RU2313877C2 - Device for transformation of electric energy - Google Patents

Abstract

FIELD: electric power engineering, in particular, engineering of means for transforming electric energy to mechanical energy.

SUBSTANCE: device for transforming electric energy includes a generator, rotation drive of which through mechanical drive is connected to rotation shaft of driving electric motor, external energy supply. Device is provided with hermetic body, in which vacuum is created and with balance wheel installed on common shaft with electric motor. Mechanical elements are mounted in the hollow of hermetic body: electric motor with balance wheel on one side and planetary input resonator with executive mechanism and generator on the other side. Device is provided with control block, connected to generator, executive mechanism, electric motor, controlling tachometers, transformer, synchronizing transformer and vacuum pump.

EFFECT: increased efficiency of electric energy usage.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к средствам для преобразования электрической энергии в механическую.The invention relates to the field of electric power, in particular to means for converting electrical energy into mechanical energy.

Для получения электрической энергии используются различные виды устройств и технологий, в частности, по использованию солнечной энергии, энергии напора или энергии падающей воды - гидроустановки, газовые установки, ветроустановки, устройства, работающие при сжигании угля, водорода, использовании ядерной энергии и др. В конечном итоге все они направлены на преобразование тепловой или механической энергии в электрическую.To obtain electric energy, various types of devices and technologies are used, in particular, on the use of solar energy, pressure energy or energy of falling water - hydraulic installations, gas installations, wind turbines, devices operating in the combustion of coal, hydrogen, use of nuclear energy, etc. as a result, they are all aimed at converting thermal or mechanical energy into electrical energy.

Известно устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую - электрический генератор, который содержит парогенератор, турбину, конденсатор, деаэратор, соединенные между собой замкнутой системой труб, причем генератор снабжен электролизером воды, ионизатором пара, а камера сгорания парогенератора соединена с емкостью конденсатора, выполнена с возможностью перемещения паров воды в емкость конденсатора для охлаждения и получения дистиллированной воды для электролиза, емкость электролиза снабжена съемными, взаимозаменяемыми батареями, содержащими стандартные перфорированные пластинчатые или пластинчато-гофрированные электроды из нержавеющей стали, жестко соединенные между собой через шайбы из диэлектрического материала, электроды установлены параллельно друг другу с зазором и разной полярностью и др.A device is known for converting thermal energy into electrical energy — an electric generator that contains a steam generator, a turbine, a condenser, a deaerator, interconnected by a closed pipe system, the generator being equipped with a water electrolyzer, a steam ionizer, and the combustion chamber of the steam generator connected to the capacitor’s capacity, moving water vapor into the condenser tank for cooling and obtaining distilled water for electrolysis, the electrolysis tank is equipped with removable, interchangeable E batteries containing standard perforated plate or plate-corrugated stainless steel electrodes, rigidly interconnected through the washer made of a dielectric material, the electrodes are arranged in parallel to each other with a gap and different polarity and others.

Известный способ и устройство преобразования тепловой энергии в электрическую имеют ряд недостатков, касающихся высоких энергетических затрат, больших габаритов установки и высокой металлоемкости, а также низкой эффективности преобразования.The known method and device for converting thermal energy into electrical energy have a number of disadvantages regarding high energy costs, large installation dimensions and high metal consumption, as well as low conversion efficiency.

Известно более совершенное устройство преобразования и использования электрической энергии от внешнего источника - генераторный агрегат, содержащий генератор, вал вращения которого через механический привод соединен с валом вращения приводного электродвигателя, использующегося для первичного пускового момента и набора валом электродвигателя номинальной скорости вращения, внешний источник энергии с переключателем режима работы, тремя стабилизаторами, выпрямительными блоками, электронными регуляторами напряжения, двумя конденсаторами (ионисторами) и выключателем, при этом в генератор введена дополнительная «приводная» обмотка, которая через три идентичных стабилизатора-выпрямителя, блок-регулятор напряжения цепи АЗСУ обратной связи подключена к переключателю режима работы и питает приводной электродвигатель и обмотку возбуждения генератора и подзаряжает внешний источник энергии (см. заявку №2003106338/09 от 03.03.2003 года; см. заявку №2003107555/06, М. кл. 7 Н02N 11/00 от 19.03.2003 года - прототип).A better device for converting and using electric energy from an external source is known — a generator unit containing a generator whose rotation shaft is connected through a mechanical drive to the rotation shaft of the drive electric motor used for the primary starting moment and to set the rated speed of rotation of the motor shaft, an external energy source with a switch operating mode, three stabilizers, rectifier blocks, electronic voltage regulators, two condensates frame (ionistors) and a switch, while an additional “drive” winding is introduced into the generator, which, through three identical stabilizer-rectifiers, a voltage regulator of the feedback loop of the filling station is connected to the operating mode switch and feeds the drive motor and the generator excitation winding and recharges the external energy source (see application No. 2003106338/09 of 03.03.2003; see application No. 2003107555/06, M. Cl. 7 H02N 11/00 of March 19, 2003 - prototype).

К недостаткам известного устройства-прототипа можно отнести сложность конструкции и большие потери электроэнергии на ее преобразование.The disadvantages of the known prototype device include the complexity of the design and large losses of electricity for its conversion.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков прототипа, упрощение конструкции устройства и снижение потерь электроэнергии на ее преобразование.The technical task of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prototype, simplifying the design of the device and reducing energy losses on its conversion.

Поставленная изобретением задача достигается тем, что устройство снабжено исполнительным механизмом, герметичным корпусом в котором создан вакуум, а в полости корпуса смонтированы элементы конструкции, использующие в своей работе в основном механическую энергию и кинематическое взаимодействие, - электродвигатель, связанный общим валом с маховиком, планетарным вариатором и генератором, при этом устройство снабжено электрическим блоком управления, связанным при помощи проводной системы с генератором, исполнительным механизмом, электродвигателем, управляющими тахометрами, преобразователем, согласующим трансформатором и вакуумным насосом, при этом исполнительный механизм гидравлически и герметично связан с планетарным вариатором.The objective set by the invention is achieved by the fact that the device is equipped with an actuator, a sealed housing in which a vacuum is created, and structural elements are mounted in the housing cavity, using mainly mechanical energy and kinematic interaction in their work, an electric motor connected by a common shaft with a flywheel, a planetary variator and a generator, while the device is equipped with an electrical control unit connected via a wired system with a generator, actuator, electronic odvigatelem governing tachometers transducer, a matching transformer and a vacuum pump, wherein the actuator is fluidly and hermetically connected with the planetary variator.

Признаки выполнения устройства, заключающиеся в том, что устройство снабжено исполнительным механизмом, герметичным корпусом в котором создан вакуум, а в полости корпуса смонтированы элементы конструкции, использующие в своей работе в основном механическую энергию и кинематическое взаимодействие, - электродвигатель, связанный общим валом с маховиком, планетарным вариатором и генератором, при этом устройство снабжено электрическим блоком управления, связанным при помощи проводной системы с генератором, исполнительным механизмом, электродвигателем, управляющими тахометрами, преобразователем, согласующим трансформатором и вакуумным насосом, при этом исполнительный механизм гидравлически и герметично связан с планетарным вариатором, - являются признаками новыми, неочевидными, промышленно-осуществимыми и направлены на достижение поставленной изобретением технической задачи, заключающейся в упрощении конструкции и снижении потерь энергии.The device’s performance features are that the device is equipped with an actuator, a sealed housing in which a vacuum is created, and structural elements are mounted in the housing cavity that use mainly mechanical energy and kinematic interaction — an electric motor connected by a common shaft with a flywheel, planetary variator and generator, while the device is equipped with an electrical control unit connected via a wired system with a generator, actuator, electric a motor, controlling tachometers, a converter, a matching transformer and a vacuum pump, while the actuator is hydraulically and hermetically connected to the planetary variator, are new, non-obvious, industrial feasible signs and are aimed at achieving the technical task posed by the invention, which consists in simplifying the design and reducing energy loss.

На чертеже схематично представлено предлагаемое устройство.The drawing schematically shows the proposed device.

Предложенная конструкция преобразователя состоит из внешнего источника 1 энергии, вакуумного насоса 2, согласующего трансформатора 3, связанного с блоком управления 4 и преобразователем 5 энергии внешнего источника 1. Размещенный в герметичном корпусе 6, с созданным в его полости вакуумом, генератор 7 соединен при помощи вала 8 через планетарный вариатор 9 с валом 10 электродвигателя 11 и маховиком 12. Исполнительный механизм 13 размещен вне полости вакуумного корпуса 6 и кинематически связан с вариатором 9. Генератор 7 связан с согласующим трансформатором 3. Блок управления 4 обеспечивает контроль за работой исполнительного механизма 13, регулирующего усилие сцепления дисков 14 трения в планетарном вариаторе 9. Диски трения 14 в вариаторе соединены друг с другом плоскостями и связаны с исполнительным механизмом 13. Смонтированные на валу 8 генератора 7 тахометр 15 и на валу 10 маховика 12 управляющий тахометр 16, которые являются управляющими, обеспечивают автоматическое включение и выключение электродвигателя 11 и исполнительного механизма 13 в зависимости от скорости вращения вала 8 и маховика 12. При помощи датчика давления в вакуумном насосе осуществляется контроль за состоянием вакуума в полости корпуса 6 устройства.The proposed converter design consists of an external energy source 1, a vacuum pump 2, a matching transformer 3, connected to a control unit 4 and an external source energy converter 5. Located in a sealed enclosure 6, with a vacuum created in its cavity, the generator 7 is connected via a shaft 8 through a planetary variator 9 with a shaft 10 of an electric motor 11 and a flywheel 12. The actuator 13 is located outside the cavity of the vacuum housing 6 and is kinematically connected with the variator 9. The generator 7 is connected with a matching transfer ormator 3. The control unit 4 provides control over the operation of the actuator 13, which regulates the friction force of the friction disks 14 in the planetary variator 9. The friction disks 14 in the variator are connected to each other by planes and are connected to the actuator 13. Mounted on the shaft 8 of the generator 7 tachometer 15 and on the shaft 10 of the flywheel 12, the control tachometer 16, which are the control, automatically turn on and off the electric motor 11 and the actuator 13 depending on the speed of rotation of the shaft 8 and ma Ovik 12. By means of the pressure sensor in the vacuum pump monitors the vacuum condition in the cavity 6 of the body casing.

Устройство для преобразования электрической энергии в механическую работает следующим образом: - для запуска предлагаемого устройства от внешнего источника 1 электрической энергии (например, 12-вольтового аккумулятора) подается питание на преобразователь 5, в котором напряжение преобразовывается, например, в 220 В мощностью в 6 кВт и в дальнейшем подается на электродвигатель 11. Электродвигатель 11 начинает раскручивать вал 10 с маховиком 12 и через планетарный редуктор 14 раскручивать вал 8 со смонтированным на нем генератором 7. При этом включается блок управления 4, который начинает осуществлять контроль за сцеплением дисков 14 трения в планетарном вариаторе 9 при помощи исполнительного механизма 13. При достижении числа оборотов маховика 12 и вала генератора 7 до 3000 об/мин, о чем свидетельствует сигнал с управляющего тахометра 15, осуществляется смена режима включения генератора и поддержание его вращения с заданным числом оборотов. При этом сцепление дисков 14 трения ослабевает и вал генератора осуществляет вращение с заданной скоростью. В это время электродвигатель 11 продолжает раскручивание маховика 12 до максимально возможных оборотов - 18-20 тыс./об/мин. На генераторе 7 скорость вращения сохраняется прежней в 3000 об/мин. Как только маховик 12 достигнет максимальной скорости вращения, управляющий тахометр 16 подает сигнал на блок 4 управления, который в свою очередь подает сигнал на преобразователь 5, и происходит отключение питания электродвигателя 11. Преобразователь 5 автоматически начинает подзаряжать от трансформатора 3 внешний источник 1 питания - аккумулятор 1. После подзарядки внешнего источника 1 питания (аккумулятора) блок управления 4 отключает преобразователь 5. Маховик 12 при этом продолжает вращение, генератор 7 все это время вырабатывает электрическую энергию и передает ее внешнему потребителю. При снижении скорости вращения маховика 12, например, до 5000-8000 об/мин блок управления 4 подает сигнал на исполнительный механизм 13 и диски 14 трения планетарного вариатора 9 вновь начинают входить в сцепление. При снижении скорости вращения маховика 12 до минимальной, например 4000 об/мин, блок управления 4 через согласующий трансформатор 3 вновь включает питание электродвигателя 11, который начинает вновь раскручивать маховик, и процесс импульсно-прерывистой работы, связанной с обеспечением электродвигателя 11 электрической энергией для вращения маховика, продолжается. В дальнейшем взаимодействие всех узлов и механизмов устройства повторяется.A device for converting electrical energy into mechanical energy works as follows: - to start the proposed device from an external source of electric energy 1 (for example, a 12-volt battery), power is supplied to the converter 5, in which the voltage is converted, for example, into 220 V with a power of 6 kW and subsequently fed to the electric motor 11. The electric motor 11 begins to unwind the shaft 10 with the flywheel 12 and through the planetary gear 14 to untwist the shaft 8 with the generator 7. mounted on it. there is a control unit 4, which begins to monitor the clutch of the friction disks 14 in the planetary variator 9 using the actuator 13. When the number of revolutions of the flywheel 12 and the generator shaft 7 reaches 3000 rpm, as evidenced by the signal from the control tachometer 15, change of the mode of turning on the generator and maintaining its rotation with a given speed. In this case, the clutch of the friction disks 14 weakens and the generator shaft rotates at a given speed. At this time, the electric motor 11 continues to spin the flywheel 12 to the maximum possible speed - 18-20 thousand / rpm. On the generator 7, the rotation speed remains the same at 3000 rpm. As soon as the flywheel 12 reaches its maximum rotation speed, the control tachometer 16 sends a signal to the control unit 4, which in turn sends a signal to the converter 5, and the power of the electric motor 11 is turned off. The converter 5 automatically starts charging an external power source 1 from the transformer 3 - the battery 1. After recharging the external power source 1 (battery), the control unit 4 turns off the converter 5. The flywheel 12 continues to rotate, the generator 7 generates electricity all the time energy and transfers it to an external consumer. When reducing the rotation speed of the flywheel 12, for example, to 5000-8000 rpm, the control unit 4 provides a signal to the actuator 13 and the friction disks 14 of the planetary variator 9 again begin to enter into the clutch. When reducing the rotation speed of the flywheel 12 to a minimum, for example 4000 rpm, the control unit 4 through the matching transformer 3 again turns on the power of the electric motor 11, which starts to spin the flywheel again, and the process of pulse-intermittent work associated with providing the electric motor 11 with electrical energy for rotation flywheel continues. In the future, the interaction of all nodes and mechanisms of the device is repeated.

В настоящее время автором своими силами изготовлен опытный образец предлагаемого устройства и проведены предварительные испытания, которые показали положительные результаты. Так, при подключении потребителя электрической энергии непосредственно к аккумулятору СТ 55 двигатель работал в течение 6 часов 15 минут. При использовании предлагаемого устройства этот же двигатель потребителя работал 14 часов 22 минуты. После доработки конструкции предлагаемого устройства намечено промышленным способом изготовить опытный образец предлагаемого устройства, где будет снижено сопротивление трения, после чего будут определены его технические характеристики и целесообразность его промышленного серийного изготовления.Currently, the author has made a prototype of the proposed device on his own and conducted preliminary tests that showed positive results. So, when the consumer of electric energy was connected directly to the ST 55 battery, the engine worked for 6 hours 15 minutes. When using the proposed device, the same consumer engine worked for 14 hours 22 minutes. After finalizing the design of the proposed device, it is planned to manufacture in an industrial way a prototype of the proposed device, where friction resistance will be reduced, after which its technical characteristics and the feasibility of its industrial serial production will be determined.

Claims (1)

Устройство для преобразования электрической энергии, содержащее внешний источник питания, герметичный корпус, в котором создан вакуум, состояние которого контролируется датчиком давлении вакуумного насоса, в полости герметичного корпуса смонтированы элементы конструкции, использующие в своей работе в основном механическую энергию и кинематическое взаимодействие - электродвигатель, связанный общим валом с маховиком, планетарным вариатором с дисками трения и валом генератора, исполнительный механизм, размещенный вне полости герметичного корпуса, гидравлически и герметично соединенный с дисками трения планетарного вариатора, согласующий трансформатор, связанный с преобразователем энергии внешнего источника, генератором и блоком управления, обеспечивающим контроль за работой исполнительного механизма, регулирующего усилие сцепления дисков трения планетарного вариатора, управляющие тахометры, смонтированные на валу генератора и маховика соответственно, обеспечивающие подачу сигнала на блок управления для включения или отключения через согласующий трансформатор питания электродвигателя, исполнительного механизма, включения преобразователя для подзарядки через согласующий трансформатор внешнего источника в момент отключения электродвигателя и отключение преобразователя после подзарядки внешнего источника в зависимости от скорости вращения вала генератора и маховика.A device for converting electrical energy, containing an external power source, a sealed enclosure in which a vacuum is created, the state of which is monitored by a pressure sensor of a vacuum pump, structural elements are mounted in the cavity of the sealed enclosure, using mainly mechanical energy and kinematic interaction in their work - an electric motor connected a common shaft with a flywheel, a planetary variator with friction disks and a generator shaft, an actuator located outside the seal cavity housing, hydraulically and hermetically connected to the friction disks of the planetary variator, a matching transformer connected to the energy converter of the external source, a generator and a control unit that provides control over the operation of the actuator, regulating the clutch force of the friction disks of the planetary variator, control tachometers mounted on the generator shaft and a flywheel, respectively, providing a signal to the control unit for switching on or off via a matching transform Op power motor, actuator, power converter to charge through a matching transformer external source at the moment of disconnection of the motor on and off the inverter after charging an external source depending on the rotational speed of the generator shaft and flywheel.