УПРАВЛЯЕМЫЙ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд.
Существует водонагреватель, содержащий сетевую обмотку, магнитопровод и нагревательный элемент в виде вращающейся вторичной обмотки, имеющей форму полого электропроводящего цилиндра с герметичным основанием (ПМ №9144 РФ, МПК Н 05 В 6/10).
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности регулирования параметров нагреваемой среды.
Известен электронагреватель, содержащий каркас и охлаждаемый вентилятором нагревательный элемент, причем каркас образован магнитопроводом с расположенной на нем первичной обмоткой, подключаемой к сети переменного тока через встроенный регулятор частоты питающего первичную обмотку электронагревателя напряжения, а нагревательный элемент выполнен в виде вращающейся самоохлаждающейся вторичной обмотки, состоящей из короткозамкнутых стержней, установленных на подвижной опоре (ПМ №7266 РФ, МКИ Н 05 В 3/06).
К недостатку этого устройства относится нечувствительность схемы управления, которая представлена регулятором частоты питающего первичную обмотку электронагревателя напряжения, от эксплуатационных параметров и состояния элементов электронагревателя.
Наиболее близким по технической сущности является электронагреватель, содержащий сетевую обмотку, магнитопровод и
нагревательный элемент в виде вращающейся вторичной обмотки, выполненной из электропроводящего материала, при этом магнитопровод образует часть корпуса электронагревателя, который является составным и включает кроме магнитопровода по крайней мере два элемента - устройство для закручивания нагреваемой среды и устройство для ее раскручивания, а вторичная обмотка имеет вид тела вращения произвольной формы (ПМ №25669 МПК Н 05 В 6/10, F 25 В 29/00).
Недостатком этого устройства является низкая тепловая производительность в режимах работы, близких к номинальным.
Задачей заявляемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик электромеханического преобразователя.
Технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в более интенсивном нагреве жидкой или газообразной среды независимо от режима работы управляемого теплогенерирующего электромеханического преобразователя (УТЭП) и обеспечении возможности автоматического поддержания заданных эксплуатационных показателей.
Это является следствием взаимодействия переменного магнитного поля с неподвижным теплогенерирующим элементом (ТГЭ) и использования устройства управления (УУ) электромеханического преобразователя, включаемого между первичной обмоткой и источником питания. В результате использования неподвижного ТГЭ обеспечивается повышение теплопроизводительности во всех режимах работы УТЭП независимо от скорости вращения вторичной обмотки, а устройство управления автоматически поддерживает заданное состояние ТГЭ.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняет фигура 1.
Управляемый теплогенерирующий электромеханический преобразователь состоит из магнитопровода с размещенной на нем сетевой обмоткой 1, и нагревательного элемента в виде вращающейся короткозамкнутой вторичной обмотки 2, выполненной из
электропроводящего материала. Между сетевой обмоткой 1 и вторичной обмоткой 2 установлен неподвижный теплогенерирующий элемент 3 из электропроводящего материала. ТГЭ представляет устройство, состоящее из совокупности короткозамкнутых токопроводящих активных (т.е. тепловыделяющих) элементов, которые могут быть реализованы в различных конструктивных исполнениях, отличающихся своими характеристиками.
Между первичной обмоткой и системой измерения (СИ) включено устройство управления электромеханического преобразователя.
Входные сигналы для устройства управления поступают от системы измерений. Система измерений представляет собой набор первичных датчиков температуры, напряжения, тока и т.п. и служит для измерения доступных для этого параметров УТЭП.
Устройство управления электромеханического преобразователя в свою очередь содержит следующие функциональные блоки: СБ - синтезируемый блок; БОПР - блок обучения (настройки) в предварительном режиме (режиме off-line); БД - базу данных; БОРВ - блок обучения в режиме реального времени (режиме on-line); БВИ - блок вычисления измерений; ОР - оптимальный регулятор. Выход УУ подается на первичную обмотку 1.
Управляемый теплогенерирующий электромеханический преобразователь работает следующим образом.
Нагревательный элемент в виде короткозамкнутой вращающейся вторичной обмотки 2 выполнен из электропроводящего материала и расположен внутри магнитопровода, на котором размещена сетевая обмотка 1, подключенная к сети переменного тока.
На сетевую обмотку 1 подается напряжение от сети переменного тока. Проходящий при этом по обмотке 1 ток создает намагничивающую силу и переменное магнитное поле, наводящее на основании закона электромагнитной индукции во вторичной обмотке 2 электродвижущую силу и обусловленный ею вторичный ток, взаимодействующий с первичным
3
магнитным полем. Это приводит к одновременному нагреву и вращению вторичной обмотки. Количество теплоты, выделяемое вторичной обмоткой 2, и ее производительность (т.е. количество нагреваемой и/или перемещаемой среды в единицу времени, м/с) зависит от величины ее тока, в свою очередь определяемого скоростью вращения вторичной обмотки 2. Так как при скоростях близких к синхронным величина джоулевых потерь во вращающейся обмотке стремится к нулю, в УТЭП используется неподвижный ТГЭ, вследствие взаимодействия первичного магнитного поля с которым возникают вихревые токи, вызывающие нагрев ТГЭ. Вращающаяся вторичная обмотка 2 обеспечивает отбор тепла с внутренней по отношению к сетевой обмотке 1 поверхности за счет закручивания нагреваемой и/или перемещаемой среды относительно неподвижного теплогенерирующего элемента. Поскольку количество тепла, выделяемого в неподвижном ТГЭ, практически не зависит от скорости вращения вторичной обмотки 2, то теплопроизводительность преобразователя независимо от режима его работы остается не меньше величины тепловой мощности, генерируемой неподвижным ТГЭ. Устройство управления электромеханического преобразователя содержит устройство оценивания его состояния и оптимальный регулятор. Устройство оценивания содержит синтезируемый блок, построенный на основе нейронной сети и/или нечеткой системы и осуществляет для вычисления n-мерного вектора оценки состояния  УТГЭ по поступающему от системы измерений СИ m-мерному вектору измерений y нелинейное преобразование
В синтезируемом блоке посредством одного и того же набора параметров W объединены возможности его обучения в предварительном режиме и режиме реального времени. База данных содержит всю имеющуюся априорную информацию об оцениваемом векторе состояния х
электромеханического преобразователя и ошибках измерения в виде обучающей выборки
.           (1)
или
.            (2)
(j)
Блок обучения в предварительном режиме осуществляет обучение СБ «с учителем» по имеющемуся набору обучающих данных (1) или (2) в соответствии с коррекцией ошибки между эталонными значениями вектора состояния x и их оценками , , формируемыми на выходе синтезируемого блока. Блок вычисления измерений выдает вычисленные значения измерения по оценке , формируемой на выходе синтезируемого блока СБ, в соответствии с выражением
где  - m-мерная в общем случае нелинейная вектор функция векторного аргумента.
Блок обучения в режиме реального времени осуществляет обучение СБ «с учителем» по поступающим измерениям в соответствии с коррекцией ошибки между измерениями y и их вычисленными значениями .
Оптимальный регулятор формирует входные сигналы управления u электромеханического преобразователя, минимизирующие заданный критерий качества поведения всей системы J.
Таким образом, в результате использования неподвижного ТГЭ обеспечивается повышение теплопроизводительности в номинальных режимах работы УТЭП, а подключение первичной обмотки УТЭП к источнику питания через устройство управления обеспечивает возможность автоматического поддержания заданных эксплуатационных показателей на основе информации как о состоянии самого УТЭП, так и значений внешних параметров.