Последнее время много новостей посвящено линейным генераторам, представляющих собой ''тот самый магнитик в катушке'', что используется в фонарике-трясуне. Представленный в данной статье генератор, является совмещением такой "катушки с магнитом" и поршневого двигателя. Идея вполне реализуемая, хотя и не "на коленке". Может кто возьмётся?
Поделиться этой страницей в:
Исторически сложилось, что двигатель и генератор электрической энергии использовались как два различных агрегата и только при необходимости их соединяли в один. Так как вращательное движение удобнее для использования, то в двигателе возвратно-поступательное движение преобразовывалось во вращательное движение. Но в двигатель-генераторе нет необходимости сначала возвратно-поступательное движение преобразовывать во вращательное, а затем, в генераторе из этого вращательного движения извлекать прямолинейную составляющую, то есть делать два противоположных преобразования.
Можно сделать двигатель-генератор, в котором часть замкнутого электрического контура совершает не вращательное движение в магнитном поле, а возвратно-поступательное вместе с шатуном двигателя внутреннего сгорания. Схемы, поясняющие принцип работы традиционного и предложенного мною генератора, приведены на рис. 1.
В обычном генераторе для получения напряжения используется проволочная рамка, вращающаяся в магнитном поле и приводимая в движение внешним движителем. В предложенном генераторе проволочная рамка движется линейно в магнитном поле. Это небольшое и непринципиальное различие дает возможность значительно упростить и удешевить движитель, если в его качестве используется двигатель внутреннего сгорания. Предложенный двигатель-генератор — это электростанция, которая работает на жидком топливе: дизтопливо, бензин или смеси (дизтопливо-масло, бензин-спирт).
При рабочем цикле в левом цилиндре, рис. 2, поршень под действием давления в камере сгорания движется слева направо. Под действием избыточного давления в предпускной камере предпускной клапан закрыт, и здесь происходит сжатие воздуха для вентиляции цилиндра. Также избыточное давление в предпускной камере управляет затвором для подачи топлива к форсунке впрыска топлива. Например, если в предпускной камере присутствует избыточное давление, то подача топлива к форсунке невозможна.
При достижении поршнем (компрессионными кольцами) продувных окон, рис. 3, давление в камере сгорания резко падает, и далее поршень с шатуном движется по инерции, то есть масса подвижной части генератора играет роль маховика в обычном двигателе. При этом полностью открываются продувные окна и сжатый в предвпускной камере воздух под действием разницы давлений (давление в предпускной камере и атмосферное давление) продувает цилиндр. При этом давление в предпускной камере падает, это давление открывает затвор для подачи топлива, но топливо, пока не закрыты продувные окна, подаваться не может.
Далее при рабочем цикле в противоположном цилиндре осуществляется цикл сжатия.
При движении поршня справа налево, рис. 2, поршнем закрываются продувные окна, при совпадении топливного канала и канала управления впрыском осуществляется впрыск жидкого топлива, в этот момент воздух в камере сгорания находится под небольшим избыточным давлением начала цикла сжатия. При дальнейшем сжатии, как только температура горючей смеси станет равной температуре возгорания, начнется рабочий цикл и процесс повторится. При этом двигатель внутреннего сгорания представляет собой только два соосных и противоположно размещенных цилиндра и поршня, связанных между собой механически.
Система вентиляции цилиндров изображена на рис. 3. Вентиляция цилиндров осуществляется путем продувки цилиндров через продувные окна.
В генераторе средней и высокой мощности синхронизация движения шатунов достигается путем уменьшения тока возбуждения отстающего шатуна, а также с помощью параллельного соединения обмоток генераторов (получаем высокий коэффициент усиления по отрицательной обратной связи).
Синхронизация осуществляется аналогично синхронизации нескольких генераторов, включенных в одну сеть, параллельным соединением силовых обмоток. При этом имеем высокий коэффициент усиления по отрицательной обратной связи. При рассинхронизации появляются большие силы, которые пытаются уравнять скорости шатунов синхронно работающих генераторов по аналогии включения нескольких генераторов переменного тока в одну сеть.
Система зажигания отсутствует. Зажигание осуществляется за счет компрессии в цилиндрах, так как верхняя мертвая точка в таком двигателе однозначно не определена.
Запуск осуществляется тремя короткими мощными импульсами тока, при этом генератор работает в режиме двигателя. Импульсы тока получаем с клемм конденсатора, предварительно зарядив его за некоторое время, через повышающий трансформатор (50-100 кГц) от маломощного источника питания. Также запуск можно осуществлять с помощью сжатого воздуха.
Регулирование выходного напряжения осуществляется путем изменения частоты работы генератора. Например, если выходное напряжение отклоняется от эталонного, то блок управления изменяет ток возбуждения электропривода топливного насоса, в результате его мощность изменяется и изменяется давление топлива перед форсункой впрыска топлива. При этом изменяется порция впрыска топлива, что приводит к обогащению или обеднению топливной смеси. Это приводит при неизменной нагрузке к изменению частоты движения шатуна.
Преимущества генератора прямого преобразования
Малые габариты и вес из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма.
Высокая наработка на отказ из-за отсутствия кривошип-но-шатунного механизма, системы зажигания и из-за присутствия только продольных нагрузок.
Невысокая цена из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма.
Технологичность — для изготовления деталей необходимы только нетрудоёмкие операции, токарные и сверлильные.
Возможность регулирования объема камеры сгорания без остановки двигателя.
Отсутствие скользящих контактов.
Возможность работы на разных видах топлива, так как имеется возможность регулирования объема камеры сгорания без остановки двигателя.
Отсутствие системы зажигания.
Ток нагрузки генератора не влияет на магнитное поле генератора, а значит, и на характеристики генератора.
В основном ресурс двигателей внутреннего сгорания ограничен по таким причинам:
В двигателе с кривошипно-шатунным механизмом силы, действующие на поршень, в рабочем режиме не соос-ны, и результирующая сила прижимает поршень к стенке цилиндра, где наблюдается повышенное трение поршня о цилиндр, при этом со временем поршень приобретает форму овала, компрессия в цилиндре падает и двигатель выходит со строя.
Вкладыши — подшипники скольжения, находящиеся на шейке коленвала, со временем стираются. Между ними образуется пространство, через которое начинает проходить подаваемое для смазки масло, давление масла при этом падает до недопустимого уровня.
В процессе эксплуатации стираются кулачки приводов клапанов, в результате клапаны недооткрываются и мощность падает до недопустимого уровня.
Прогорают края горячего клапана.
В предложенном двигателе эти звенья отсутствуют и не будут влиять на ресурс двигателя.
Что касается самого генератора, то магнитное поле предложенного генератора, в основной части, всегда постоянно, это дает возможность изготавливать магнитопро-вод не с отдельных пластин (для уменьшения вихревых токов), а с цельного куска материала, что значительно увеличит прочность магнитопровода и уменьшит трудоемкость изготовления.
Большинство деталей генератора прямого преобразования образованы поверхностью вращения, то есть имеют цилиндрические формы.
Это дает возможность изготавливать их с помощью самых дешевых и поддающихся автоматизации токарных операций.
Недостатки
Cложность получения выходного напряжения в виде синусоиды, но при современном развитии электронной и преобразовательной техники этот недостаток не имеет большого значения.
Наличие нескольких цилиндров двигателя внутреннего сгорания.
Примечание: На этом статью автора о генераторе, размещаемую на данном сайте (), мы обрезаем, чтобы не загромождать текст тонкостями возможных конструкции и математической модели, т.к. для маломощных агрегатов это не столь важно. Тем, кому станет интересно, смогут прочесть подробнее на сайте-источнике данной статьи.
Ю. Г. СКОРОМЕЦ.
Тел. : Украина: +380971618897 , Украина, Чернигов 692463,
Полагаю, такая конструкция вполне реализуема самодельщиками для построения малогабаритных походных генераторов. Желательно только учесть несколько моментов, которые бросаются в глаза.
1. Крайняя несбалансированность конструкции. Если учесть, что подвижной массой является массивный постоянный магнит (применение электромагнита в маломощных образцах, вряд ли приемлемо), колеблющийся совместно с поршнями, то "отталкиваться" ему придётся от корпуса прибора, который будет колебаться с амплитудой обратно пропорциональной своей массе. Т.е. центр масс системы будет оставаться на месте и уровень колений корпуса будет соизмерим с амплитудой колебаний ротора. Значит, либо мягкая подвеска, либо очень тяжёлый корпус.
2. У автора, движение поршня ограничивает только сжатие воздуха в цилиндрах. Может быть будет надёжнее соеденить корпус и ротор пружиной. Тогда частота рабочих колебаний ротора (поршни плюс магнит) будет определяться жесткостью пружины и колеблющейся массой. Поскольку система будет работать на частотах близких к резонансным, то выходное напряжени будет ближе к синусоиде. Да и частота будет относительно постоянной.
3. В "мелких" генераторах вместо ДВС (двигателя внутреннего сгорания) может оказаться более удобным использование воздушных поршневых двигателей работающих от сжатого воздуха или пара (который можно получить и от костра). В этом случае требования к точности поршневой группы можно ещё снизить, да и к материалам, из которого она изготовлена - тоже.
Вы не можете отправить комментарий анонимно, пожалуйста зарегистрируйтесь.
Re: Линейный бензогенератор (дизель-генератор) Разместил: Tas Дата: 27.04.2014
Генератор - это сложное техническое устройство, можно конечно самому что угодно сделать, но мне кажется, что в данном случае это небезопасно, лучше купить готовый, сделанный профессионалами, не думаю, что это будет дороже, но вот надежнее это точно. Себе я покупал в kuvalda инверторный FUBAG TI 2600
На главную
