (internal cavities 5 and 6 of the stator), air resistance, etc.) will be to perform infinitely reciprocating motion with certain values of frequency f and amplitude A, depending on the design and electrical parameters of the generator.

Таким образом, благодаря взаимодействию магнитных и инерционных сил каждый генератор будет обладать собственными значениями частоты f и амплитуды А. Thus, due to the interaction of magnetic and inertial forces, each generator will have its own values of frequency f and amplitude A.

Для наведения ЭДС переменного тока в силовых обмотках статора необходимо подавать с учетом приходящейся на генератор нагрузки пар под давлением поочередно в полости 5 и 6 статора 1 через парораспределительный золотник в резонансном режиме, обеспечивающем частоту и амплитуду возвратно-поступательного движения якоря со штоком, совпадающим с собственными значениями частоты f и амплитуды A генератора. При этом инерционное сопротивление генератора будет равным нулю. To induce an EMF of alternating current in the stator power windings, it is necessary to supply steam under pressure alternately in the cavities 5 and 6 of the stator 1 taking into account the load of the generator through the steam distribution valve in the resonant mode, providing the frequency and amplitude of the reciprocating movement of the armature with the rod matching their own values of frequency f and amplitude A of the generator. In this case, the inertial resistance of the generator will be zero.

Таким образом, конструкция предлагаемого генератора обеспечивает возможность работы его в режиме парового поршневого двигателя, необходимого для осуществления возвратно-поступательного движения якоря с заданными частотой и амплитудой с целью наведения ЭДС переменного тока в силовых обмотках статора. Thus, the design of the proposed generator makes it possible to operate in the mode of a steam piston engine, which is necessary for the reciprocating movement of the armature with a given frequency and amplitude in order to direct the EMF of the alternating current in the power windings of the stator.

Применение предлагаемого генератора в народном хозяйстве позволит значительно повысить эффективность использования природных топливных ресурсов, а также улучшить бытовые условия в отдаленных от централизованной электросети местах. The use of the proposed generator in the national economy will significantly increase the efficiency of the use of natural fuel resources, as well as improve living conditions in places remote from the centralized power grid.

Источники информации
1. Патент РФ 2133545, МПК 6 Н 02 К 35/02; 27/06, опубл. 20.07.99, БИ 20.Sources of information
1. RF patent 2133545, IPC 6 N 02 K 35/02; 27/06, publ. 07.20.99, BI 20.

Claims

An alternating current generator comprising a hollow stator made of ferromagnetic material of two parts, the annular grooves of which are intended for power windings, and an armature mounted in the inner cavity of the hollow stator and including a magnetic circuit with poles and with an excitation winding wound in its outer ring groove characterized in that the hollow stator is equipped with a magnetic circuit, ring grooves of its two parts, intended for power windings, are made on the outer surface of its parts mounted rigidly inside and the hollow stator magnetic circuit, while the internal cavity of the hollow stator are the working cylinders of the piston engine, and the poles of the armature magnetic circuit act as its pistons.