СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 1998 года по МПК H02K19/30 H02P9/30 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций.

Известен синхронный генератор с комбинированным возбуждением от постоянных магнитов, а также от основной и дополнительной обмоток возбуждения, зашунтированных диодами [1].

В данном случае для анального возбуждения используется постоянный магнит, но это снижает технологичность изготовления ротора. С другой сторону, наличие магнитов на роторе вносит искажения в форму магнитного поля и снижает полезный объем, отводимый для обмотки возбуждения.

Наиболее близким по техническому решению является синхронный генератор, который содержит основную и дополнительную трехфазную обмотку статора, смещенные одна относительно другой на 90 эл. градусов. На роторе размещены основная и дополнительная обмотки возбуждения. Основная трехфазная обмотка статора через первый трехфазный мостовой выпрямитель одними фазными выводами подключена к дополнительной обмотке возбуждения. Два фазных вывода обмотки со стороны подключения нагрузки через выпрямитель обратной связи и делитель напряжения подключены к входу регулирующего элемента с дискретной схемой управления, а силовой выход последнего подключен между одним выводом конденсатора фильтра и первым выводом основной обмотки возбуждения. Второй вывод данной обмотки соединен с другим выводом конденсатора фильтра, а дополнительная трехфазная обмотка статора соединена с входом второго трехфазного мостового выпрямителя, на выходе которого подключен указанный конденсатор фильтра [2].

Недостатком данного синхронного генератора является то, что дополнительная обмотка статора, питающая основную обмотку возбуждения, имеет небольшое число витков, и следовательно, небольшую ЭДС, недостаточную для надежного самовозбуждения генератора. С другой стороны, в начальный момент времени регулирующий элемент (транзистор) закрыт, его сопротивление велико, что также затрудняет самовозбуждение.

Указанный технический результат достигается тем, что синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, основную и дополнительную обмотки возбуждения, первый и второй мостовые выпрямители, к выходу первого из которых подключена дополнительная обмотка возбуждения, а два выходных вывода дополнительной обмотки статора соединены с двумя входными выводами второго мостового выпрямителя, причем указанные обмотки статора смещены относительно друг друга на 90 эл. градусов, мостовые выпрямители выполнены трехфазными и третий входной вывод второго мостового выпрямителя соединен с третьим выходным выводом дополнительной обмотки статора, и дополнительно введен конденсатор фильтра, подключенный параллельно выходу второго трехфазного мостового выпрямителя, регулирующий элемент с дискретной схемой управления, выпрямитель обратной связи, делитель напряжения, токоограничивающий резистор и реле с двумя размыкающими контактами, причем одни фазные выводы основной обмотки статора со стороны подключения нагрузки через выпрямитель обратной связи, делитель напряжения подключены к входу регулирующего элемента с дискретной схемой управления, катушка реле подключена параллельно выходу второго трехфазного выпрямителя, положительный выходной вывод которого соединен с положительным выходным выводом первого трехфазного мостового выпрямителя и с одним выводами дополнительной и основной обмоток возбуждения, другой вывод последней через указанный регулирующий элемент и первый размыкающий контакт реле соединен с минусовым выводом конденсатора фильтра, один вывод токоограничивающего резистора соединен со свободным выводом основной обмотки статора, а второй вывод токоограничивающего резистора через второй размыкающий контакт реле присоединен к третьему выходному выводу дополнительной обмотки статора.

Отличием изобретения является и то, что основная обмотка статора выполнена на напряжение, превышающее в 5 - 10 раз напряжение на дополнительной обмотке статора.

На чертеже представлена принципиальная схема синхронного генератора.

Синхронный генератор содержит статор 1 с основной обмоткой 2, которая одними фазными выводами подключена через первый трехфазный мостовой выпрямитель 3 к дополнительной обмотке возбуждения 4, ротора 5, два других фазных вывода основной обмотки 2 со стороны подключения нагрузки, через выпрямитель обратной связи 6, делитель напряжения 7 подключены к входу регулирующего элемента 8 с дискретной схемой управления 9, дополнительная обмотка 10 статора 1, выходными выводами соединена со вторым трехфазным мостовым выпрямителем 11, параллельно которому присоединены конденсатор фильтра 12 и катушка реле 13, а положительный вывод этого выпрямителя соединен с положительным выводом первого трехфазного мостового выпрямителя 3, дополнительной обмоткой 4 и основной обмоткой возбуждения 14, выход последней через регулирующий элемент 8 и первый нормально замкнутый контакт 15 соединен с минусом конденсатора фильтра 12, токоограничивающий резистор 16 с одной стороны соединен со свободным выводом основной обмотки 2, а с другой стороны через второй нормально замкнутый контакт 17 реле 13 присоединен с одной из фаз дополнительный обмотки 10 статора 1.

Дополнительная 10 и основная 2 обмотки статора 1 смещены одна относительно другой на 90 эл. градусов, причем напряжение основной обмотки статора обычно в 5 - 10 раз больше, чем напряжение на дополнительной обмотке.

Синхронный генератор работает следующим образом. При определенной скорости вращения, за счет остаточного магнитного потока ротора ЭДС наводится в трехфазных обмотках статора 2 и 10. ЭДС дополнительной обмотки 10 в 5 - 10 раз ниже, чем у основной обмотки 2. В первоначальный момент времени ЭДС фазы C обмотки 2 в положительном направлении проходит через токоограничивающий резистор 16, нормально замкнутый контакт 17, диод выпрямителя 11, обмотку ротора дополнительную 4, через диод выпрямителя 3 и замыкается опять на фазу C (направление тока показано сплошной стрелкой).

В отрицательном направлении ЭДС фазы C (направление показано пунктирной стрелкой) через диод выпрямителя 3, основную обмотку возбуждения 14, через нормально замкнутый контакт 15, диод выпрямителя 11, нормально замкнутый контакт 17, токоограничивающий резистор 16 замыкается и снова на фазу C. Таким образом, в прямом и обратном направлении ЭДС фазы C создает в обмотках возбуждения 4 и 14 однонаправленный ток, создающий однонаправленное магнитное поле. С другой стороны, трехфазная ЭДС от дополнительной обмотки статора 10 выпрямляется другим трехфазным мостовым выпрямителем 11 и с плюсового вывода поступает на основную обмотку возбуждения 14 и через нормально замкнутый контакт 15 - на минус выпрямителя 11.

За счет большей по амплитуде остаточной ЭДС фазы C основной обмотки 2 статора 1 и слагаемой с ней (по постоянному току) ЭДС трехфазной дополнительной обмотки 16 статора 1 происходит надежное самовозбуждение генератора. При определенном значении напряжения на конденсаторе фильтра 12 срабатывает реле 13 и размыкает контакты 15 и 17. В работу включается регулирующий элемент 8 с дискретной схемой управления 9, который поддерживает выходное напряжение на уровне, заданном делителем напряжения 7. При этом дополнительная обмотка возбуждения 4 не оказывает влияния на параметры генератора.

При работе генератора с нагрузкой происходят следующие процессы: в момент подключения нагрузки соизмеримой мощности ток нагрузки после выпрямления выпрямителем 3 происходит через дополнительную обмотку возбуждения 4 и создает дополнительный магнитный поток. При отклонении выходного напряжения изменяется сигнал обратной связи на делителе 7, изменяется и скважность управляющего сигнала. Если напряжение уменьшилось, то скважность увеличивается, и наоборот. Соответствующим образом изменяется ток регулирующего транзистора 8 и изменяется ток в основной обмотке возбуждения 14, стабилизируя выходное напряжение.

Использование: в электротехнике для проектирования синхронных машин малой и средней мощности. Сущность изобретения: синхронный генератор имеет токоограничивающий резистор и реле соединена с выводами конденсатора фильтра, токоограничивающий резистор соединен с выходом одной из фаз основной обмотки статора и через первый контакт реле - с одним из выходов дополнительной обмотки статора, другой контакт реле соединен с выходом основной обмотки возбуждения и минусовым выводом конденсатора фильтра, основная и дополнительная обмотки возбуждения с другой стороны соединены между собой и с плюсовыми выводами первого и второго трехфазных мостовых выпрямителей. В результате обеспечивается повышение надежности самовозбуждения. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, основную и дополнительную обмотки возбуждения, первый и второй мостовые выпрямители, к выходу первого из которых подключена дополнительная обмотка возбуждения, а два выходных вывода дополнительной обмотки статора соединены с двумя входными выводами второго мостового выпрямителя, отличающийся тем, что указанные обмотки статора смещены относительно друг друга на 90 эл. градусов, мостовые выпрямители выполнены трехфазными и третий входной вывод второго мостового выпрямителя соединен с третьим выходным выводом дополнительной обмотки статора, и дополнительно введены конденсатор фильтра, подключенный параллельно выходу второго трехфазного мостового выпрямителя, регулирующий элемент с дискретной схемой управления, выпрямитель обратной связи, делитель напряжения, токоограничивающий резистор и реле с двумя размыкающими контактами, причем одни фазные выводы основной обмотки статора подключены к входам первого трехфазного мостового выпрямителя, два других фазных выводов основной обмотки статора со стороны подключения нагрузки через выпрямитель обратной связи, делитель напряжения подключены к входу регулирующего элемента с дискретной схемой управления, катушка реле подключена параллельно выходу второго трехфазного выпрямителя, положительный выходной вывод которого соединен с положительным выходным выводом первого трехфазного мостового выпрямителя и с одними выводами дополнительной и основной обмоток возбуждения, другой вывод последней через указанный регулирующий элемент и первый размыкающий контакт реле соединен с минусовым выводом конденсатора фильтра, один вывод токоограничивающего резистора соединен со свободным выводом основной обмотки статора, а второй вывод токоограничивающего резистора через второй размыкающий контакт реле присоединен к третьему выходному выводу дополнительной обмотки статора. 2. Синхронный генератор по п.1, отличающийся тем, что основная обмотка статора выполнена на напряжение, превышающее в 5 - 10 раз напряжение на дополнительной обмотке статора.