| початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
  |
| Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2074328
ХВИЛЬОВА ГІДРОЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ
Ім'я винахідника: Аверкиев О.М .; Сугаков В.Г.
Ім'я патентовласника: Аверкиев Андрій Миколайович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.07.20
Використання: до гідроенергетиці, а саме до хвильовим енергетичним установкам і може бути використано в хвильових електростанціях. Суть винаходу: хвильова електростанція містить опору 1, пьезогенератор 2, стійку 3, шарнір 4, важіль 5, поплавок 6, притискної щит 7, електронні ключі 8, 9, дільник напруги 10, аналого-цифровий перетворювач 11, лічильник 12, реверсивні лічильники 13 і 14, числові компаратори 19 і 20, логічні елементи і 21, 22, 23, 24, 25 і НЕ 28, тригер 26, генератор 27. Хвильова електростанція дозволяє виробляти задану напругу з високою точністю його регулювання.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до гідроенергетиці, а саме до хвильовим енергетичним установкам і може бути використано в хвильових електростанціях.
Відомі хвильові електростанції, що перетворюють енергію хвиль в електричну енергію шляхом використання коливального руху поплавкового тепла, що приводить в дію поршневий насос, від якого під тиском подається рідина в турбіну, що виробляє електроенергію.
Недоліком таких установок є досить висока складність і невисокий ККД.
Найбільш близькою по технічній сутності до винаходу є хвильова електростанція, яка містить понтон з п'єзоелементами, заглиблений під рівень води і прикріплений якорем на дно, і поплавок з двох частин, з'єднаний за допомогою стрижнів і шарнірів з понтоном. Пристрій прийнято в якості прототипу.
Його недоліком є невисока якість електроенергії, залежне від сили хвиль.
Завдання винаходу підвищення ефективності електростанції.
Технічний результат досягається тим, що в хвильової електростанції, що містить опору з закріпленими на ній пьезогенераторамі, опора розміщена на березі (платформі), а на ній встановлені стійки з осями, на кожній з яких закріплений разноплечій важіль, на більшій плечі якого встановлено поплавок, а на меншому притискної щит, розташований над пьезогенератором, а пьезогенератор набраний з N секцій, розділених діелектричними прокладками, причому кожна секція має пьезопленку, pазмещения між верхньою і нижньою підкладками, крім того товщина пьезопленкі в i-ої секції приймається відповідно до вираження 
i = 1 · 2 i-1; де 1 товщина пьезопленкі першої секції, а вихідний затиск однієї полярності з'єднаний через N послідовно включених шунтуючих ключів з вихідним затискачем іншої полярності, а верхня підкладка i-ої секції з'єднана зі входом шунтирующего ключа i-ої секції через i-ий секційний електронний ключ, крім того нижня підкладка пов'язана з виходом шунтирующего ключа i-ої секції, керуючий електрод якого через i-ий логічний елемент НЕ з'єднаний з відповідним виходом другого реверсивного лічильника, пов'язаного відповідними виходами з керуючими електродами відповідних секційних ключів, а суммирующим входом з виходом четвертого логічного елемента І, перший вхід якого з'єднаний з виходом БІЛЬШЕ третього числового компаратора, пов'язаного з виходом МЕНШЕ з першим входом третього логічного елемента і, розрядами першого входу з відповідними розрядами виходу задає регістра, а розрядами другого входу з відповідними розрядами виходу регістра пам'яті і сходами вихідного числа першого реверсивного лічильника , вхід запису вихідного числа якого з'єднаний з входом запису регістра пам'яті, другими входами третього і четвертого логічних елементів і, скидний входом тригера і виходом першого дифференциатора, вхід якого підключений до виходу БІЛЬШЕ першого числа компаратора, пов'язаного: розрядами першого входу з відповідними розрядами виходу лічильника і входу регістра пам'яті; розрядами другого входу з відповідними розрядами виходу аналого-цифрового перетворювача і другого входу другого числового компаратора; виходом МЕНШЕ з другим входом другого логічного елемента І, вихід якого підключений до счетному входу лічильника, скидний вхід якого пов'язаний з одиничним входом тригера, скидний входом другого реверсивного лічильника, шиною скидання і з виходом другого дифференциатора, вхід якого з'єднаний з виходом МЕНШЕ другого числового компаратора , пов'язаного з розрядами першого входу з відповідними розрядами виходу першого реверсивного лічильника, а виходом БІЛЬШЕ з другим входом першого логічного елемента і, підключеного до вичитав входу першого реверсивного лічильника, першим входом до виходу генератора стабільних імпульсів і першого входу другого логічного елемента і, третім входом до інверсного виходу тригера, одиничний вихід підключений до третього входу другого логічного елемента І, крім того до вихідних затискачів генератора підключений дільник напруги, повзунок якого пов'язаний з входом аналого-цифрового перетворювача а вихід третього логічного елемента І з віднімається входом другого реверсивного лічильника.
Притискної щит забезпечує одночасний вплив відразу на всю площу пьезогенератора. Важіль, закріплений на стійці, встановленої на опорі, дозволяє збільшити тиск, що впливає на плівку.
Пьезогенератор набраний з N секцій, напруги на яких у зв'язку з різною товщиною пьезопленкі відрізняються в два рази і для i-ої секції визначається за виразом V i V 1 · 2 i-1, де V 1 напруга першої секції. Це дозволяє мати на вихідних затискачах електростанції будь-яку необхідну напругу і забезпечувати його стабільність в залежності від навантаження станції і сили хвиль шляхом варіювання кількості включених в роботу секцій.
Шунтуючі і секційні електронні ключі, керовані другим реверсивним лічильником, забезпечують комутацію секцій при регулюванні напруги. Дільник напруги і аналого-цифровий перетворювач складають вимірювальний орган схеми регулювання напруги. Перший числовий компаратор, лічильник, другий логічний елемент І, генератор стабільних імпульсів і перший дифференциатор забезпечують формування коду амплітуди напруги, який заноситься в регістр пам'яті. Другий числовий компаратор, перший реверсивний лічильник, другий дифференциатор і перший логічний елемент І служать для повернення схеми в початковий стан для формування чергового коду амплітуди. Третій числовий компаратор, регістр пам'яті, що задає регістр, третій і четвертий логічні елементи І формують регулюючий вплив на другий реверсивний лічильник для збільшення або зменшення напруги пьезогенератора.
 |
 |
Фіг. 1 представлений вид хвильової електростанції; на фіг. 2 розріз по А А
 |
 |
 |
Фіг. 3 пристрій і схема управління пьезогенератором; на фіг. 4 - блокова схема системи автоматичного регулювання напруги; на фіг. 5 - епюри сигналів на виходах основних елементів схеми регулювання. Хвильова електростанція містить опору 1, пьезогенератор 2, стійку 3, шарнір 4, важіль 5, поплавок 6, притискної щит 7, шунтуючі електронні ключі 8 1, 8 N секційні електронні ключі 9 1, 9 N, дільник напруги 10, аналого-цифровий перетворювач 11, лічильник імпульсів 12, перший 13 і другий 14 реверсивні лічильники, перший 15, другий 16 і третій 17 числові компаратори, регістр пам'яті 18, перший 19 і другий 20 дифференциатора, що задає регістр 21, перший 22, другий 23, третій 24 і четвертий 25 логічні елементи і, тригер 26, генератор стабільних імпульсів 27, логічні елементи НЕ 28 1, 28 N. Пьезогенератор 2 складається з N секцій, кожна з яких містить верхню 30 N і нижню 32 N підкладки з струмовідводами, пьезопленку 31 N і діелектричну прокладку 33 N. Електростанція працює наступним чином. При підході хвилі поплавок 6 піднімається і на більшу плече важеля 5 впливає сила. Важіль провертається на осі 4 і притискної щит 7 впливає на пьезогенератор 2, на вихідних затискачах якого з'являється електрорушійна сила. Після проходження хвилі поплавок 6 опускається під дією власної ваги і щит 7 підводиться, знімаючи тиск з пьезогенератора 2. При підході наступної хвилі цикл повторюється. |
Дільник напруги 10 підключається на шини пьезогенераторов 2. З виходу змінну напругу подається на вхід аналого-цифрового перетворювача 11. Код миттєвого напруги надходить на другий вхід числового компаратора 15. На перший його вхід підключений вихід лічильника імпульсів 12, на якому буде формуватися код амплітуди напруги . До тих пір поки код миттєвого значення напруги більше коду на виході лічильника імпульсів 12, присутній сигнал на виході МЕНШЕ числового компаратора 15, який готує логічний елемент І 23 по другого входу. Від генератора імпульсів 27 через перший вхід логічного елемента І 23 надходять імпульси на рахунковий вхід лічильника імпульсів 12. Код на його виході зростає і при рівності кодів на входах компаратора 15 логічний елемент І 23 закривається, імпульси на лічильник 12 не надходять до моменту коли код на виході аналого-цифрового перетворювача 11 зростає. Цей процес триває до досягнення амплітудного значення миттєвого напруги. Після того, як миттєве значення напруги стає менше амплітудного, код на виході лічильника 12 стає більше коду на виході аналого-цифрового перетворювача 11 і з'являється сигнал на виході БІЛЬШЕ компаратора 15. По фронту цього сигналу дифференциатор 19 видає імпульс на вхід запису регістра пам'яті 18, куди заноситься код амплітуди напруги з виходу лічильника імпульсів 12. Одночасно імпульси з дифференциатора 19 тригер 26 переводиться в нульове стан і логічний елемент і 23 закривається по третьому входу. Цим же сигналом в реверсивний лічильник 13 заноситься код амплітуди напруги з виходу регістра пам'яті 18. Цей код поступає на перший вхід компаратора 16, а на його другий вхід надходить код миттєвого напруги, який менше в даний час амплітудного значення напруги, тому має місце сигнал на виході БІЛЬШЕ компаратора 16. Цим сигналом логічний елемент і 22, підготовлений за третього входу сигналом з інверсного виходу тригера 26 готується по другому входу і з генератора 27 починають надходити імпульси на віднімає вхід реверсивного лічильника 13. Код на його виході зменшується. Цей процес триває до тих пір поки миттєве значення напруги не досягне мінімуму, після чого код на другому вході компаратора 16 стає більше ніж на першому вході і з'являється сигнал на виході МЕНШЕ компаратора 16. Цей сигнал диференціюється диференціатором 20 і надходить на одиничний вихід тригера 26, який змінює свій стан і готує по третьому входу логічний елемент і 23. Одночасно імпульси з дифференциатора 20 лічильник імпульсів 20 переводиться в нульове стан. Код на першому вході компаратора 15 стає менше коду миттєвого напруги і починається процес вимірювання амплітуди чергової хвилі напруги, код якої записується в регістр пам'яті 18. Цей код поступає на другий вхід компаратора 17, на перший вхід якого з виходу задає регістра 21 поданий код заданої амплітуди напруги.
Якщо поточна амплітуда вихідної напруги менше заданої, то з'являється сигнал на виході БІЛЬШЕ компаратора 17, цей сигнал готує по першому входу логічний елемент І 25 через який після формування коду амплітуди напруги з дифференциатора 19 проходить імпульс на суммирующий вхід реверсивного лічильника 14. З'являється сигнал на виході його першого розряду. При цьому подається керуючий сигнал на секційний електронний ключ 9 1 першої секції пьезогенератора. Одночасно подається через логічний елемент НЕ 23 1 низький рівень на шунтирующий електронний ключ, 8 1, який закривається. При цьому до вихідних затискачів підключається перша секція пьезогенератора 2.
За результатами другого циклу вимірювання амплітуди напруги буде введена в роботу друга секція пьезогенератора 2, що має на один щабель більшу напругу. Решта секції пьезогенератора будуть відключені.
За результатами третього циклу вимірювання амплітуди напруги в роботу буде введена додатково перша секція пьезогенератора 2. При цьому секційні ключі 9 1, 9 2 будуть включені, а шунтуючі 8 1, 8 2 будуть вимкнені.
В результаті напруга кожного разу зростає на один щабель. Цей процес буде продовжуватися до тих пір, поки амплітуда напруги не досягне заданої, після чого логічний елемент І 25 закривається по першому входу.
Якщо амплітуда напруги збільшитися і стане більше заданої, то з'явитися сигнал на виході МЕНШЕ компаратора 17, який готує по першому входу елемент І 24. Після формування чергового коду амплітуди напруги з дифференциатора 19 через логічний елемент І 24 надходить імпульс на віднімає вхід реверсивного лічильника 14 і в внаслідок перемикання секцій напруга на затискачах пьезогенератора 2 зменшується на один щабель.
Те при зміні параметрів хвилі або величини навантаження на затискачах пьезогенератора буде підтримуватися заданий напруга за рахунок відповідної комутації секцій пьезогенератора.
За рахунок розширення діапазону зміни тиску, що впливає на пьезогенератор, винахід дозволяє збільшити його ККД в 2 5 разів. Запропонована хвильова електростанція дозволяє виробляти будь-який заданий напруга з високою точністю його регулювання, що визначається різницею застосовуваної елементної бази і при восьми розрядах дозволяє забезпечити похибка регулювання не більше 0,004. Швидкодія визначається частотою генератора. При частоті імпульсів генератора 18 20 кГц і восьмирозрядних елементах схеми установка вихідної напруги з нуля до номінального може бути здійснена на 1,25 х 10 -3 с. При збільшенні числа розрядів і швидкодії генератора точності можуть бути збільшені. Для підвищення потужності станції і стабільності виробляється напруги хвильова секція може містити кілька блоків, встановлених поряд і працюють на загальне навантаження.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Хвильова гідроелектростанція, яка містить опору з закріпленими на ній пьезоелектрогенераторамі, поплавок, кінематично пов'язаний з притискним щитом, розташованим над пьезоелектрогенераторамі, що відрізняється тим, що опора розміщена на березі або платформі, на ній встановлені стійки з осями, кінематична зв'язок поплавка виконана у вигляді разноплечего важеля, встановленого на осях, поплавок прикріплений до більшого плеча, а притискної щит до меншого, при цьому пьезоелектрогенератор набраний з розташованих один над одним секцій, розділених діелектричними прокладками, кожна секція виконана з пьезопленкі, розміщеної між верхньою і нижньою підкладками, причому товщина пьезопленкі в секції приймається відповідно до вираження i = 1 · 2 i-1,
де 1 товщина пьезопленкі першої верхньої секції; 2 товщина пьезопленкі i-ї секції.
2. Хвильова електростанція по п.1, що відрізняється тим, що вихідний затиск однієї полярності з'єднаний через N послідовно включених шунтуючих ключів з вихідним затискачем іншої полярності, а верхня підкладка i-ї секції з'єднана з входом шунтирующего ключа i-ї секції через i-й секційний електронний ключ, крім того нижня підкладка пов'язана з виходом шунтирующего ключа i-ї секції, керуючий електрод якого через i-й логічний елемент НЕ з'єднаний з відповідним виходом другого реверсивного лічильника, пов'язаного відповідними виходами з керуючими електродами відповідних секційних ключів, а суммирующим входом з виходом четвертого логічного елемента І, перший вхід якого з'єднаний з виходом "Більше" третього числового компаратора, пов'язаного виходом "Менше" з першим входом третього логічного елемента І, розрядами першого входу з відповідними розрядами виходу задає регістра, а розрядами другого входу з відповідними розрядами виходу регістра пам'яті і входами вихідного числа першого реверсивного лічильника, вхід запису вихідного числа якого з'єднаний з входом запису регістра пам'яті, другими входами третього і четвертого логічних елементів і, скидний входом тригера і виходом першого дифференциатора, вхід якого підключений до виходу "Більше" першого числового компаратора , пов'язаного розрядами першого входу з відповідними розрядами виходу лічильника і входу регістра пам'яті, розрядами другого входу з відповідними розрядами виходу аналого-цифрового перетворювача і другого входу числового компаратора, виходом "Менше" з другим входом другого логічного елемента і, вихід якого підключений до счетному входу лічильника, скидний вхід якого пов'язаний з одиничним входом тригера, скидний входом другого реверсивного лічильника, шиною "Скидання" і з виходом другого дифференциатора, вхід якого з'єднаний з виходом "Менше" другого числового компаратора, пов'язаного розрядами першого входу з відповідними розрядами виходу першого реверсивного лічильника , а виходом "Більше" з другим входом першого логічного елемента і, підключеного виходом до вичитав входу першого реверсивного лічильника, першим входом до виходу генератора стабільних імпульсів і першого входу другого логічного елемента і, третім до інверсного виходу тригера, одиничний вихід якого підключений до третього входу другого логічного елемента І, крім того до вихідних затискачів генератора підключений дільник напруги, повзунок якого пов'язаний з входом аналого-цифрового перетворювача, а вихід третього логічного елемента І з віднімається входом другого реверсивного лічильника.
Версія для друку
Дата публікації 12.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.