UA64568A

UA64568A - Wind generator with self-excitation

Info

Publication number: UA64568A
Application number: UA2003065954A
Authority: UA
Inventors: Viktor Yakovych Zharkov; Anton Viktorovych Zharkov; Oleksandr Oleksandro Tyschenko
Original assignee: Tavria State Agricultural Eng Acad
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2004-02-16

Abstract

A wind heat generator with self-excitation includes identical windings, those are placed symmetrically on the teeth of a fixed magnetic conductor and connected in parallel, and through connected in series rectifier and controlling resistor connected to the outputs of the excitation winding.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Пропонований винахід відноситься до індукційних нагрівних пристроїв, призначених для перетворення 2 механічної енергії в теплову.The proposed invention relates to induction heating devices designed to convert 2 mechanical energy into thermal energy.

Відома установка для одержання гарячої води з прямим безперервним пеое-творенням енергії вітру в теплову енергію, в якій енергія від вала вітродвигуна передається для приводу насоса або мішалки (Патент 385613 Швеція, МПК" гОЗ309/02, опубл. 12.07.1976). При роботі насоса вода циркулює в замкнутому об'ємі з 0 достатньо високою швидкістю, при цьому енергія РУХУ за рахунок тертя перетворюється в теплову енергіюA known installation for obtaining hot water with direct, continuous conversion of wind energy into thermal energy, in which the energy from the shaft of the wind engine is transmitted to drive a pump or agitator (Patent 385613 Sweden, IPC" gОZ309/02, publ. 12.07.1976). During operation pump, water circulates in a closed volume with 0 at a sufficiently high speed, while the energy of MOVEMENT due to friction is transformed into heat energy

Недоліком названої установки є її складність і дороговизна, обумовлені потребою протяжних трубопроводів високого тиску.The disadvantage of the mentioned installation is its complexity and high cost, caused by the need for long high-pressure pipelines.

Відомий також індукційний перетворювач вітрової енергії в теплову (Патент 771 А Україна, МПК" гО307/06, опубл. в бюл. Мо2, 20011), що містить нерухомий індуктор в вигляді індукційної обмотки, збудженої постійним /5 струмом, розташованої на кільцевому магнітопроводі, рухомий кільцевий магнітопровід, зв'язаний з валом вітродвигуна, в прилеглих торцях магнітопроводів утворено радіальні зубці з постійним кроком і по кільцевій канавці, що ділить їх за площею поперечного перерізу навпіл, магнітопроводи установлені співвісно в резервуарі з теплоакумулюючою рідиною з фіксованим зазором між прилеглими торцями.An induction converter of wind energy into thermal energy is also known (Patent 771 A Ukraine, MPK" gO307/06, publ. in Bull. Mo2, 20011), which contains a fixed inductor in the form of an induction winding excited by a constant /5 current, located on an annular magnetic wire, a movable ring magnet wire connected to the shaft of the wind engine, in the adjacent ends of the magnet wires, radial teeth are formed with a constant step and along the ring groove, which divides them in half according to the cross-sectional area, the magnet wires are installed coaxially in a tank with a heat-accumulating liquid with a fixed gap between the adjacent ends.

Недолік відомого пристрою є його низька надійність, обумовлена індукуванням в обмотці е.р.с. змінною ор складовою магнітної індукції, що може призвести до пробою ізоляції обмотки. Крім того, потреба в джерелі збудження ускладнює пристрій та збільшує його вартістьThe disadvantage of the known device is its low reliability, due to induction in the winding of E.R.S. variable OR component of magnetic induction, which can lead to a breakdown of the winding insulation. In addition, the need for an excitation source complicates the device and increases its cost

Найбільш близьким за технічною сутністю до описаного вибрано індукційний перетворювач механічної енергії в теплову з пульсуючим магнітним потоком (Патент 47216 А Україна МПК" ГО307/06. Опубл. в бюл. Моб, 20021, що містить нерухомий індуктор в вигляді кільцевої індукційної обмотки, розташованої в кільцевій канавці на ов нерухомому кільцевому магнітопроводі, і рухомий кільцевий магнітопровід, зв'язаний з валом вітродвигуна, установлений співвісно з нерухомим магнітопроводом і з фіксованим зазором між прилеглими торцями « магнітопроводів, які поміщені в резервуар з теплоакумулюючою рідиною, в прилеглих торцях магнітопроводів утворені зубці з постійним кроком, розділені кільцевими канавками на зовнішні і внутрішні, рівні за площею, причому внутрішні зубці зсунуті відносно зовнішніх зубців на половину зубцевого кроку, а індукційна обмотка со зо збуджена постійним струмом.An induction converter of mechanical energy into thermal energy with a pulsating magnetic flux (Patent 47216 A Ukraine MPK" GO307/06. Published in the Bull. Mob, 20021, which contains a fixed inductor in the form of a ring induction coil located in ring groove on the fixed ring magnet wire, and the movable ring magnet wire connected to the shaft of the wind motor, installed coaxially with the fixed magnet wire and with a fixed gap between the adjacent ends of the magnet wires, which are placed in a tank with a heat-accumulating liquid, in the adjacent ends of the magnet wires, teeth are formed with with a constant pitch, divided by annular grooves into outer and inner ones, equal in area, and the inner teeth are shifted relative to the outer teeth by half the tooth pitch, and the induction winding so z is excited by direct current.

Недолік відомого пристрою є потреба в автономному джерелі постійного струму, що ускладнює пристрій та збільшує його вартість. юThe disadvantage of the known device is the need for an autonomous direct current source, which complicates the device and increases its cost. yu

В основу винаходу поставлена технічна задача удосконалення вітрового теплогенератора з самозбудженням, за рахунок установки на зубцях нерухомого магнітопроводу додаткових обмоток ідентичного «The basis of the invention is the technical task of improving the wind heat generator with self-excitation, due to the installation of additional windings of identical "

Зз5 ВИКОНання, які розташовані симетрично на зубцях нерухомого магнітопроводу, і через послідовно з'єднані со випрямляч і регулювальний резистор підімкнені до виводів обмотки збудження, в результаті чого відпадає потреба в автономному джерелі постійного струму, і за рахунок цього зменшується вартість вітрового теплогенератора, а також спрощується експлуатація вітрового теплогенератора та її вартість.Зз5 EXECUTIONS, which are located symmetrically on the teeth of the fixed magnetic circuit, and through the series-connected rectifier and the regulating resistor are connected to the terminals of the excitation winding, as a result of which there is no need for an autonomous source of direct current, and due to this, the cost of the wind heat generator is reduced, as well as the operation of the wind heat generator and its cost are simplified.

Поставлена задача вирішується тим, що вітровий теплогенератор з самозбудженням, що містить нерухомий « індуктор в вигляді обмотки збудження, розташованої в кільцевій канавці на нерухомому кільцевому -о с магнітопроводі, і рухомий кільцевий магнітопровід, кінематичне зв'язаний з валом вітродвигуна, установлений співвісно з нерухомим магнітопроводом і з фіксованим зазором між прилеглими торцями магнітопроводів, які :з» поміщені в резервуар з теплоакумулюючою рідиною, в прилеглих торцях магнітопроводів утворені радіальні зубці з постійним кроком, зубці нерухомого магнітопроводу розділені кільцевою канавкою на зовнішні і внутрішні, рівні за площею, причому внутрішні зубці зсунуті відносно зовнішніх на половину зубцевого кроку, б згідно винаходу він містить додаткові обмотки ідентичного виконання, які розташовані симетрично на зубцях нерухомого магнітопроводу, з'єднані паралельно і через послідовно з'єднані випрямляч і регулювальний ве резистор підімкнені до виводів обмотки збудження. г Установка додаткових обмоток на зубцях нерухомого магнітопроводу забезпечує індукування в них змінної е.р.с. при обертанні рухомого магнітопроводу; ідентичне виконання додаткових обмоток забезпечує рівністьThe problem is solved by the self-excited wind heat generator containing a stationary "inductor in the form of an excitation winding located in an annular groove on a stationary annular magneto conductor, and a movable annular magneto conductor, kinematically connected to the shaft of the wind engine, installed coaxially with the stationary magnetic conductor and with a fixed gap between the adjacent ends of the magnetic conductors, which are placed in a tank with a heat-accumulating liquid, radial teeth with a constant pitch are formed in the adjacent ends of the magnetic conductors, the teeth of the fixed magnetic conductor are divided by an annular groove into outer and inner ones, equal in area, and the inner teeth shifted relative to the outer ones by half of the tooth pitch, b according to the invention it contains additional windings of identical design, which are located symmetrically on the teeth of the fixed magnet wire, connected in parallel and connected to the terminals of the excitation winding through a series-connected rectifier and regulating resistor. d Installation of additional windings on the teeth of a fixed magnetic circuit ensures induction of variable emf in them. during rotation of the moving magnetic circuit; identical performance of additional windings ensures equality

Ме, амплітудної величини індукованих в них е.р.с., а симетричне розташування додаткових обмоток на зубцях с нерухомого магнітопроводу забезпечує одночасну зміну індукованих е.р.с. в часі; паралельне з'єднання додаткових обмоток забезпечує збільшення сумарної величини індукованого струму; підімкнення паралельно з'єднаних додаткових обмоток ідентичного виконання через послідовно з'єднані випрямляч і регулювальний резистор до виводів обмотки збудження забезпечує отримання випрямленого струму збудження необхідної величини.Me, the amplitude value of the emfs induced in them, and the symmetrical arrangement of additional windings on the teeth of the fixed magnet wire ensures a simultaneous change of the induced emfs. in time; parallel connection of additional windings ensures an increase in the total value of the induced current; connecting parallel-connected additional windings of identical design through a series-connected rectifier and adjusting resistor to the terminals of the excitation winding ensures obtaining a rectified excitation current of the required value.

Р Таким чином, запропонований винахід забезпечує живлення обмотки збудження без автономного джерела постійного струму, в якості якого звичайно використовується акумуляторна батарея, в результаті чого зменшується вартість вітрового теплогенератора. Крім того, усунення акумуляторної батареї спрощує 60 експлуатацію вітрового теплогенератора та її вартість.P Thus, the proposed invention provides power to the excitation winding without an autonomous source of direct current, which is usually used as a battery, as a result of which the cost of the wind heat generator is reduced. In addition, the elimination of the storage battery simplifies 60 the operation of the wind generator and its cost.

Технічна сутність і принцип дії запропонованого вітрового теплогенератора з самозбудженням пояснюється графічним матеріалом: на фіг.1 подано загальний вид вітрового теплогенератора з самозбудженням; на фіг.2 - нерухомий магнітопровід; 65 на фіг.З - рухомий магнітопровід; на фіг.4 - електрична схема з'єднання додаткових обмоток з обмоткою збудження;The technical essence and principle of operation of the proposed wind heat generator with self-excitation is explained by graphic material: Fig. 1 shows the general view of the wind heat generator with self-excitation; in Fig. 2 - a fixed magnet wire; 65 in Fig. 3 - a moving magnetic wire; Fig. 4 is an electrical diagram of the connection of additional windings with the excitation winding;

на фіг.5 - розподіл магнітної індукції в зазорі між прилеглими торцями магнітопроводів і е.р.с. в додаткових обмотках.in Fig. 5 - the distribution of magnetic induction in the gap between the adjacent ends of the magnetic conductors and the E.R.S. in additional windings.

Вітровий теплогенератор з самозбудженням містить нерухомий індуктор 1 з обмоткою збудження 2,The wind heat generator with self-excitation contains a fixed inductor 1 with an excitation winding 2,

Дозташованою в кільцевій канавці 3, на нерухомому кільцевому магнітопроводі 4, і додатковими обмотками 5 та рухомий кільцевий магнітопровід 6, кінематичне зв'язаний з валом 7, що обертається за рахунок енергії вітру від вітродвигуна 8. Магнітопроводи 4,6 установлені співвісно та поміщені в резервуар 9 з теплоакумулюючою рідиною 10. В прилеглих торцях магнітопроводів 4,6 виконані пази 11,12,13 що утворюють зубці 14,15,16 з постійним зубцевим кроком 17. Причому внутрішні зубці 15 нерухомого магнітопроводу 4, що обхвачені 7/0 Кільцевою канавкою 3, зсунуті відносно відповідних зовнішніх зубців 16 на половину зубцевого кроку 17.Located in the ring groove 3, on the stationary ring magnet wire 4, and additional windings 5 and the movable ring magnet wire 6, the kinematic is connected to the shaft 7, which rotates due to the wind energy from the wind engine 8. The magnet wires 4,6 are installed coaxially and placed in the tank 9 with a heat-accumulating liquid 10. In the adjacent ends of the magnetic conductors 4, 6, grooves 11, 12, 13 are made, which form teeth 14, 15, 16 with a constant tooth pitch 17. Moreover, the internal teeth 15 of the stationary magnetic conductor 4, which are covered by 7/0 Annular groove 3 , shifted relative to the corresponding outer teeth 16 by half of the tooth pitch 17.

Кільцева канавки З ділить зубці 15,16 нерухомого магнітопроводу 4 за площею поперечного перерізу навпіл. Для цього квадрат діаметра середньої лінії кільцевої канавки З повинен дорівнювати напівсумі квадратів зовнішнього та внутрішнього діаметрів магнітопроводу 4: (00)7-0,5.(08)7 (Овни) 15 де О, - діаметр середньої лінії кільцевої канавки;The annular groove C divides the teeth 15, 16 of the fixed magnet wire 4 in half by the cross-sectional area. For this, the square of the diameter of the middle line of the annular groove Z should be equal to the half sum of the squares of the outer and inner diameters of the magnetic conductor 4: (00)7-0.5.(08)7 (Aries) 15 where О is the diameter of the middle line of the annular groove;

Оз і Овн - зовнішній і внутрішній діаметр нерухомого магнітопроводу.Oz and Aries are the outer and inner diameters of the fixed magnet wire.

Нерухомий магнітопровід 4 закріплено в резервуарі 9 на магнітоїзолюючих опорах 18. Радіально-упорний підшипник 19 забезпечує фіксований зазор 20 між зубцями магнітопроводів 4,6. Додаткові обмотки 5 ідентичного виконання розташовані симетрично на зубцях 16 нерухомого магнітопроводу 4, з'єднані паралельно і через 20 послідовно з'єднані випрямляч 21 і регулювальний резистор 22 підімкнені до виводів обмотки збудження 2.The stationary magnetic wire 4 is fixed in the tank 9 on magnetoisolating supports 18. The radial thrust bearing 19 provides a fixed gap 20 between the teeth of the magnetic wires 4,6. Additional windings 5 of an identical design are located symmetrically on the teeth 16 of the fixed magnetic circuit 4, connected in parallel and through 20, the rectifier 21 and the adjusting resistor 22 connected in series are connected to the terminals of the excitation winding 2.

Пристрій працює таким чином.The device works like this.

Перед установкою в експлуатацію магнітопро-води 4,6 намагнічуються від обмотки збудження 2 шляхом підключення її до стороннього джерела живлення постійного струму. Надалі магнітопроводи 4,6 залишаються в намагніченому стані за рахунок остаточного магнетизму. При обертанні рухомого магнітопроводу 6, який 25 Кінематичне, зв'язаний з валом 7 вітродвигуна 8, змінюється зазор 20 між зубцями 14 і 15,16 магнітопроводів 6,4. При зміні зазору 20 змінюється і магнітна індукція в зубцях 16, на яких розташовані додаткові паралельно « з'єднані обмотки 5 ідентичного виконання, в результаті чого в додаткових обмотках 5 індукується е.р.с., під дією якої через послідовно з'єднані випрямляч 21 і регулювальний резистор 22 випрямлений струм протікає по обмотці збудження 2 і утворене магнітне поле збудження додатково підмагнічує магнітопроводи 4,6. ее) 30 Зубці, 14,15,16 магнітопроводів 4,6 намагнічуються магнітним полем збудження в одному напрямі одночасно.Before commissioning, magnetic wires 4,6 are magnetized from excitation winding 2 by connecting it to an external DC power source. In the future, magnetic conductors 4,6 remain in a magnetized state due to final magnetism. During the rotation of the moving magnet wire 6, which is connected to the shaft 7 of the wind motor 8, the gap 20 between the teeth 14 and 15,16 of the magnet wires 6,4 changes. When the gap 20 changes, the magnetic induction in the teeth 16 also changes, on which additional parallel-connected windings 5 of an identical design are located, as a result of which an emf is induced in the additional windings 5, under the action of which through the series-connected rectifier 21 and the adjusting resistor 22, the rectified current flows through the excitation winding 2 and the generated excitation magnetic field additionally magnetizes the magnetic conductors 4,6. ee) 30 Teeth, 14, 15, 16 of magnetic wires 4, 6 are magnetized by the excitation magnetic field in one direction at the same time.

Із-за зубчастої будови торців магнітопроводів 4,6 магнітний потік що замикається через них, не буде о розподілятися рівномірно. Більша його частина проходитиме через ділянки, де зубець 14 рухомого ю магнітопроводу 6 розташується над зубцем 15 або 16 нерухомого магнітопроводу 4, а найменша - на ділянці, де зубець 14 рухомого магнітопроводу 6 розташується над пазом 12 або 13 нерухомого магнітопроводу 4. При М 35 цьому між зубцями 14 рухомого магнітопроводу 6 та зубцями 15 або 16 нерухомого магнітопроводу 4 змінюється Ге) зазор 20, а отже і магнітна індукція в ньому. В результаті цього крива 23 розподілу магнітної індукції в зазорі 20 між зубцями 14 рухомого магнітопроводу 6 та зовнішніми зубцями 16 нерухомого магнітопроводу 4 набуде пилковидного характеру, і матиме вигляд, представлений на фіг. 4. Крива розподілу магнітної індукції в « зазорі 20 між зубцями 14 рухомого магнітопроводу 6 та внутрішніми зубцями 15 нерухомого магнітопроводу 4 70 матиме подібний характер із зсувом на 180". - с Змінна магнітна індукція в зовнішніх зубцях 16 індукує в кожній додатковій обмотці 5 змінну е.р.с., ц (крива 24). Для даного моменту часу, коли над зовнішнім зубцем 16 знаходиться зубець 14, індукція в зазорі 20 "» над зовнішнім зубцем 16 має максимальне значення В, тду; а над внутрішнім зубцем 15 мінімальне значенняDue to the toothed structure of the ends of the magnetic conductors 4,6, the magnetic flux that closes through them will not be evenly distributed. Its greater part will pass through the areas where the tooth 14 of the movable magnetic conductor 6 is located above the tooth 15 or 16 of the stationary magnetic conductor 4, and the smallest - in the area where the tooth 14 of the movable magnetic conductor 6 is located above the groove 12 or 13 of the stationary magnetic conductor 4. At M 35, this between the teeth 14 of the moving magnet wire 6 and the teeth 15 or 16 of the stationary magnet wire 4, the gap 20 changes, and therefore the magnetic induction in it. As a result of this, the curve 23 of the distribution of magnetic induction in the gap 20 between the teeth 14 of the moving magnetic conductor 6 and the outer teeth 16 of the stationary magnetic conductor 4 will acquire a sawtooth character, and will have the form shown in Fig. 4. The magnetic induction distribution curve in the "gap 20 between the teeth 14 of the moving magnet wire 6 and the inner teeth 15 of the stationary magnet wire 4 70 will have a similar character with a shift of 180". .r.s., ts (curve 24). For a given moment of time, when the tooth 14 is above the outer tooth 16, the induction in the gap 20 "" above the outer tooth 16 has the maximum value B, tdu; and above the inner tooth 15 the minimum value

Ветії При обертанні рухомого магнітопроводу 6, коли над зовнішнім зубцем 16 розташується паз 11 рухомого б 175 магнітопроводу 6, індукція в зазорі 20 над зовнішнім зубцем 16 зменшується до Вті, а над внутрішнім зубцем ї» 15 збільшиться до Ветах. Таким чином, при обертанні рухомого магнітопроводу б, кінематичне зв'язаного з валом 7 вітродвигуна 8, що обертається за рахунок енергії вітру, індукція в зазорі 20 і зубцях пульсує, не і-й змінюючи знаку від В етак ДО В ті: Її можна представити в вигляді двох складових: ву ше , змінної з амплітудою со Ек. ОВС вт 7 В вті) і постійної, рівнійPoints During the rotation of the movable magnet wire 6, when the groove 11 of the movable magnetic wire 6 is located above the outer tooth 16, the induction in the gap 20 above the outer tooth 16 decreases to Vti, and above the inner tooth 15 increases to Veta. Thus, during the rotation of the moving magnet wire b, the kinematics of the wind motor 8 connected to the shaft 7, which rotates due to the energy of the wind, the induction in the gap 20 and the teeth pulsates without changing its sign from B etak TO B ti: It can be represented in the form of two components: vu she , a variable with amplitude so Ek. OVS tu 7 V tu) and constant, equal

В. ОБ сятдк У В втіп/ 99 Змінна складова магнітного поля індукує в додаткових обмотках 5 і магніто-проводах 4,6 змінну е.р.с. в частотою 22 де 7 - кількість зубців на рухомому магнітопроводі; п - частота обертання рухомого магнітопроводу, с". 60 Е.р.с. в додаткових обмотках 5 живить обмотку 2 збудження випрямленим струмом, а е.р.с. в магнітопроводах створює вихрові струми в них. Вихрові струми за законом Джоуля - Ленца нагрівають магнітопроводи 4,6 а від них нагрівається те-плоакумулююча рідина в резервуарі 9, яка може використовуватися для обігріву споруд, парників та теплиць. Постійна складова магнітного потоку ніяких е.р.с. не індукує, тому ця частина магнітного потоку не приймає участі в бо перетворенні механічної енергії вітру в теплову.V. OB syatdk U V vtip/ 99 The variable component of the magnetic field induces in the additional windings 5 and magnetic wires 4,6 a variable E.R.S. at a frequency of 22, where 7 is the number of teeth on the moving magnetic circuit; n is the frequency of rotation of the moving magnetic wire, s". 60 The emf in additional windings 5 feeds the excitation winding 2 with rectified current, and the emf in the magnetic wires creates eddy currents in them. Eddy currents according to the Joule - Lenz law heat the magnetic conductors 4,6, and they heat the heat-accumulating liquid in the tank 9, which can be used for heating buildings, greenhouses, and greenhouses. The permanent component of the magnetic flux does not induce any EMF, so this part of the magnetic flux does not participate in the transformation of the wind's mechanical energy into thermal energy.

В результаті зсуву внутрішніх зубців 15 відносно зовнішніх зубців 16 нерухомого магнітопроводу 4 на половину зубцевого кроку 17 сумарний магнітний опір в магнітопроводах 4,6 і магнітний потік в них залишаються постійними, а тому останній не індукує змінної е.р.с. в обмотці збудження 2.As a result of the displacement of the inner teeth 15 relative to the outer teeth 16 of the fixed magnetic conductor 4 by half the tooth pitch 17, the total magnetic resistance in the magnetic conductors 4,6 and the magnetic flux in them remain constant, and therefore the latter does not induce variable E.M. in the excitation winding 2.

Claims

The formula of the invention Wind heat generator with self-excitation, containing a fixed inductor in the form of an excitation winding 70 located in an annular groove on a fixed ring magnet wire, and a movable ring magnet wire, kinematically connected to the wind motor shaft, installed coaxially with a fixed magnet wire with a fixed gap between adjacent ends of magnetic wires, which are placed in a tank with a heat-accumulating liquid, radial teeth with a constant pitch are formed at the adjacent ends of the magnetic wires, the teeth of the fixed magnetic wire are divided by an annular groove into outer and inner ones, equal in area, and the inner teeth are shifted relative to the outer ones by half the tooth pitch, which differs in that , that it contains additional windings of an identical design, which are located symmetrically on the teeth of the fixed magnetic circuit, connected in parallel and connected to the terminals of the excitation winding through a series-connected rectifier and adjusting resistor. « (ee) (Se) iv) « (Se)

- and? (o) Щ» 1 (o) IR e) 60 b5