ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
ELECTROMECHANICAL DEVICE

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропитания.
Известно электромеханическое устройство, описание которого изложено в книге В.Е. Китаева «Электротехника с основами промышленной электроники», М.: Высшая школа, 1985 г., стр.138-140. В нем с помощью первичного двигателя, который может представлять собой электродвигатель постоянного тока, питаемый от источника постоянного тока, осуществляется вращение синхронного генератора с возбудителем. При этом вал генератора жестко связан с валом электродвигателя. Ток с выхода источника постоянного тока регулируется с помощью реостата. Устройство может обеспечивать питанием объекты или вращать исполнительный узел, например винт.
Однако устройство не может сохранить постоянство вращения вала электродвигателя при уменьшенной мощности источника питания. Известно электромеханическое устройство, входящее в состав системы автономного электропитания, представленное автором в патенте № 2284644. В нем с помощью источника постоянного тока, который может быть и аккумуляторной батареей, осуществляется подача постоянного тока через реостат, через автоматический расцепитель в электродвигатель постоянного тока, вал которого жестко связан с валом синхронного генератора с возбудителем. Устройство может обеспечить питанием объекты. Переменное напряжение также поступает в трехфазный выпрямитель со сглаживающим фильтром, осуществляющим преобразование переменного напряжения в постоянное. С выхода выпрямителя выпрямленное напряжение поступает через блок стабилизации на первый вход автоматического расцепителя, с помощью которого осуществляется подключение к первому или второму его входам в зависимости от величины напряжения, источника питания или стабилизатора. В частности, после фиксации определенного напряжения при работе от источника постоянного тока автоматический расцепитель подключит блок стабилизации, представляющий из себя блок автоматической регулировки питания, к электродвигателю. А когда напряжение станет ниже определенного значения, автоматический расцепитель подключит источник постоянного тока к электродвигателю. Далее снова повторяются вышеупомянутые действия. Таким образом, благодаря обратной связи между синхронным генератором и электродвигателем с помощью вышеупомянутых узлов осуществляется какое-то время вращение вала электродвигателя без источника питания. Однако устройство не может сохранить постоянство вращения вала электродвигателя при уменьшении мощности источника питания. С помощью предлагаемого устройства сохраняется постоянство вращения вала электродвигателя при меньшей мощности источника питания. Достигается это введением аккумуляторной батареи уменьшенной мощности и умножителя напряжения. При этом выход аккумуляторной батареи уменьшенной мощности через умножитель напряжения соединен с первым входом автоматического расцепителя.
На чертеже и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - источник постоянного тока;
2 - реостат;
3 - автоматический расцепитель;
4 - электродвигатель постоянного тока;
5 - синхронный генератор с возбудителем;
6 - умножитель напряжения;
7 - блок стабилизации;
8 - аккумуляторная батарея уменьшенной мощности;
9 - трехфазный выпрямитель со сглаживающим фильтром.
При этом выход источника постоянного тока 1 через реостат 2 соединен со вторым входом автоматического расцепителя 3, имеющего первый вход, соединенный через умножитель напряжения 6 с выходом аккумуляторной батареи уменьшенной мощности 8 и через блок стабилизации 7 с выходом трехфазного выпрямителя со сглаживающим фильтром 9, первый, второй и третий входы которого соответственно соединены с первым, вторым и третьим выходами синхронного генератора с возбудителем 5, жестко связанного с электродвигателем постоянного тока 4, имеющим вход, соединенный с выходом автоматического расцепителя 3.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
С помощью источника постоянного тока 1, который может быть и аккумуляторной батареей или выпрямителем, осуществляется подача постоянного тока через реостат 2, через автоматический расцепитель 3 в электродвигатель постоянного тока 4, вал которого жестко связан с валом синхронного генератора с возбудителем 5. В зависимости от характера использования может быть обеспечено питание объектов трехфазным током, или вращение элемента исполнительного узла, жестко связанного с валом генератора 5. Переменное напряжение поступает в трехфазный выпрямитель со сглаживающим фильтром 9, осуществляющим преобразование переменного напряжения в постоянное. С выхода выпрямителя 9 выпрямленное напряжение через блок стабилизации 7, осуществляющий сохранение напряжения при его уменьшении на величину, не превышающую строго определенного значения, поступает на первый вход автоматического расцепителя 3, с помощью которого осуществляется выбор подключения его первого или второго входов в зависимости от величины напряжений, поступающих на эти входы.
Пример конкретного исполнения блока стабилизации представлен в книге М.А.Шустова «Источники питания и стабилизаторы», М.: Дом «Додэка XXI «Альтекс», 2007 г., стр.103, рас.9.3, 9.4.
Пример конкретного исполнения автоматического расцепителя представлен в книге «Электротехника и основы электроники» Е.С.Траубе и В.Г.Миргородского, 1985 г., М.: Высшая школа, стр.142-143.
Однако в связи с увеличением нагрузки, возникающей, например, из-за подключения потребляемых узлов объекта к трехфазной сети или исполнительных узлов к валу генератора 5 возникает падение мощности, поступающей в электродвигатель 4, из-за уменьшения тока. Для компенсации падения мощности в отличие от главного аналога в предлагаемое устройство вводится: аккумуляторная батарея уменьшенной мощности 8 и умножитель напряжения 6. Ток от аккумуляторной батареи поступает в умножитель напряжения, где напряжение умножается до величины, равной напряжению на выходе блока стабилизации 7. Благодаря этому исключается изменение напряжения, поступающего через автоматический расцепитель 3 на вход электродвигателя 4, а ток от умножителя 6 компенсирует уменьшение тока при работе генератора 5 на нагрузку. В электродвигателе 4 также может быть размещен дополнительный реостат для регулировки тока.
Пример конкретного исполнения умножителя напряжения представлен в вышеупомянутом источнике - книге М.А.Шустова на стр.33-35. Методика работы заключается в следующем. После фиксации определенного напряжения от источника постоянного тока в автоматическом расцепителе 3 происходит подключение его первого входа к выходу блока стабилизации 7 и умножителя напряжения 6. Однако, если напряжение станет ниже определенного значения, что может произойти многократно реже, чем в главном аналоге, автоматический расцепитель 3 ко своему второму входу временно подключит источник питания 1. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает постоянство более длительного вращения вала электродвигателя 4 благодаря его инерционности, при меньшей мощности аккумуляторной батареи 8, чем мощность источника постоянного тока 1, что обеспечивает экономию электроэнергии.