RU2368073C2

RU2368073C2 - Device for stabilising generator frequency

Info

Publication number: RU2368073C2
Application number: RU2007128828/06A
Authority: RU
Inventors: Олег Федорович Меньших (RU); Олег Федорович Меньших
Original assignee: Олег Федорович Меньших
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-07-26
Publication date: 2009-09-20
Also published as: RU2007128828A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device relates to systems for automatic stabilisation of frequency of generated electric oscillations, and can be used in electrical devices. The device has a permanent magnet with saturating magnetic field in its gap and ferromagnetic discs made from magnetoviscous substance, fitted with possibility of rotation upon momentary effect of an alternating voltage source through a motor dynamo with a rotor and a stator, linked to turning shafts of the discs, whose edges are placed in the gap of the said permanent magnet. The rotor is based on a permanent magnet. The stator has a three-phase winding, outputs of which are connected to the altenating voltage source or to an electric load. One phase of the stator is connected to the input of an electronic frequency meter. The device has series connected reference generator, frequency divider, phase-sensitive rectifier, relaxation circuit, direct current amplifier, connected to a load in form of a field magnetising coil. The second input of the rectifier is connected to one of the stator phases, and an additional winding is connected into an open circuit between the output of the three-phase rectifier and load with variable parametres.

EFFECT: invention provides for stabilisation of frequency of generated oscillations when changing electric load, independence from fuel consumption.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области физики и электроники, в частности к системам автоматической стабилизации частоты генерируемых электрических колебаний, и может быть использовано в электроэнергетических устройствах.The invention relates to the field of physics and electronics, in particular to systems for automatic stabilization of the frequency of generated electrical oscillations, and can be used in electric power devices.

Известны устройства стабилизации частоты генерируемых электрических колебаний, вырабатываемых в электрогенераторах переменного тока, механически связанных с источниками энергии, приводящими роторы электрогенераторов во вращательное движение, при изменении электрической нагрузки, включенной к электрогенераторам. Частота колебаний в электрогенераторах определяется частотой вращения их роторов, поэтому изменение электрической нагрузки приводит к изменению частоты вращения роторов генераторов. Для компенсации этих изменений необходимо соответственно регулировать вращательные моменты, создаваемые источниками энергии и приложенные к роторам электрогенераторов. В качестве источников энергии обычно используются различного рода двигатели - паровые, двигатели внутреннего сгорания, включая дизельные, на основе различного рода углеводородных топлив (SU 219667, SU 219661, SU 1001487).Known devices for stabilizing the frequency of generated electrical oscillations generated in alternating current generators, mechanically connected with energy sources, leading the rotors of the generators into rotational motion, when changing the electrical load connected to the generators. The oscillation frequency in electric generators is determined by the rotational speed of their rotors, therefore, a change in the electrical load leads to a change in the rotational speed of the rotors of the generators. To compensate for these changes, it is necessary to adjust the torques created by energy sources and applied to the rotors of the electric generators accordingly. Various types of engines are usually used as energy sources — steam engines, internal combustion engines, including diesel engines, based on various types of hydrocarbon fuels (SU 219667, SU 219661, SU 1001487).

Недостатком таких устройств генерирования электрической энергии является их зависимость от потребления топлива. Проблема создания альтернативных источников энергии является актуальной, создан фонд «Глобальная энергия», стимулирующий поиск новых технических решений в области энергетики.The disadvantage of such devices for generating electrical energy is their dependence on fuel consumption. The problem of creating alternative energy sources is relevant, the Global Energy Foundation has been created, which stimulates the search for new technical solutions in the energy field.

Заявляемое техническое решение устраняет указанный недостаток известных энергетических модулей типа «мотор-генератор» за счет использования в качестве мотора принципиально нового технического решения, действие которого основано на прямом преобразовании тепловой энергии окружающей среды в механическую в динамике взаимодействия ферромагнитного вещества с насыщающим магнитным полем (RU 2291546).The claimed technical solution eliminates the indicated drawback of the known energy modules of the “motor-generator” type by using a fundamentally new technical solution as a motor, the action of which is based on the direct conversion of thermal energy of the environment into mechanical energy in the dynamics of the interaction of a ferromagnetic substance with a saturating magnetic field (RU 2291546 )

Заявлено устройство стабилизации частоты генератора, содержащее постоянный магнит с насыщающим магнитным полем в его зазоре и ферромагнитные диски из магнитовязкого вещества с соосными осями вращения, установленные с возможностью их приведения во вращательное движение внешним однократным воздействием во взаимно противоположных направлениях с одинаковыми по модулю угловыми скоростями от источника переменного напряжения посредством двигателя-генератора со свободно вращающимися ротором и статором, механически связанными с осями вращения дисков, кромки которых помещены в зазор указанного постоянного магнита, при этом ротор выполнен на основе постоянного магнита, статор содержит трехфазную обмотку, выходы которой подключены через изолированные кольцевые электроды, щеткодержатель с тремя щетками и двухпозиционный трехконтактный переключатель к источнику переменного напряжения или через трехфазный выпрямитель к электрической нагрузке с переменными параметрами, а одна из фаз статора соединена со входом электронного частотомера, кроме того, содержащее последовательно соединенные стабилизированный генератор опорного напряжения, делитель частоты, фазочувствительный выпрямитель, инерционное звено, усилитель постоянного тока, выходом связанный с нагрузкой в виде обмотки подмагничивания, выполненной на постоянном магните с возможностью изменения напряженности насыщающего магнитного поля в его зазоре, причем второй вход фазочувствительного выпрямителя подключен к одной из фаз статора с возможностью питания введенных электрических цепей с выхода трехфазного выпрямителя, а дополнительная токовая обмотка выполнена на постоянном магните и соединена в разрыве между выходом трехфазного выпрямителя и нагрузкой с переменными параметрами.Declared is a device for stabilizing the frequency of a generator containing a permanent magnet with a saturating magnetic field in its gap and ferromagnetic disks made of magnetically viscous matter with coaxial axes of rotation, mounted with the possibility of bringing them into rotational motion by an external single action in mutually opposite directions with identical angular velocities from the source alternating voltage by means of a motor-generator with a freely rotating rotor and a stator, mechanically connected with axes of BP The disks, the edges of which are placed in the gap of the specified permanent magnet, while the rotor is made on the basis of a permanent magnet, the stator contains a three-phase winding, the outputs of which are connected through insulated ring electrodes, a brush holder with three brushes and a two-position three-contact switch to an AC voltage source or through a three-phase rectifier to an electrical load with variable parameters, and one of the phases of the stator is connected to the input of the electronic frequency meter, in addition, containing the following the stabilized reference voltage generator, frequency divider, phase-sensitive rectifier, inertial link, DC amplifier connected with a load in the form of a magnetizing winding made on a permanent magnet with the possibility of changing the intensity of the saturating magnetic field in its gap, the second input of the phase-sensitive rectifier connected to one of the phases of the stator with the ability to power the introduced electrical circuits from the output of a three-phase rectifier, and additional currents The winding is made on a permanent magnet and is connected in the gap between the output of the three-phase rectifier and the load with variable parameters.

Заявленная цель достигается благодаря автоматическому регулированию величины напряженности насыщающего магнитного поля в зазоре постоянного магнита - «грубо» от использования дополнительной токовой обмотки на постоянном магните, а точно за счет регулирования тока подмагничивания в обмотке постоянного магнита, связанной с выходом усилителя постоянного тока.The stated goal is achieved by automatically controlling the magnitude of the saturating magnetic field in the gap of the permanent magnet - “roughly” from the use of an additional current winding on a permanent magnet, and precisely by regulating the magnetization current in the winding of a permanent magnet associated with the output of the DC amplifier.

Устройство представлено чертежом, включающим следующие элементы:The device is represented by a drawing, including the following elements:

1 - постоянный магнит с насыщающим магнитным полем в его зазоре,1 - a permanent magnet with a saturating magnetic field in its gap,

2 и 3 - ферромагнитовязкие диски,2 and 3 - ferromagnetically viscous disks,

4 и 5 - оси вращения дисков,4 and 5 - axis of rotation of the disks,

6 - ротор с постоянным магнитом,6 - rotor with a permanent magnet,

7 - статор с трехфазными обмотками,7 - stator with three-phase windings,

8 - шариковые и упорные подшипники,8 - ball and thrust bearings,

9 - изолирующая втулка,9 - insulating sleeve,

10 - кольцевые электроды,10 - ring electrodes,

11 - щеткодержатель со щетками,11 - brush holder with brushes,

12 - двухпозиционный трехконтактный переключатель,12 - two-position three-contact switch,

13 - источник переменного напряжения,13 - source of alternating voltage,

14 - трехфазный выпрямитель,14 - three-phase rectifier,

15 - нагрузка с переменными параметрами (регулируемая нагрузка),15 - load with variable parameters (adjustable load),

16 - электронный частотомер,16 - electronic frequency meter,

17 - стабилизированный генератор опорного напряжения,17 is a stabilized reference voltage generator,

18 - делитель частоты,18 - frequency divider,

19 - фазочувствительный выпрямитель,19 - phase-sensitive rectifier,

20 - инерционное (или интегрирующее) звено,20 - inertial (or integrating) link,

21 - усилитель постоянного тока,21 - DC amplifier,

22 - обмотка подмагничивания,22 - magnetization winding,

23 - дополнительная токовая обмотка23 - additional current winding

Рассмотрим действие заявляемого технического решения.Consider the action of the proposed technical solution.

В основу работы устройства положены известные свойства магнитной вязкости ферромагнетиков, характеризующиеся временем релаксации τ, и снижением магнитной восприимчивости χ в насыщающих магнитных полях Н_НАС согласно исследованиям А.Г.Столетова (кривая Столетова, 1872 г.). Совместное использование этих известных свойств при условии движения ферромагнитовязкого вещества в локализованном насыщающим магнитном поле со скоростью V при длине магнитного зазора L вдоль направления движения приводит к распределению магнитной восприимчивости ферромагнитного тела в зазоре постоянного магнита 1 вдоль координаты движения х по закону χ(х)=χ_МАХ(Н*){(1/h)+[(h-1)/h)]exp(-x/Vτ)}, где χ_мах(Н*) - максимальное значение магнитной восприимчивости ферромагнетика при напряженности магнитного поля H*<Н_НАС, h=χ_МАХ(Н*)/χ(Н_НАС)_∞ - перепад значения магнитной восприимчивости в установившихся состояниях (для χ(Н_НАС)_∞ - за большой отрезок времени по сравнению со временем пребывания дифференциального слоя dx ферромагнетика в магнитном зазоре Δt, равном Δt=L/V, причем 0≤x≤L и x=Vt, где t - текущее время), вследствие известного соотношения для изменения намагниченности в функции времени ΔJ(t)=[J(t)-J₀]=[J_∞-J₀][1-exp(-t/τ)], где J₀ и J_∞ - соответственно значения намагниченности непосредственно после изменения напряженности Н магнитного поля в момент t=0 и после установления нового равновесного состояния, τ - константа, характеризующая скорость процесса и называемая постоянной времени релаксации, а намагниченность ферромагнетика J=µ₀H(µ-1) в постоянном магнитном поле с напряженностью Н пропорциональна изменению относительной магнитной проницаемости µ (при µ>>1), временное изменение которой определяется магнитной вязкостью данного ферромагнетика (постоянной τ). При этом имеем замену переменных t=x/V и используем известную связь χ=J/µ₀H=µ-1.The device is based on the known magnetic viscosity properties of ferromagnets, characterized by a relaxation time τ and a decrease in the magnetic susceptibility χ in saturating magnetic fields of the _NAS according to the research of A.G. Stoletov (Stoletov curve, 1872). The combined use of these known properties under the condition that a ferromagnetically viscous substance moves in a localized saturating magnetic field with a velocity V with a magnetic gap L along the direction of motion leads to a distribution of the magnetic susceptibility of the ferromagnetic body in the permanent magnet gap 1 along the coordinate x according to the law χ (x) = χ _MAX (H *) {(1 / h) + [(h-1) / h)] exp (-x / Vτ)}, where χ _max (H *) is the maximum value of the magnetic susceptibility of the ferromagnet with magnetic field strength H * _<US H, h = χ _MAX (H *) / χ _(Us H) _∞ - differential zna eniya magnetic susceptibility in steady states (for χ _(Us H) _∞ - for a large period of time as compared with a residence time differential dx ferromagnetic layer in the magnetic gap Δt, equal to Δt = L / V, wherein 0≤x≤L and x = Vt , where t is the current time), due to the known relation for changing the magnetization in the time function ΔJ (t) = [J (t) -J ₀ ] = [J _∞ -J ₀ ] [1-exp (-t / τ)] , where J ₀ and J _∞ are, respectively, the magnetization values immediately after the magnetic field strength H changes at the moment t = 0 and after the establishment of a new equilibrium state n, τ is a constant characterizing the rate of the process and is called the relaxation time constant, and the magnetization of the ferromagnet J = μ ₀ H (μ-1) in a constant magnetic field with intensity H is proportional to the change in the relative magnetic permeability μ (for μ >> 1), the time whose change is determined by the magnetic viscosity of a given ferromagnet (constant τ). Moreover, we have a change of variables t = x / V and use the well-known relation χ = J / µ ₀ H = µ-1.

Учитывая экспоненциальность распределения χ(х), нетрудно понять, что центр намагниченности ферромагнетика, охваченного насыщающим магнитным полем, в любой момент времени всегда отстает вдоль вектора скорости от центра магнитного притяжения в зазоре постоянного магнита, находящегося для однородного поля в середине зазора. Поэтому на ферромагнитное тело действует постоянная во времени сила втягивания F(α) между указанными центрами, где α=Δt/τ - безразмерный коэффициент, определяющий скорость движения V ферроматериала в магнитном поле H_HAC, так как V=L/ατ.Taking into account the exponentiality of the distribution χ (x), it is easy to understand that the magnetization center of a ferromagnet covered by a saturating magnetic field always lags behind the center of magnetic attraction in the gap of the permanent magnet located in the middle of the gap at the same time as the velocity vector. Therefore, the force of retraction F (α), constant in time, between the indicated centers acts on the ferromagnetic body, where α = Δt / τ is the dimensionless coefficient that determines the speed V of the ferromaterial in the magnetic field H _HAC , since V = L / ατ.

Произведенные расчеты показали, что сила F(α) определяется выражением:The calculations performed showed that the force F (α) is determined by the expression:

где S - сечение ферромагнитного тела (кромки диска), находящегося в магнитном зазоре, z - безразмерный параметр (0≤z≤1), равный z=x/L=t/Δt. При этом важно отметить, что в зависимости от величины коэффициента α величина силы F(α) при прочих равных условиях имеет максимум при значении α*=2,69, как это видно из приведенной ниже таблицы. При значениях α→0 и α→∞ сила, действующая со стороны насыщающего магнитного поля на ферромагнитное вещество, находящееся в этом поле, равна нулю, поскольку при этом центры магнитного тяготения и намагничености совпадают. В указанной ниже таблице приведены данные расчета интеграла I(α) для рассматриваемой функции F(α), то есть без учета значений величин, вынесенных за знак этого интеграла, при значении перепада h=20.where S is the cross section of the ferromagnetic body (the edge of the disk) located in the magnetic gap, z is the dimensionless parameter (0≤z≤1) equal to z = x / L = t / Δt. It is important to note that, depending on the value of the coefficient α, the force F (α), ceteris paribus, has a maximum at α * = 2.69, as can be seen from the table below. For values α → 0 and α → ∞, the force exerted by the saturating magnetic field on the ferromagnetic substance located in this field is equal to zero, since the centers of magnetic gravitation and magnetization coincide. The table below shows the calculation data for the integral I (α) for the function F (α) under consideration, that is, without taking into account the values taken out by the sign of this integral, with a differential value of h = 20.

График функции F(α) представляет собой немонотонную кривую с максимумом в точке α*, круто возрастающую в области 0≤α≤α* и медленно спадающую в дальнейшей области α*≤α≤∞. Данные по вычислению указанного выше интеграла I(α)=F(α)/D, где D=2µ₀Н_НАС ² S_χMAX(H*)=const, приведены в таблице.The graph of the function F (α) is a nonmonotonic curve with a maximum at the point α *, steeply increasing in the region 0≤α≤α * and slowly falling in the further region α * ≤α≤∞. The data on the calculation of the above integral I (α) = F (α) / D, where D = 2µ ₀ N _NAS ² S _χMAX (H *) = const, are given in the table.

ТаблицаTable Коэфф. αCoeff. α Значение инт-ла I(α)Int-la value I (α) Коэфф. αCoeff. α Значение инт-ла I(α)Int-la value I (α) Коэфф. αCoeff. α Значение инт-ла I(α)Int-la value I (α) 00 00 1,51,5 0,1190.119 8,08.0 0,0890,089 0,10.1 0,0150.015 2,02.0 0,1290.129 9,09.0 0,0820,082 0,20.2 0,0290,029 2,52.5 0,1320,132 10,010.0 0,0760,076 0,30.3 0,0410,041 2,692.69 0,1320,132 15,015.0 0,0550,055 0,40.4 0,0520,052 3,03.0 0,1320,132 20,020,0 0,0430,043 0,50.5 0,0620,062 3,53,5 0,1290.129 25,025.0 0,0350,035 0,60.6 0,0710,071 4,04.0 0,1250.125 30,030,0 0,0300,030 0,70.7 0,0790,079 4,54,5 0,1210.121 35,035.0 0,0260,026 0,80.8 0,0860,086 5,05,0 0,1160.116 40,040,0 0,0230,023 0,90.9 0,0930,093 6,06.0 0,1060.106 45,045.0 0,0200,020 1,01,0 0,0980,098 7,07.0 0,0970,097 50,050,0 0,0180.018

Так, при α=0,2 считаем, что генератор работает без нагрузки, и механические потери определяются только моментами трения. При α=2,4 следует считать, что нагрузка является максимально допустимой (критической). При этом ясно, что частоты вращения ротора 6 и статора 7 различаются в указанных режимах в 2,4/0,2=12 раз (например, от 120 об/с до 10 об/с соответственно).So, for α = 0.2, we assume that the generator operates without load, and mechanical losses are determined only by the friction moments. For α = 2.4, it should be assumed that the load is the maximum allowable (critical). It is clear that the rotational speeds of the rotor 6 and stator 7 differ in the indicated modes by 2.4 / 0.2 = 12 times (for example, from 120 r / s to 10 r / s, respectively).

В вышеприведенном примере было показано, что влияние нагрузки весьма существенно сказывается на частоте генерируемых колебаний, что является недостатком, если важно фиксировать значение этой частоты при различных электрических нагрузках, например поддерживать частоту колебаний в пределах f=50 Гц с погрешностью 0,5 Гц для заданного разброса тока в нагрузке.In the above example, it was shown that the influence of the load has a very significant effect on the frequency of the generated oscillations, which is a drawback if it is important to fix the value of this frequency at various electrical loads, for example, to maintain the oscillation frequency within f = 50 Hz with an error of 0.5 Hz for a given current spread in the load.

Как видно из выражения для F(α), при заданной геометрии дисков 2 и 3, то есть при фиксированном значении сечения S, величину этой силы в максимуме (при α, равном α*) можно регулировать только за счет изменения величины насыщающего магнитного поля Н_НАС. Это привело к необходимости использования в устройстве системы автоматического регулирования насыщающего магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом 1 и его обмотками подмагничивания 22 и 23. Дополнительная токовая обмотка 23 при этом включена последовательно с нагрузкой 15 с переменными параметрами так, что увеличение тока в этой нагрузке приводит также и к увеличению напряженности насыщающего магнитного поля Н_НАС. Это - контур «грубого» регулирования.As can be seen from the expression for F (α), for a given geometry of the disks 2 and 3, that is, for a fixed value of the cross section S, the magnitude of this force at a maximum (for α equal to α *) can be adjusted only by changing the value of the saturating magnetic field H _US This led to the need for the device to automatically control the saturating magnetic field generated by the permanent magnet 1 and its magnetization windings 22 and 23. The additional current winding 23 is connected in series with the load 15 with variable parameters so that an increase in current in this load also leads to and to increase the intensity of the saturating magnetic field H _NAS . This is the outline of “crude” regulation.

Уточнение величины Н_НАС в функции тока в нагрузке с переменными параметрами 15 достигается благодаря введению обмотки подмагничивания 22 на постоянном магните 1, питание которой осуществляется от усилителя постоянного тока 21 контура точного регулирования, включающего цепь из последовательно включенных к усилителю постоянного тока 21 - стабилизированного генератора опорного напряжения 17, делителя частоты 18, фазочувствительного выпрямителя 19, второй вход которого соединен с одной из фаз статора 7, и инерционного звена 20 (или интегратора в системах астатического типа регулирования с нулевой остаточной ошибкой). Частота стабилизированного генератора опорного напряжения выбирается в кратное число раз k больше значения заданной частоты f генерируемых колебаний на обмотках статора 7, что облегчает получение высокостабильных колебаний. Затем эти колебания делятся по частоте в k раз в делителе частоты 18 и сравниваются с колебаниями одной из фаз статора 7 в фазочувствительном выпрямителе 19, выходной сигнал которого однозначно определяется разностной частотой сравниваемых двух колебаний, и этот сигнал фильтруется (усредняется) в инерционном звене 20, представляющем собой фильтр нижних частот с достаточно большой постоянной времени, определяющей качество регулирования и его быстродействие. Вместо инерционного звена 20, образующего так называемую систему статического регулирования, характеризуемую наличием остаточной ошибки, можно применить интегратор, характерный для систем регулирования астатического типа с нулевой остаточной ошибкой. Выбор того или иного звена определяется конъюнктурными соображениями на основе оценок систем по параметрам их быстродействия и точности регулирования.The refinement of the H _NAS value as a function of the current in a load with variable parameters 15 is achieved by introducing a bias winding 22 on a permanent magnet 1, which is powered from a direct current amplifier 21 of the fine control loop, including a chain of a stabilized reference generator connected in series to the direct current amplifier 21 voltage 17, a frequency divider 18, a phase-sensitive rectifier 19, the second input of which is connected to one of the phases of the stator 7, and the inertial link 20 (or the integrator Istemi astatic type regulation with zero residual error). The frequency of the stabilized generator of the reference voltage is selected a multiple of times k greater than the value of the specified frequency f of the generated oscillations on the stator windings 7, which facilitates the production of highly stable oscillations. Then these oscillations are divided by a factor of k times in the frequency divider 18 and compared with the oscillations of one of the phases of the stator 7 in the phase-sensitive rectifier 19, the output signal of which is uniquely determined by the difference frequency of the compared two oscillations, and this signal is filtered (averaged) in the inertial link 20, which is a low-pass filter with a sufficiently large time constant that determines the quality of regulation and its speed. Instead of the inertial link 20, forming the so-called static control system, characterized by the presence of residual error, you can use the integrator characteristic of astatic type control systems with zero residual error. The choice of this or that link is determined by conjunctural considerations based on estimates of systems according to the parameters of their speed and accuracy of regulation.

Совместная работа контуров «грубого» и точного регулирования позволяет расширить пределы вариации нагрузки при сохранении заданной точности стабилизации частоты колебаний, снимаемых с обмоток статора 7 к потребителю в виде переменного тока.The joint operation of the circuits of the "rough" and precise regulation allows you to expand the limits of the load variation while maintaining the specified accuracy of stabilization of the frequency of oscillations removed from the stator windings 7 to the consumer in the form of alternating current.

Отметим, что поскольку электропитание цепей стабилизации осуществляется от трехфазного выпрямителя 14, то в заявляемом устройстве не возникает режима холостого хода, что также способствует улучшению качества стабилизации, хотя и несколько снижает его потребительскую энергетику.Note that since the stabilization circuits are powered by a three-phase rectifier 14, the idle mode does not occur in the inventive device, which also improves stabilization quality, although it slightly reduces its consumer power.

Модификацией заявляемого устройства может быть использование р постоянных магнитов, вместо одного. Эти магниты с их обмотками 22 и 23 располагают симметрично по окружности дисков 2 и 3 с расстояниями между магнитами приблизительно втрое большими, чем длина зазоров в каждом из них, чтобы магнитная восприимчивость ферромагнитного материала по выходе из зазора одного постоянного магнита восстанавливалась до максимальной величины χ_МАХ(Н*) до подхода к зазору следующего по ходу вращения постоянного магнита. В этом. пространстве необходимо обеспечить наличие магнитного поля с напряженностью Н*, при которой магнитная восприимчивость по кривой Столетова максимальна. При этом токовые обмотки 23 всех р постоянных магнитов включаются последовательно, а обмотки подмагничивания 22 - параллельно к выходу усилителя постоянного тока 21.A modification of the claimed device may be the use of p permanent magnets, instead of one. These magnets with their windings 22 and 23 are arranged symmetrically around the circumference of the disks 2 and 3 with distances between the magnets approximately three times greater than the length of the gaps in each of them, so that the magnetic susceptibility of the ferromagnetic material at the exit from the gap of one permanent magnet is restored to the maximum value χ _MAX (Н *) before approaching the gap of the next permanent magnet along the rotation. In that. space it is necessary to ensure the presence of a magnetic field with intensity H *, at which the magnetic susceptibility along the Stoletov curve is maximum. In this case, the current windings 23 of all p permanent magnets are connected in series, and the magnetization windings 22 are parallel to the output of the DC amplifier 21.

Рассмотрим пример возможной реализации заявляемого устройства. Пусть L=5 см=0,05 м, R=10 см=0,1 м, f=ω/π=50 Гц (n=25 об/с, ω=157 рад/с), тогда при выборе α*=2,69 необходимо использовать ферромагнитный материал диска с постоянной времени магнитной вязкости τ=L/α·ωR=0,05/2,69·157·0,1=1,182·10^-3c=1,18 мс (в диапазоне 1,15…1,25 мс). Задаваясь величиной относительного перепада магнитной восприимчивости в установившемся режиме h=20, значение ранее рассчитанного интеграла равно I(α*)=0,132 (см. таблицу).Consider an example of a possible implementation of the inventive device. Let L = 5 cm = 0.05 m, R = 10 cm = 0.1 m, f = ω / π = 50 Hz (n = 25 r / s, ω = 157 rad / s), then when choosing α * = 2.69, it is necessary to use the ferromagnetic material of the disk with a magnetic viscosity time constant τ = L / α · ωR = 0.05 / 2.69 · 157 · 0.1 = 1.182 · 10 ^-3 s = 1.18 ms (in the range 1.15 ... 1.25 ms). Given the relative difference in magnetic susceptibility in the steady state h = 20, the value of the previously calculated integral is I (α *) = 0.132 (see table).

Пусть насыщающее магнитное поле Н_НАС=300 эрстед≈24000 А/м, тогда при значении h=20 величина χ_MIN∞(Н_НАС) принимается равной χ_MIN∞(Н_НAС)≈50, для значения χ_МАХ=1000 при напряженности магнитного поля Н*=100 эрстед≈8000 а/м При заданных параметрах устройства и сечении ферромагнитной кромки диска S=1 см²=10^-4 м² (диск толщиной 5 мм и шириной кромки в магнитном зазоре 20 мм) находим мощность N_BP вращательного движения: N_BP=(3,14·1,256·10^-6·24²·10⁶·10^-4·10³·0,1/31,796·10^-4)·0,132=943 [Bт]. При этом число используемых симметрично расположенных относительно кромок дисков постоянных магнитов с соответствующими обмотками 22 и 23 р≈Ent(πR/2L)=3. Полученное значение мощности вращательного движения дисков менее 1 кВт связано с обеспечением плотности потока тепловой энергии q=-λgradТ для выполнения условия dQ/dt≥N_BP (менее 250 кал/с), где Q - тепловая энергия, передаваемая ферромагнитным дискам 2 и 3 из окружающего пространства. В рассматриваемом техническом решении охлаждение частей ферромагнитных дисков 2 и 3 по выходе их из магнитного зазора постоянного магнита 1 происходит за счет адиабатического размагничивания этих частей на весьма малом промежутке движения, размер которого определяется зоной δх краевого эффекта магнитного поля, длина которой во много раз меньше длины 2πR/р>>δх - траектории движения указанных частей ферромагнитных дисков с заданной линейной скоростью V=ωR. Следовательно, размагничивание происходит за время δх/V, а теплообмен с внешней средой (нагревание от тепловой энергии внешней среды) - за время [(2πR/р)-L-δх)]/V, и применительно к такому процессу можно применить термин адиабатичности. А теплообмен между охлажденным ферромагнетиком и внешней средой, конечно, имеет место уже в неадиабатическом процессе на траектории (2πR/p)-L-δх.Let the saturating magnetic field H _NAS = 300 oersted ≈24000 A / m, then at a value of h = 20 the value χ _MIN∞ (N _NAS ) is taken equal to χ _MIN∞ (Н _НАС ) ≈50, for the value χ _MAX = 1000 with magnetic field H * = 100 oersted≈8000 a / m For the given device parameters and the cross section of the ferromagnetic edge of the disk S = 1 cm ² = 10 ^-4 m ² (a disk 5 mm thick and an edge width in the magnetic gap of 20 mm) we find the power N _BP rotational movements: N _BP = (3.14 · 1.256 · 10 ^-6 · 24 ² · 10 ⁶ · 10 ^-4 · 10 ³ · 0.1 / 31.796 · 10 ^-4 ) · 0.132 = 943 [W]. In this case, the number of permanent magnets disposed symmetrically relative to the edges of the disks with the corresponding windings 22 and 23 p≈Ent (πR / 2L) = 3. The obtained value of the power of the rotational movement of the disks of less than 1 kW is associated with ensuring the thermal energy flux density q = -λgradТ to fulfill the condition dQ / dt≥N _BP (less than 250 cal / s), where Q is the thermal energy transferred to ferromagnetic disks 2 and 3 of surrounding space. In the considered technical solution, the cooling of the parts of the ferromagnetic disks 2 and 3 upon their exit from the magnetic gap of the permanent magnet 1 occurs due to the adiabatic demagnetization of these parts over a very small interval of motion, the size of which is determined by the zone δx of the edge effect of the magnetic field, whose length is many times smaller than the length 2πR / p >> δx are the trajectories of the indicated parts of the ferromagnetic disks with a given linear velocity V = ωR. Consequently, demagnetization occurs during the time δх / V, and heat exchange with the external environment (heating from the thermal energy of the external environment) occurs during the time [(2πR / р) -L-δх)] / V, and the term adiabaticity can be applied to such a process . And the heat exchange between the cooled ferromagnet and the environment, of course, takes place already in the non-adiabatic process along the (2πR / p) -L-δх trajectory.

Приведенный расчет энергетического устройства указывает на целесообразность поиска ферромагнитных материалов, обладающих подходящей магнитной вязкостью при обеспечении больших перепадов магнитной восприимчивости h и при достаточно большой напряженности Н_НАС магнитного поля.The above calculation of the energy device indicates the feasibility of searching for ferromagnetic materials with suitable magnetic viscosity while ensuring large differences in magnetic susceptibility h and at a sufficiently high magnetic field strength H _NAS .

Кроме того, реализация таких устройств потребует разработки достаточно сильных постоянных магнитов. Так, в данном устройстве предполагалось создать напряженность магнитного поля Н_НАС=300 эрстед в зазоре между полюсами магнита сечением 10 см (2 см × 5 см) при ширине зазора 12 мм. Известно, что у лучших современных магнитных материалов энергетическое произведение (В Н)_mах достигает величины порядка 320 Тл·кА/м (то есть 40 млн. Гс·э), как у материала с высокой коэрцитивной силой SmСо₃ [5-7].In addition, the implementation of such devices will require the development of sufficiently strong permanent magnets. So, in this device it was supposed to create a magnetic field strength N _HAC = 300 Oersted in the gap between the poles of the magnet with a cross section of 10 cm (2 cm × 5 cm) with a gap width of 12 mm. It is known that in the best modern magnetic materials the energy product (V H) _max reaches about 320 T · kA / m (that is, 40 million Gs · e), as in a material with a high coercive force SmСо ₃ [5-7].

Самостоятельной технологической проблемой является поиск таких ферромагнетиков, которые отличались бы необходимой теплопроводностью для обеспечения передачи к рабочему веществу тепловой энергии достаточной мощности из окружающей среды.An independent technological problem is the search for such ferromagnets that would differ in the necessary thermal conductivity to ensure that sufficient heat energy is transferred from the environment to the working substance.

В качестве источника тепловой энергии может использоваться естественная воздушная (или водная) среда с температурой, превышающей температуру охлажденного ферромагнетика, а также солнечная радиация, для которой характерна плотность излучения у поверхности Земли около 0,15 Вт/ см²=1,5 кВт/м². Но при этом возникает техническая проблема аккумуляции энергии солнечной радиации и ее передачи рабочему телу ферромагнитного диска. Во всяком случае энергетические устройства на основе рассматриваемого устройства могут успешно конкурировать с солнечными батареями, работающими на основе фотоэлектрического эффекта, в том числе с учетом работы в темноте.A natural air (or water) medium with a temperature exceeding the temperature of a cooled ferromagnet, as well as solar radiation, which is characterized by a radiation density at the Earth's surface of about 0.15 W / cm ² = 1.5 kW / m, can be used as a source of thermal energy ² . But this raises the technical problem of the accumulation of energy of solar radiation and its transfer to the working fluid of a ferromagnetic disk. In any case, energy devices based on the device in question can successfully compete with solar panels operating on the basis of the photoelectric effect, including taking into account work in the dark.

Применение заявляемого технического решения в качестве источника электроэнергии оказывается перспективным как в бытовых генераторах электрического тока, так и в промышленности. Особую роль такие источники даровой энергии сыграют в космических аппаратах и других автономно функционирующих системах, например, на море и в пустынях, где нет источников электроэнергии, но в избытке имеется тепловая энергия.The use of the claimed technical solution as a source of electricity is promising both in household electric current generators and in industry. Such sources of free energy will play a special role in spacecraft and other autonomously functioning systems, for example, at sea and in deserts, where there are no sources of electricity, but there is an excess of thermal energy.

Важным достоинством таких источников энергии является их экологическая чистота, они не создают вредных последствий для человека и окружающей среды.An important advantage of such energy sources is their environmental friendliness, they do not create harmful consequences for humans and the environment.

Claims

A generator frequency stabilization device containing a permanent magnet with a saturating magnetic field in its gap and ferromagnetic disks of magneto-viscous material with coaxial axes of rotation, mounted with the possibility of bringing them into rotational motion by an external single action in mutually opposite directions with identical angular velocities from the source of variable voltage by means of a motor generator with a freely rotating rotor and a stator, mechanically connected with the rotation axes of di a caster, the edges of which are placed in the gap of the specified permanent magnet, the rotor is made on the basis of a permanent magnet, the stator contains a three-phase winding, the outputs of which are connected through insulated ring electrodes, a brush holder with three brushes and a two-position three-contact switch to an AC voltage source or through a three-phase rectifier to electrical load with variable parameters, and one of the phases of the stator is connected to the input of the electronic frequency meter, in addition, containing sequentially fixed stabilized reference voltage generator, frequency divider, phase-sensitive rectifier, inertial link, DC amplifier connected with a load in the form of a magnetizing winding made on a permanent magnet with the possibility of changing the intensity of the saturating magnetic field in its gap, and the second input of the phase-sensitive rectifier is connected to one of the phases of the stator with the ability to power the introduced electrical circuits from the output of a three-phase rectifier, and an additional current winding It is made on a permanent magnet and connected in the gap between the output of the three-phase rectifier and the load with variable parameters.