RU2598506C1 - Wind electric generator - Google Patents
Wind electric generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598506C1 RU2598506C1 RU2015135557/06A RU2015135557A RU2598506C1 RU 2598506 C1 RU2598506 C1 RU 2598506C1 RU 2015135557/06 A RU2015135557/06 A RU 2015135557/06A RU 2015135557 A RU2015135557 A RU 2015135557A RU 2598506 C1 RU2598506 C1 RU 2598506C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cylinder
- generator
- induction coil
- capacitor
- single segment
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области ветроэнергетики, а именно к магнитоэлектрической генерации, использующей для вращения энергию воздушного потока, и может быть использовано в ветровых установках для выработки переменного тока.The invention relates to the field of wind energy, namely to magnetoelectric generation, which uses the energy of the air flow for rotation, and can be used in wind turbines to generate alternating current.
Известен ветроэлектрогенератор, содержащий установленное на валу ветроколесо и магнитоэлектрический генератор, ротор которого выполнен в виде двух дисков с равномерно размещенными на них постоянными магнитами, неподвижный статор между дисками ротора с равномерно расположенными на нем катушками индуктивности (патент РФ №2518152, МПК F03D 9/00, опубликовано 10.06.2014). В этом ветроэлектрогенераторе при возникновении тока нагрузки происходит торможение вращения ротора генератора вследствие противодействия магнитного поля, вызывающего ЭДС индукции и магнитного поля тока, возникающего от ЭДС, при подключении нагрузки и образовании замкнутого контура в соответствии с законом Фарадея и правилом Ленца. Такое противодействие вращению ротора сказывается на КПД установки и при слабой ветряной нагрузке и большом потреблении тока приводит к останову ее лопастей. Поэтому существует проблема повышения КПД ветряных установок и снижения противодействия магнитных полей.A wind generator is known comprising a wind wheel mounted on a shaft and a magnetoelectric generator, the rotor of which is made in the form of two disks with permanent magnets uniformly placed on them, a fixed stator between the rotor disks with inductors uniformly located on it (RF patent No. 2518152, IPC F03D 9/00 published on 06/10/2014). In this wind generator, when a load current occurs, the rotation of the rotor of the generator is inhibited due to the counteraction of the magnetic field that induces the EMF of the induction and the magnetic field of the current arising from the EMF, when the load is connected and a closed loop is formed in accordance with the Faraday law and the Lenz rule. This counteraction to the rotation of the rotor affects the efficiency of the installation and with a weak wind load and high current consumption leads to a stop of its blades. Therefore, there is a problem of increasing the efficiency of wind turbines and reducing the opposition of magnetic fields.
Известен также ветрогенератор (заявка РФ №2010149279, МПК F03D 1/06, опубликовано 27.07.2012), в котором проведена работа в направлении повышения КПД ветроустановок. Ветрогенератор содержит переднюю и заднюю лопасти (2) и (10), которые аксиально соединены с соответствующими передним и задним концами основного корпуса (1), установленного на стойке мачты (30) определенной высоты, таким образом, что они вращаются в противоположных направлениях относительно друг друга навстречу ветру, множество постоянных магнитов (7), вращающихся с использованием момента вращения, передаваемого от передней лопасти (2), и корпус катушки (22), вращающийся в направлении, противоположном постоянным магнитам (7), используя момент вращения, передаваемый от задней лопасти (10), при этом постоянные магниты и корпус катушки установлены в основном корпусе (1). Крестовина (6) установлена в средней части переднего вала (3), и постоянные магниты (7) установлены на наружном диаметре крестовины (6) на определенных интервалах, и при этом вращающийся корпус (20) соединен на его внутренней стороне (21) с передним валом (3) с помощью подшипника (27а) таким образом, что на нем расположены постоянные магниты (7). Корпус катушки (22) установлен на наружной стороне вращающегося корпуса (20) напротив постоянных магнитов (7). Однако такая установка все же имеет невысокий КПД, который мало отличается от КПД других аналогов и в котором велико значение наведенной противоЭДС, препятствующей вращению ротора. Описанный ветроэлектрогенератор выбран в качестве наиболее близкого аналога.A wind generator is also known (RF application No.2010149279, IPC F03D 1/06, published July 27, 2012), in which work was done to increase the efficiency of wind turbines. The wind generator includes front and rear blades (2) and (10), which are axially connected to the corresponding front and rear ends of the main body (1) mounted on the mast post (30) of a certain height, so that they rotate in opposite directions relative to each other facing the wind, a plurality of permanent magnets (7) rotating using a torque transmitted from the front blade (2), and a coil body (22) rotating in the opposite direction to the permanent magnets (7) using a rotation moment the transmission transmitted from the rear blade (10), while the permanent magnets and the coil body are installed in the main body (1). The spider (6) is installed in the middle of the front shaft (3), and the permanent magnets (7) are installed on the outer diameter of the spider (6) at certain intervals, and the rotating case (20) is connected on its inner side (21) to the front shaft (3) using a bearing (27a) so that permanent magnets (7) are located on it. The coil housing (22) is mounted on the outside of the rotating housing (20) opposite the permanent magnets (7). However, such an installation still has a low efficiency, which differs little from the efficiency of other analogues and in which the value of the induced counter-emf is large, which prevents the rotation of the rotor. The described wind generator is selected as the closest analogue.
Задачей изобретения является повышение КПД ветроэлектрогенератора.The objective of the invention is to increase the efficiency of the wind generator.
Техническим результатом является уменьшение величины силы противодействия магнитных полей.The technical result is to reduce the magnitude of the counteracting magnetic fields.
Задача решается и технический результат реализуется в ветроэлектрогенераторе, содержащем по крайней мере один постоянный магнит, установленный на роторе с возможностью вращения от лопасти, и по крайней мере одну индукционную катушку, установленную на неподвижном статоре.The problem is solved and the technical result is implemented in a wind generator containing at least one permanent magnet mounted on the rotor with the possibility of rotation from the blade, and at least one induction coil mounted on a fixed stator.
Отличием ветроэлектрогенератора от прототипа является следующее.The difference between the wind generator and the prototype is the following.
- Ветроэлектрогенератор дополнен по крайней мере одним единичным сегментом генератора;- The wind generator is supplemented by at least one single segment of the generator;
- Единичный сегмент может быть один или более в зависимости от требуемой мощности генератора;- A single segment may be one or more depending on the required generator power;
- Единичный сегмент генератора установлен на неподвижной платформе, выполненной из диэлектрика;- A single segment of the generator is mounted on a fixed platform made of a dielectric;
- Каждый единичный сегмент генератора может располагаться как соосно магнитам ротора, так и вне их оси;- Each single segment of the generator can be located both coaxially with the rotor magnets and outside their axis;
- Единичный сегмент генератора включает полый металлический цилиндр, внешняя поверхность которого выполнена с покрытием из неполярного диэлектрика;- A single segment of the generator includes a hollow metal cylinder, the outer surface of which is coated with a non-polar dielectric;
- Внутренний объем цилиндра единичного сегмента разделен на две зоны: рабочую зону и зону накопления заряда изолирующим диэлектрическим диском, установленным внутри цилиндра своей плоскостью перпендикулярно его оси. Диэлектрический диск служит для изоляции зоны накопления заряда от воздействия электрического поля, возникающего в рабочей зоне;- The internal volume of the cylinder of a single segment is divided into two zones: the working zone and the zone of charge accumulation by an insulating dielectric disk mounted inside the cylinder with its plane perpendicular to its axis. The dielectric disk serves to isolate the charge accumulation zone from the influence of an electric field arising in the working area;
- Внутри зоны накопления заряда установлено устройство подачи отрицательного заряда на поверхность металлического цилиндра единичного сегмента генератора от слаботочного источника высокого напряжения;- Inside the charge accumulation zone, a device for supplying a negative charge to the surface of the metal cylinder of a single segment of the generator from a low-current source of high voltage is installed;
- Устройство подачи заряда может быть выполнено в виде генератора Ван де Граафа, описанного, например, в (https://ru.wikipedia.org/wiki) или другого функционально аналогичного устройства;- The charge supply device can be made in the form of a Van de Graaff generator, described, for example, in (https://ru.wikipedia.org/wiki) or other functionally similar device;
- Внутри, в центре рабочей зоны единичного сегмента генератора, соосно цилиндру единичного сегмента, расположен, торцом на изолирующем диске, аксиальный конденсатор, конструкции, например, описанный в (http://hightolow.ru/capacitor2.php) или подобной, с внешней и внутренней обкладками, при этом внешней считается обкладка, наиболее близко расположенная к внутренней поверхности цилиндра единичного сегмента;- Inside, in the center of the working area of the unit segment of the generator, coaxial to the cylinder of the unit segment, is located, an end face on the insulating disk, axial capacitor, design, for example, described in (http://hightolow.ru/capacitor2.php) or the like, with an external and the inner linings, while the outer is considered to be the lining closest to the inner surface of the cylinder of a single segment;
- Ширина обкладок аксиального конденсатора не более высоты рабочей зоны цилиндра единичного сегмента;- The width of the axial capacitor plates is not more than the height of the working area of the cylinder of a single segment;
- В рабочей зоне цилиндра единичного сегмента, между его внутренней поверхностью и аксиальным конденсатором, размещен и жестко закреплен на изолирующем диэлектрическом диске трансформатор;- In the working area of the cylinder of a single segment, between its inner surface and the axial capacitor, a transformer is placed and rigidly fixed to the insulating dielectric disk;
- Первичная обмотка трансформатора одним концом соединена с внутренней поверхностью рабочей зоны цилиндра единичного сегмента, другим - с внешней обкладкой аксиального конденсатора;- The primary winding of the transformer at one end is connected to the inner surface of the working area of the cylinder of a single segment, the other is connected to the outer lining of the axial capacitor;
- Индукционная катушка может быть выполнена с сердечником или без него; зазор между магнитом и катушкой минимален для наиболее полного использования магнитного поля магнита;- The induction coil can be made with or without a core; the gap between the magnet and the coil is minimal for the most complete use of the magnetic field of the magnet;
- Индукционная катушка расположена вне рабочей зоны единичного сегмента генератора;- The induction coil is located outside the working area of a single segment of the generator;
- Число магнитов или индукционных катушек больше числа индукционных катушек или магнитов на единицу, если катушка не одна. Это позволяет нейтрализовать возрастающую, с числом катушек и магнитов, силу их взаимного притяжения при равенстве их количества.- The number of magnets or induction coils is greater than the number of induction coils or magnets per unit if there is more than one coil. This allows you to neutralize the increasing, with the number of coils and magnets, the strength of their mutual attraction with the equality of their number.
- Если катушки без сердечника, и витки ее сделаны из немагнитного проводника (медь, алюминий), то количество магнитов равно количеству катушек. Использование катушки без сердечника возможно, но эффективность работы пары «магнит-катушка» на величину магнитной проницаемости сердечника «µ» будет меньше;- If the coils are coreless, and its turns are made of a non-magnetic conductor (copper, aluminum), then the number of magnets is equal to the number of coils. The use of a coil without a core is possible, but the efficiency of the “magnet-coil” pair by the magnetic permeability of the core “µ” will be less;
- Внутренняя обкладка аксиального конденсатора соединена с одним из концов обмотки индукционной катушки;- The inner lining of the axial capacitor is connected to one of the ends of the winding of the induction coil;
- Второй конец обмотки индукционной катушки свободен, ни с чем не связан и изолирован неполярным диэлектриком;- The second end of the winding of the induction coil is free, not connected to anything and insulated by a non-polar dielectric;
- Концы вторичной обмотки трансформатора выведены через изолирующий диэлектрический диск и зону накопления заряда за пределы цилиндра и подключены к клеммам нагрузки.- The ends of the secondary winding of the transformer are brought out through the insulating dielectric disk and the charge accumulation zone outside the cylinder and are connected to the load terminals.
Таким образом, нагрузка ветроэлектрогенератора подключена не к индукционной катушке, как в известных технических решениях, а к вторичной обмотке трансформатора единичного сегмента. Ток, необходимый для питания нагрузки, возникает за счет конструкции единичного сегмента и предварительно внесенного в него отрицательного заряда. Возникающая в индукционной катушке ЭДС служит для управления отрицательным зарядом единичного сегмента. Управление осуществляется потенциалом, возникающим на концах обмотки индукционной катушки при нулевом токе в ней.Thus, the load of the wind generator is connected not to the induction coil, as in the known technical solutions, but to the secondary winding of the transformer of a single segment. The current required to power the load arises due to the design of a single segment and the negative charge previously introduced into it. The EMF arising in the induction coil is used to control the negative charge of a single segment. The control is carried out by the potential arising at the ends of the winding of the induction coil at zero current in it.
Неизвестна конструкция единичного сегмента и его использование для обеспечения незамкнутости контура индукционной катушки ветрогенератора. Неизвестен результат такого использования - уменьшение величины силы противодействия магнитных полей в ветрогенераторе.The design of a single segment and its use to ensure the open circuit of the induction coil of a wind generator is unknown. The result of this use is unknown - a decrease in the magnitude of the counter-magnetic force in the wind generator.
Известно устройство подачи заряда на металлическую сферическую поверхность от слаботочного источника высокого напряжения - электростатический генератор Ван де Граафа в качестве генератора высокого напряжения, принцип действия которого основан на электризации движущейся диэлектрической ленты и в качестве накопителя заряда которого служит сфера. Накопление заряда на сфере обусловлено действием скин-эффекта. Величина концентрируемого на нем заряда позволяет получить напряжение до 1 МВольт (см. https://ru.wikipedia.org/wiki, статья «Генератор Ван де Граафа»). Однако неизвестен результат использования генератора для уменьшения противодействия магнитных полей в электрогенераторах и повышения КПД ветроэлектроустановок.A device is known for supplying a charge to a metal spherical surface from a low-current high voltage source — the Van de Graaff electrostatic generator as a high voltage generator, the principle of which is based on the electrification of a moving dielectric tape and the sphere serves as a charge storage device. The accumulation of charge on the sphere is due to the skin effect. The value of the charge concentrated on it allows you to get a voltage of up to 1 MVolt (see https://ru.wikipedia.org/wiki, article "Van de Graaff Generator"). However, the result of using a generator to reduce the counteraction of magnetic fields in electric generators and increase the efficiency of wind turbines is unknown.
На фиг. 1 изображен вариант ветроэлектрогенератора, ротор которого выполнен в виде двух дисков с установленными на них неподвижно закрепленными постоянным магнитами, между которыми на статоре расположены индукционные катушки. Статор закреплен на платформе с единичными сегментами генератора. На фиг. 2 изображен единичный сегмент с генератором Ван де Граафа в зоне накопления заряда.In FIG. 1 shows a variant of a wind generator, the rotor of which is made in the form of two disks with fixed magnets fixed to them, between which induction coils are located on the stator. The stator is mounted on a platform with single generator segments. In FIG. Figure 2 shows a single segment with a Van de Graaff generator in the charge storage zone.
Ветроэлектрогенератор содержит два диска 1 ротора, установленных на оси 2, связанной с лопастью ветроустановки (лопасть не показана). На дисках 1 ротора смонтированы постоянные магниты 3 (неодимовые N52) от одного до нескольких в зависимости от требуемой мощности генератора. Ориентация полюсов магнитов любая, но однотипная, однонаправленная. Роторный диск может быть один, или два, как на фиг. 1, или более. Между магнитами 3 на статоре 4 неподвижно установлены индукционные катушки 5 в зоне действия магнитов. Зазор между сердечником катушки 5 и магнитом 3 минимален для уменьшения потерь влияния магнитного поля на катушку. Количество магнитов 2 равно количеству индукционных катушек 5, и установлены они соосно, если катушки выполнены без сердечника, и витки их сделаны из немагнитного проводника (медь, алюминий). Если в катушках есть сердечник, то количество магнитов и катушек отлично на единицу, при этом возникнет несоосность в расположении катушек и магнитов относительно друг друга, что приводит к компенсации взаимного притяжения магнитов и сердечников катушек.The wind generator contains two
Единичный сегмент 6 генератора в цилиндрическом корпусе установлен соосно или несоосно с постоянным магнитом 3, как на фиг. 1, на неподвижной платформе 7 из диэлектрика. Изолирующий диэлектрический диск 8 (фиг. 2) разделяет цилиндр единичного сегмента 6 генератора на две зоны: зону 9 накопления заряда и рабочую зону 10, не нарушая целостности цилиндра. Единичных сегментов 6 может быть один или более в зависимости от требуемой мощности генератора. Внешняя поверхность цилиндра единичного сегмента 6 покрыта неполярным диэлектриком. Толщина диэлектрического покрытия цилиндра зависит от проектной величины накапливаемого заряда/ мощности единичного сегмента генератора и может составлять 2,5-4 см.The
Внутренняя 11 цилиндрическая поверхность единичного сегмента генератора снабжена токосъемником 12 в зоне 9 накопления заряда. Токосъемник 12 выполнен в виде щетки для съема заряда с диэлектрической ленты 13. Лента 13 выполнена с прерывистым металлическим покрытием ее поверхности с внешней стороны для удержания зарядов на нем. Диэлектрическая лента 13 установлена на роликах 14, как показано на фиг. 2, с возможностью перемещения, для чего предусмотрен микроэлектродвигатель, вал которого через диэлектрическую муфту (не показано) соединен с нижним роликом. Верхний ролик 14 выполнен из диэлектрического материала, нижний - из токопроводящего материала и также снабжен токосъемником для подачи отрицательных зарядов от слаботочного источника высокого напряжения. Место подключения такого источника на фиг. 2 указано знаками «+» и «-». Как показано на фиг. 2, направление движения ленты обозначено против часовой стрелки. Токосъемник 12 жестко соединен с внутренней поверхностью цилиндра 11 с электрическим контактом с ней и гибко с лентой с возможностью снятия заряда с поверхности прерывистого металлического покрытия ленты 13. Зона 9 накопления заряда - это генератор Ван де Граафа, как показано на фиг. 2, и его задача состоит в переносе на поверхность цилиндра отрицательного заряда от слаботочного источника высокого напряжения. Генератор Ван де Граафа концентрирует отрицательный заряд, полученный от слаботочного источника высокого напряжения, на поверхности цилиндра 6.The inner 11 cylindrical surface of a single segment of the generator is provided with a
В рабочей зоне 10 соосно цилиндру 6 на диэлектрическом диске 8 расположен торцом и жестко закреплен аксиальный конденсатор 15 с двумя обкладками 16 и 17. Обкладки 16 и 17 конденсатора 15 каждая выполнены из металлической тонкой и широкой ленты, например, из алюминиевой фольги, шириной не более высоты рабочей зоны 10. Обкладки 16 и 17 конденсатора 15 аксиально скручены, причем одна из обкладок, например 16, является внешней, а вторая 17, внутренней. В рабочей зоне 10 между внутренней поверхностью цилиндра 11 и аксиальным конденсатором 15 размещен и жестко закреплен на диэлектрическом диске 8 трансформатор 18. Первичная обмотка трансформатора 18 соединяет цилиндрическую поверхность 6 с внешней обкладкой 16 конденсатора 15. Внутренняя обкладка 17 конденсатора 15 соединяется с одним концом обмотки индукционной катушки 5 с сердечником. Катушка 5 расположена вне рабочей зоны 10 единичного сегмента, над ней, между постоянными магнитами 3. Концы вторичной обмотки трансформатора 18 выведены через диск 8 и зону 9 накопления заряда и подключены к клеммам 19 нагрузки. Статор 4 жестко соединен с платформой 7 с помощью стоек 20.An
Устройство подачи заряда может быть выполнено в другом варианте, не в виде генератора Ван де Граафа, см., например, https://www.youtube.com/watch?v=Tui2pUDg7ao, устройство электризации. Этот вариант возможен, но конструкция будет более сложной.The charge supply device can be performed in another embodiment, not in the form of a Van de Graaff generator, see, for example, https://www.youtube.com/watch?v=Tui2pUDg7ao, an electrification device. This option is possible, but the design will be more complex.
Ветроэлектрогенератор работает следующим образом.Wind generator operates as follows.
От высоковольтного источника напряжения с помощью генератора Ван де Граафа происходит типовое накопление отрицательного электрического заряда на внешней цилиндрической поверхности 11 единичного сегмента 6 генератора. Т.к. с внешней стороны цилиндр 11 покрыт слоем неполярного диэлектрика, «стекания» заряда практически нет. Заряд накапливается и распределяется по всей поверхности цилиндра 11 единичного сегмента. При достижении определенной величины заряда, который может быть вычислен по показаниям прибора СТ-01, и вращении ротора 1 ветроэлектрогенератора с установленным на нем постоянным магнитом 3 происходит следующее. Пролетая над катушкой 5, постоянный магнит 3 наводит в ней ЭДС индукции, в результате чего на концах обмотки катушки 5 наводится разность потенциалов, обусловленная наличием плюсовых и минусовых зарядов. Наведенный плюсовой заряд подается на электрически связанную с обмоткой катушки внутреннюю 17 обкладку конденсатора 15. В результате электризации влиянием на обкладке 16 индуцируется сила, что приводит к перетеканию заведенного ранее на цилиндр 11 отрицательного заряда на внешнюю обкладку 16 конденсатора 15, т.е. к возникновению тока с цилиндрической поверхности 11 на внешнюю обкладку 16 конденсатора 15. Т.к. действие ЭДС имеет импульсный характер за счет движения постоянного магнита 3 и временного влияния его поля на индукционную катушку 5, то после прекращения ее действия разность потенциалов на концах ее обмотки пропадает. В результате пропадает и наведенный на обкладку 17 конденсатора 15 плюсовой заряд, что приводит к перетеканию отрицательного заряда с внешней обкладки 16 конденсатора 15 на поверхность цилиндра 11 единичного сегмента 6 генератора. Возникает обратный ток с 16 на 11. Переменное движение минусового заряда по первичной обмотке трансформатора 18 позволяет снимать в нагрузку переменное напряжение и ток в клеммах 19. При этом вследствие отсутствия индукционного тока в катушке 5 противодействующего магнитного поля, которое бы тормозило вращение ротора ветроэлектрогенератора, не возникает, за счет чего резко возрастает его КПД.From a high voltage voltage source using a Van de Graaff generator, a typical accumulation of negative electric charge occurs on the outer
При равенстве магнитов и индукционных катушек с сердечником происходит притяжение их друг к другу, и нужен достаточно сильный крутящий момент, чтобы при вращении сдвинуть ротор относительно статора. Если количество магнитов больше или меньше, чем катушек на один, то при возникающей несоосности расположения магнитов и катушек относительно друг друга по дуге окружности происходит смещение в расположении сердечников и магнитов. Таким образом, при минимальном расстоянии между катушкой и магнитом происходит притягивание условно первой пары (магнит + сердечник); при этом другие пары, стремясь также притянуться, будут препятствовать притяжению первой пары. Оставшийся без пары магнит тоже будет стремиться притянуться к ближайшему сердечнику и за счет этого происходит компенсация. Сила притяжения не концентрируется в местах нахождения пар, а распределяется по всей окружности.When the magnets and the induction coils with the core are equal, they are attracted to each other, and a sufficiently strong torque is needed to rotate the rotor to move relative to the stator. If the number of magnets is more or less than one coil, then when there is a misalignment of the location of the magnets and coils relative to each other along an arc of a circle, an offset occurs in the arrangement of the cores and magnets. Thus, with a minimum distance between the coil and the magnet, a conventionally attracted first pair (magnet + core) is attracted; while other pairs, trying also to be attracted, will prevent the attraction of the first pair. The magnet left without a pair will also tend to be attracted to the nearest core and due to this, compensation will occur. The force of gravity is not concentrated at the locations of the pairs, but is distributed throughout the entire circumference.
Известно, что, согласно закону Фарадея, ЭДС индукции, возникающая в проводящем контуре, зависит от скоротечности изменения магнитного потока сквозь площадь, ограниченную этим контуром, и записывается в виде формулыIt is known that, according to the Faraday law, the induction EMF that arises in a conducting circuit depends on the rate of change of the magnetic flux through the area bounded by this circuit and is written in the form of the formula
Так же известно правило Ленца, которое гласит, что «Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток».The Lenz rule is also known, which states that "The induction current arising in a closed conductive circuit has such a direction that the magnetic field created by it counteracts the change in magnetic flux that caused this current."
Отметим словосочетание «ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре» и «противодействует».Note the phrase "current arising in a closed conductive circuit" and "counteracts".
Величина противодействующего магнитного потока зависит от величины тока, возникающего в проводящем контуре, и записывается формулой.The magnitude of the opposing magnetic flux depends on the magnitude of the current arising in the conductive circuit, and is written by the formula.
Ф=LI,F = LI,
где L - индуктивность контура. Так как индукционный ток, созданный за счет ЭДС индукции в контуре, является током, вызывающим противодействующий магнитный поток в том же контуре, а индуктивность контура в обоих случаях одинакова, то при качественном анализе величины противодействия ею можно пренебречь. Таким образом, величина противодействующего магнитного потока зависит от величины тока, протекающего в контуре. Это подтверждается опытом с прибором Ленца (http://www.youtube.com/watch?v=KVN1m-dPMPw), где в случае цельного кольца ток в контуре максимален (противодействие максимально), а в случае разорванного равен нулю (противодействия нет). На практике это приводит к противодействию вращения ротора генератора при наличии тока нагрузки. При наличии у генератора нагрузки необходимо прикладывать внешнее усилие для сохранения тока. Чем меньше ток нагрузки, тем меньше прикладываемое усилие и наоборот.where L is the inductance of the circuit. Since the induction current created due to the emf of induction in the circuit is the current causing the counteracting magnetic flux in the same circuit, and the circuit inductance is the same in both cases, it can be neglected in a qualitative analysis of the magnitude of the counteraction. Thus, the magnitude of the opposing magnetic flux depends on the magnitude of the current flowing in the circuit. This is confirmed by the experience with the Lenz device (http://www.youtube.com/watch?v=KVN1m-dPMPw), where in the case of a solid ring the current in the circuit is maximum (the reaction is maximum), and in the case of a broken circuit it is zero (there is no reaction) . In practice, this leads to counteraction of the rotation of the generator rotor in the presence of a load current. If the generator has a load, an external force must be applied to maintain current. The smaller the load current, the less the applied force and vice versa.
Так как постоянный магнит можно представить, как замкнутый контур с током I1, а ток нагрузки, протекающий в контуре индукционной катушки, как I2, то сила их взаимодействия определяется формулойSince a permanent magnet can be represented as a closed circuit with a current of I 1 , and the load current flowing in the circuit of an induction coil as I 2 , the strength of their interaction is determined by the formula
F=k 2I1I2/b,F = k 2I 1 I 2 / b,
где k - коэффициент пропорциональности;where k is the coefficient of proportionality;
b - расстояние между контурами.b is the distance between the contours.
(см. https://ru.wikipedia.org/wiki/ статья «Закон Ампера»)(see https://ru.wikipedia.org/wiki/ article "Ampere's Law")
Сила «F» и есть сила противодействия, которая мешает сближению контуров при их сближении, и удалению при удалении.The force “F” is the counteraction force, which prevents the contours from drawing closer together, and removing them when removed.
В традиционных ветрогенераторах ток нагрузки лимитирован минимальной кинетической энергией ветра, при которой возможно преодоление противодействующего магнитного поля. Так как кинетическая энергия в большей степени зависит от скорости, то следует, что чем выше скорость ветра, тем больший ток нагрузки мы можем получить. В итоге получаем соответствующую мощность.In traditional wind generators, the load current is limited by the minimum kinetic energy of the wind at which overcoming the opposing magnetic field is possible. Since kinetic energy is more dependent on speed, it follows that the higher the wind speed, the greater the load current we can get. As a result, we get the corresponding power.
Классическая формула теоретически возможной мощности ветрогенераторной установки выглядит так:The classic formula of the theoretically possible power of a wind generator is as follows:
Р=pSv3/2,P = pSv 3/2,
где р - плотность воздуха;where p is the density of air;
S - ометаемая площадь лопастей;S - swept area of the blades;
v - скорость ветра.v is the wind speed.
На практике реально получаемая мощность не превышает 30-45% от теоретической. Столь низкий КПД зависит от конструкции ветряка, но в большей степени от наличия противодействия в самом ветрогенераторе при подключении к нему нагрузки (http://rotozeev.net/page/kpd-vetrogeneratora).In practice, the actual received power does not exceed 30-45% of the theoretical. Such a low efficiency depends on the design of the wind turbine, but to a greater extent on the presence of counteraction in the wind generator itself when the load is connected to it (http://rotozeev.net/page/kpd-vetrogeneratora).
В нашем случае присутствует только ЭДС индукции, противодействующего индукционного тока не возникает ввиду незамкнутого контура индукционной катушки 5, как в случае с разорванным кольцом. Ток нагрузки формируется за счет конструкции единичного сегмента и внесенного на его цилиндрическую металлическую поверхность предварительного заряда необходимой величины. Эта величина расчетная и рассчитывается из показания прибора СТ-01 или аналогичного измерителя напряженности электрического поля и требования необходимой мощности.In our case, only the induction emf is present, the counteracting induction current does not occur due to the open circuit of the
Так как мощность есть энергия, потраченная в единицу времени, то оперируем величиной энергии электрического поля, определяемой формулойSince power is the energy spent per unit of time, we operate with the value of the electric field energy defined by the formula
W=Qφ/2W = Qφ / 2
где Q - величина заряда на цилиндре,where Q is the magnitude of the charge on the cylinder,
φ - потенциал на цилиндре.φ is the potential on the cylinder.
Величина напряженности зависит от величины электрического заряда. ФормулаThe magnitude of the tension depends on the magnitude of the electric charge. Formula
E=Q/2πε0RlE = Q / 2πε 0 Rl
является классической для определения напряженности на поверхности цилиндра. Формулаis a classic for determining the tension on the surface of a cylinder. Formula
φ=Qln(1/R)/2πε0lφ = Qln (1 / R) / 2πε 0 l
тоже классическая и определяет потенциал на поверхности цилиндра. Величина φ дает возможность рассчитать толщину диэлектрика на внешней стороне цилиндра через его электрическую прочность. Расчетное значение предварительного заряда обеспечивается конструкцией единичного сегмента, а включение его в цепь проводящего контура, в котором возникает ЭДС индукции, позволяет получить аналогичный традиционному включению ток нагрузки, но без противодействующего магнитного потока.also classical and determines the potential on the surface of the cylinder. The value of φ makes it possible to calculate the thickness of the dielectric on the outside of the cylinder through its dielectric strength. The calculated value of the preliminary charge is provided by the design of a single segment, and its inclusion in the circuit of the conductive circuit, in which the induction emf occurs, makes it possible to obtain a load current similar to the traditional inclusion, but without an opposing magnetic flux.
Ток I2 в предложенной конструкции равен нулю, так как из двух выводов катушки задействован только один, контур цепи катушки 5 не замкнут, следовательно, сила взаимодействия (F=k 2I1I2/b) нулевая. Этот факт, как показывают эксперименты автора, приводит к увеличению КПД ветроэлектрогенераторной установки до 70-90%.The current I 2 in the proposed design is zero, since only one of the two terminals of the coil is involved, the circuit circuit of the
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015135557/06A RU2598506C1 (en) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | Wind electric generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015135557/06A RU2598506C1 (en) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | Wind electric generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2598506C1 true RU2598506C1 (en) | 2016-09-27 |
Family
ID=57018461
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015135557/06A RU2598506C1 (en) | 2015-08-21 | 2015-08-21 | Wind electric generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2598506C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172055U1 (en) * | 2016-10-18 | 2017-06-28 | Сергей Григорьевич Кузьмин | Wind power plant |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2370666C1 (en) * | 2008-02-27 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Wind-powered electric generator of segment type |
RU2397362C1 (en) * | 2009-01-11 | 2010-08-20 | Станислав Иванович Гусак | Mode of wind-driven generator operation and wind-driven generator |
US20140125063A1 (en) * | 2012-11-05 | 2014-05-08 | Mohammad Shahamat | Electrical Generator |
RU2537698C2 (en) * | 2012-05-29 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Generator stator |
CN204186531U (en) * | 2014-09-01 | 2015-03-04 | 江苏大学 | A kind of Novel inner rotor suspension of five-freedom degree magnetic vertical axis aerogenerator |
-
2015
- 2015-08-21 RU RU2015135557/06A patent/RU2598506C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2370666C1 (en) * | 2008-02-27 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Wind-powered electric generator of segment type |
RU2397362C1 (en) * | 2009-01-11 | 2010-08-20 | Станислав Иванович Гусак | Mode of wind-driven generator operation and wind-driven generator |
RU2537698C2 (en) * | 2012-05-29 | 2015-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Generator stator |
US20140125063A1 (en) * | 2012-11-05 | 2014-05-08 | Mohammad Shahamat | Electrical Generator |
CN204186531U (en) * | 2014-09-01 | 2015-03-04 | 江苏大学 | A kind of Novel inner rotor suspension of five-freedom degree magnetic vertical axis aerogenerator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172055U1 (en) * | 2016-10-18 | 2017-06-28 | Сергей Григорьевич Кузьмин | Wind power plant |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2642442C1 (en) | Synchronous generator with two-circuit magnetic system | |
KR20120056408A (en) | Generator | |
EP3726711A1 (en) | Brushless motor-generator | |
KR101324546B1 (en) | Time difference generator using balance of both poles | |
RU2623214C1 (en) | Axial polyphase two-inlet contactless electrical machine-generator | |
JP2012515433A (en) | Solid-state rotating field power cogeneration system | |
RU2533886C1 (en) | Brushless direct current motor | |
RU2598506C1 (en) | Wind electric generator | |
RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
RU2534046C1 (en) | Electric power generator | |
RU2726153C1 (en) | Brushless motor generator | |
CN111953161A (en) | Double-winding axial magnetic field multiphase flywheel pulse generator system | |
RU2284629C2 (en) | Unipolar overhung brushless direct-current generator | |
US20150145260A1 (en) | Induction generator | |
WO2015192460A1 (en) | Fully-magnetic power machine having magnetic flux regulating device via electromagnetic pulse | |
RU2393615C1 (en) | Single-phase contact-free electromagnetic generator | |
RU61484U1 (en) | UNIPOLAR MULTI-WIRING DC GENERATOR WITH MAGNETIC AND ELECTROMAGNETIC SELF EXCITATION | |
RU2565775C1 (en) | Brushless synchronous generator with permanent magnets | |
KR101772271B1 (en) | Generator for decreasing counter electromotive | |
KR101540763B1 (en) | Non-contact eddy current generator. | |
RU116714U1 (en) | MAGNETO-DISK MACHINE | |
RU131919U1 (en) | LOW-TURNING ELECTRIC CURRENT GENERATOR | |
RU2507667C2 (en) | Magnetic generator | |
RU2418351C1 (en) | Front wave electric motor | |
CN102751794A (en) | Disc type magnetic balancer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170822 |