АВТОНОМНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2000 года по МПК H02K19/38 

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным бесконтактным генераторам нормальной и повышенной частоты.

Известный бесконтактный синхронный генератор (а.с. СССР N 395949 H 02 K 19/30) выполненный в виде каскадного соединения двух синхронных машин, совмещенных в одном магнитопроводе, и имеющий на роторе электрически совмещенную обмотку, замкнутую через выпрямитель и выполняющую функции якорной обмотки возбудителя и обмотки возбуждения генератора, а на статоре однофазную якорную обмотку генератора и обмотку возбуждения возбудителя.

Недостатком данного бесконтактного синхронного генератора является наличие постороннего источника для питания обмотки возбуждения возбудителя, который в свою очередь не обеспечивает - при всех необходимых условиях достаточной надежности. С другой стороны, не решен вопрос стабилизации напряжения в статических и динамических режимах.

Наиболее близким по техническому решению является бесконтактная синхронная машина по а.с. СССР N 868936, H 02 K 19/38 с магнитным совмещенным возбудителем, содержащая на статоре якорную обмотку, обмотку возбуждения возбудителя, дополнительную третью обмотку, выполненную на то же число полюсов, что и якорная обмотка машины, подсоединенную через управляемый выпрямитель к обмотке возбуждения возбудителя, а на роторе якорную обмотку возбудителя и обмотку возбуждения машины, подсоединенную через выпрямитель к якорной обмотке возбудителя.

К недостаткам последнего устройства относится сложность регулирования возбуждения в генераторном режиме в статических и динамических режимах, низкий КПД за счет многих преобразований энергии.

Техническим решением поставленной задачи является повышение КПД, расширение диапазона регулирования выходного напряжения в статических и динамических режимах.

Задача достигается тем, что автономный бесконтактный синхронный генератор с магнитным совмещенным возбудителем, содержащий на индукторе обмотку возбуждения возбудителя, основную обмотку и дополнительную обмотку индуктора, соединенную с трехфазным выпрямителем, а на якоре обмотку возбудителя и обмотку возбуждения генератора с выпрямителем, генератор дополнительно содержит импульсный регулятор тока возбуждения с силовым элементом, например транзистором, второй трехфазный выпрямитель соединенный входом с основной обмоткой индуктора в нулевой точке, а выходом - с обмоткой возбуждения возбудителя, плюсовые выводы первого и второго выпрямителя соединены непосредственно между собой, а минусовые выводы через импульсный регулятор тока возбуждения, вход которого соединен с выходными зажимами основной обмотки индуктора, при этом дополнительная обмотка индуктора смещена в пространстве на 90 эл. градусов относительно основной обмотки индуктора, а обмотки возбуждения и возбудителя на якоре выполнены электрически совмещенными посредством вращающегося выпрямителя.

Новизна технического решения обусловлена введением импульсного регулятора тока возбуждения с силовым элементом, например, транзистором, второго трехфазного выпрямителя, соединенного входом с основной обмоткой индуктора в нулевой точке, а выходом - с обмоткой возбуждения возбудителя, плюсовые выводы первого и второго выпрямителя соединены непосредственно между собой, а минусовые выводы через импульсный регулятор тока возбуждения, вход которого соединен с выходными зажимами основной обмотки индуктора, при этом дополнительная обмотка индуктора смещена в пространстве на 90 эл. градусов относительно основной обмотки индуктора, а обмотки возбуждения и возбудителя на якоре выполнены электрически совмещенными посредством вращающегося выпрямителя.

По данным научно-исследовательской и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема автономного бесконтактного синхронного генератора. Индуктор 1 генератора содержит обмотку возбуждения возбудителя 2, основную обмотку 3 с дополнительным вторым трехфазным выпрямителем 4 в нулевой точке, выход которого соединен с обмоткой возбудителя 2. Дополнительная обмотка индуктора 5 соединена с трехфазным выпрямителем 6, а выход последнего плюсовым выводом соединен со вторым трехфазным выпрямителем 4 непосредственно, а минусы соединены через силовой элемент, например, транзистор 7, импульсного регулятора тока возбуждения 8, вход которого 9 соединен с выходом основной обмотки 3 индуктора 1. Электрически совмещенная обмотка возбуждения и возбудителя 10 якоря 11 через выпрямитель 12 замыкается на нулевую точку.

Дополнительная обмотка 5 индуктора выполняется на число пар полюсов, равное числу пар полюсов основной обмотки, но смещена в пространстве на 90 эл. градусов. По напряжению дополнительная обмотка 5 генератора согласована с сопротивлением обмотки возбуждения возбудителя 2. Вход 9 импульсного регулятора тока возбуждения соединен с выходом основной обмотки индуктора 3, тем самым реализуется отрицательная обратная связь по выходному напряжению.

Автономный бесконтактный синхронный генератор работает следующим образом. Приводной двигатель вращает якорь 11 генератора со скоростью, определяемой числом пар полюсов и заданной частотой генератора. За счет остаточного намагничивания магнитной системы якоря в обмотках 5 и 3 наводится ЭДС. ЭДС обмотки 5 выпрямляется выпрямителем 6 и через открытый транзистор 7 замыкается на обмотке возбуждения возбудителя 2. Создается магнитный поток, замыкающийся на якоре и пересекающий обмотки возбуждения и возбудителя 10. В них наводится ЭДС, выпрямляется выпрямителем 12, появляется постоянная составляющая тока, которая создает основной поток возбуждения. Генератор самовозбуждается и напряжение возрастает на основной обмотке 3 индуктора. При достижении определенной величины сигнал обратной связи управляет работой импульсного регулятора тока возбуждения 8, а последний уменьшает длительность открытого состояния транзистора 7, тем самым ограничивая ток возбуждения и напряжение холостого хода на обмотке 3.

При подключении нагрузки, в основной обмотке индуктора 3 протекает ток, который выпрямляется вторым трехфазным выпрямителем 4 и замыкается в обмотке возбуждения возбудителя 2, при этом возрастает поток от этой обмотки, возрастает МДС и ЭДС совмещенной обмотки возбуждения и возбудителя 10. Последняя создает дополнительный поток и компенсирует реакцию нагрузки, напряжение на нагрузке восстанавливается.

При значительном снижении напряжения на выходе основной обмотки 3, снижается сигнал обратной связи на входе 9 импульсного регулятора тока возбуждения 8, что приводит к увеличению длительности открытого состояния транзистора 7 и как следствие - увеличение тока через обмотку 2 от дополнительной обмотки 5 индуктора. В этом случае реализуется отрицательная обратная связь по напряжению.

При снятии нагрузки с зажимов основной обмотки 3 индуктора, с одной стороны, снижается ток в обмотке возбуждения возбудителя 2, с другой стороны, снижается и размагничивающее действие нагрузки.

В любом случае, независимо от вида нагрузки, дополнительный поток регулирует силовой транзистор 7 и происходит стабилизация напряжения, на нагрузке.

В отличие от известных генераторов, предлагаемый автономный бесконтактный синхронный генератор обладает следующими достоинствами.

1. При подключении нагрузки происходит прямое токовое компаундирование. При подключении двигательной нагрузки происходит форсирование тока возбуждения за счет пускового тока асинхронного двигателя. В этом случае реализуется обратная связь потоку нагрузки.

2. При увеличении тока от электрически совмещенной обмотки возбуждения и возбудителя 10 одновременно с возрастанием ЭДС в основной обмотке 3 возрастает ЭДС и в дополнительной обмотке 5 индуктора, что приводит к возрастанию амплитуды тока через транзистор 7 и обмотку возбуждения 2.

В этом канале реализуется внутренняя положительная обратная связь по току нагрузки.

3. Описанная выше отрицательная обратная связь по напряжению увеличивает устойчивость работы всей системы.

Изобретение относится к синхронным бесконтактным генераторам нормальной и повышенной частоты. Технический результат заключается в повышении КПД, расширении диапазона регулирования выходного напряжения в статических и динамических режимах. Генератор содержит на индукторе обмотку возбуждения возбудителя, основную обмотку и дополнительную обмотку индуктора, соединенную с трехфазным выпрямителем, а на якоре - электрически совмещенные обмотки возбудителя и возбуждения генератора с выпрямителем и дополнительно введенным импульсным регулятором тока возбуждения с силовым элементом, вторым трехфазным выпрямителем, соединенным входом с основной обмоткой индуктора в нулевой точке, а выходом - с обмоткой возбуждения возбудителя. Электрически совмещенная обмотка возбуждения и возбудителя якоря через выпрямитель замыкается на нулевую точку. 1 ил.

Автономный бесконтактный синхронный генератор с магнитным совмещенным возбудителем, содержащий на индукторе обмотку возбуждения возбудителя, основную обмотку и дополнительную обмотку индуктора, соединенную с трехфазным выпрямителем, а на якоре - обмотку возбудителя и обмотку возбуждения генератора с выпрямителем, отличающийся тем, что генератор дополнительно содержит импульсный регулятор тока возбуждения с силовым элементом, второй трехфазный выпрямитель, соединенный входом с основной обмоткой индуктора в нулевой точке, а выходом - с обмоткой возбуждения возбудителя, полюсовые выводы первого и второго выпрямителей соединены непосредственно между собой, а минусовые выводы - через импульсный регулятор тока возбуждения, вход которого соединен с выходными зажимами основной обмотки индуктора, при этом дополнительная обмотка индуктора смещена в пространстве на 90 эл. градусов относительно основной обмотки индуктора, а на якоре обмотка возбудителя и обмотка возбуждения генератора выполнены электрически совмещенными посредством вращающегося выпрямителя.