Разработка автономного радиомаяка
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?именено для получения электрической энергии из энергии водного потока рек, ручьёв и т. д. [15].
На рисунке 1.2 показано устройство, вид сбоку; на рисунке 1.3 - вид сверху.
Устройство для преобразования энергии гидравлического потока в электрическую содержит пару цилиндрических плавучих колёс 1, снабжённых лопастями 2, закреплёнными на их обечайках, и установленных на концах рамы 3. Колёса 1 могут вращаться вокруг горизонтальных осей 4, поперечных направлению потока, указанного стрелкой. На раме 3 установлен кинематически связанный с колёсами 1 генератор, подключенный кабелем 5 к береговому потребителю электроэнергии. Устройство снабжено механизмом ориентации по потоку, включающим в себя трос 6, закреплённый на береговой опоре.
Генератор выполнен в виде гибкой бесконечной пьезоэлектрической ленты 7, снабжённой электродами, установленной между приводными шкивами 8 и 9. Ветви ленты пропущены между рядами промежуточных контактных роликов 10 и 11, которые изолированы от рамы и кинематически связаны со шкивами 8, 9 и осями 4 плавучих колёс 1 при помощи передачи 12. Ролики 10, 11 выполнены в виде беличьего колеса из стержней, которые имеют возможность упругого контакта с одной из сторон верхней или нижней ветви пьезоэлектрической ленты 7, на которых находятся электроды 13 и 14 противоположной полярности.
Для начала работы устройство устанавливают на плаву в потоке. Под действием потока на нижние лопасти 2 плавучие колёса 1 приводятся во вращение и через кинематическую передачу 12 вращают с одинаковой угловой скоростью приводные шкивы 8 и 9, а также ролики 10 и 11. При этом приводится в движение пьезоэлектрическая лента 7. Стержни роликов 10 и 11, входящие как зубья шестерён один в пазы другого, изгибают ленту 7 в противоположные стороны, что вызывает появление на электродах 13 и 14 ленты 7 противоположных электрических зарядов, которые по кабелю 5 передаются береговому потребителю электрической энергии [15].
- цилиндрическое плавучее колесо; 2 - лопасть; 3 - рама; 4 - горизонтальная ось; 5 - кабель; 6 - трос; 7 - пьезоэлектрическая лента; 8, 9 - приводные шкивы; 10, 11 - ролики; 12 - передача; 13, 14 - электроды.
Рисунок 1.2 - Устройство для преобразования энергии гидравлического потока в электрическую (вид сбоку)
Рисунок 1.3 - Устройство для преобразования энергии гидравлического потока в электрическую (вид сверху)
Недостатками данного устройства являются непостоянные обороты плавучих колёс, а также ржавление элементов конструкции в результате взаимодействия с водной средой. К устройствам, содержащим гидротурбину или лопасти, при достаточно слабом течении, сложно подобрать низкооборотистый электрогенератор. Они эффективны только при постоянном сильном течении реки и не могут быть использованы в водоёмах со стоячей водой.
Конструкция проектируемого устройства позволяет устранить эти недостатки. Здесь не используется гидротурбина, и принцип работы основан на свойстве прямого пьезоэффекта. Все элементы буя располагаются внутри его корпуса, который полностью изолирует их от контакта с внешней средой. Для выработки электрической энергии достаточно небольшого угла крена буя.
2 Выбор и обоснование структурной схемы
Исходя из проведённого анализа устройств преобразования механической энергии в электрическую, оценки их достоинств и недостатков выберем структурную схему энергетической установки буя, в состав которой входят:
1)МПВ - механический преобразователь внешнего воздействия в усилие (маятник). Внешним воздействием могут являться волнение водной поверхности, течение и ветровая нагрузка;
2)ПП - пьезоэлектрический преобразователь (набор пьезоэлементов), на который воздействует маятник;
)П - преобразователь. Преобразует импульсы, вырабатываемые ПП, в необходимое напряжение питания;
)А - аккумулятор, являющийся резервным источником питания, в случае, когда пьезоэлектрический генератор не вырабатывает энергию;
)ФА - фотоавтомат (функции см. в первой главе). В состав фотоавтомата входит сигнальный фонарь (лампа накаливания).
Обобщённая структурная схема устройства изображена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Структурная схема энергетической установки навигационного буя
На рисунке 2.2 изображена структурная схема фотоавтомата.
Рисунок 2.2 - Структурная схема фотоавтомата
Фотоавтомат состоит из нескольких функциональных блоков: фотодатчика ФД, времязадающего генератора ВЗГ, переключателя ПК и стабилизатора напряжения СН (последний обведен на рисунке пунктирной линией).
В СН входят три функциональных узла - измерительный мост ИМ, усилитель рассогласования УР и регулирующий элемент РЭ. Источником питания является преобразователь, а лампа накаливания обозначена буквой Л.
Пояснение назначения каждого из функциональных блоков и узлов структурной схемы и их взаимодействия следует начать со стабилизатора напряжения СН.
Измерительный мост ИМ отрегулирован так, что при номинальном напряжении на лампе на выходе ИМ управляющего сигнала нет. Если источник питания имеет повышенное напряжение, то на лампе напряжение также может оказаться выше номинального. В этом случае на выходе ИМ появится управляющее напряжение (сигнал рассогласования). Этот сигнал подается к усилителю рассогласования УР, который непосредственно управляет регулирующим элементом РЭ: В результате воздействия УР на РЭ сопротивление РЭ возрастет на величину, необходимую для того, чтобы п