СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H02K19/24 H02K19/16 

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к электрическим синхронным генераторам переменного тока.

Известны синхронные генераторы, состоящие из ферромагнитного статора с обмоткой переменного тока и ферромагнитного ротора, закрепленного на валу, который по своим концам снабжен подшипниками, а один конец вала кончается муфтой для закрепления вала приводного двигателя (Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974. - С.367 и 368). На вал насажен ферромагнитный ротор, который в своих пазах несет обмотку возбуждения, которая в свою очередь электрически соединена с двумя контактными кольцами, жестко закрепленными на конце вала. Запитывание обмотки возбуждения проводится с помощью электрических щеток, соединенных с сетью постоянного тока и жестко закрепленных на неподвижной траверсе. Совокупность контактных колец и щеток составляет узел скользящего токосъема. Статорные обмотки данных генераторов подключают к сети переменного тока, а вал вращают с помощью приводного двигателя. Основным недостатком синхронных генераторов является то, что наличие узла скользящего токосъема, состоящего из контактных колец и щеток, приводит к появлению потерь энергии, а следовательно, к понижению КПД генератора.

Известен синхронный генератор переменного тока, выбранный в качестве прототипа (Важнов А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1968. - С.356-358), содержащий ферромагнитный корпус, внутри которого жестко закреплен цилиндрический ферромагнитный статор, внутри которого расположен вал, опирающийся своими концами на подшипники. Один конец вала заканчивается муфтой для приводного двигателя. На внутренней поверхности статора в пазах размещена статорная обмотка переменного тока, которая подключается к внешней сети. На вал насажен цилиндрический ротор, в пазах которого расположена обмотка возбуждения, концы которой электрически соединены с двумя контактными кольцами, жестко закрепленными на конце вала. По контактным кольцам скользят электрические щетки, установленные на траверсе, которая жестко закреплена на корпусе генератора. С помощью щеток и контактных колец производится подача постоянного тока в обмотку возбуждения.

После запитывания обмотки возбуждения ротор с помощью приводного двигателя начинает вращение. В результате взаимодействия магнитного поля обмотки возбуждения и статорной обмотки в последней индуцируются ЭДС и во внешнюю сеть начинает поступать ток.

Основным недостатком прототипа является то, что потери в узле скользящего токосъема, состоящего из контактных колец и щеток, приводят к низкому значению КПД генератора, что обуславливает ухудшение энергетических характеристик генератора.

Перед автором стояла задача улучшения энергетических характеристик синхронного генератора переменного тока.

Технический результат достигается за счет того, что в синхронном генераторе переменного тока, содержащем ферромагнитный корпус, внутри которого жестко закреплен ферромагнитный статор, внутри корпуса расположен вал, опирающийся своими концами на подшипники, внутри корпуса размещены обмотка переменного тока и обмотка возбуждения, а на вал насажен ротор, который выполнен в виде тора, составленный из чередующихся ферромагнитных и немагнитных участков, причем обмотки переменного тока и возбуждения, жестко закрепленные относительно статора, навиты на ротор, снаружи которого на корпусе жестко закреплен статор приводного дугового двигателя с обмоткой переменного тока, причем длина ферромагнитного участка ротора выбирается исходя из условия одновременного перекрытия им и обмотки возбуждения и статорной обмотки, а статор приводного дугового двигателя расположен в нижней части корпуса.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что генератор переменного тока отличается: 1) тороидальной формой ротора; 2) составной конструкцией ротора; 3) расположением обмоток; 4) использованием дугового статора.

Отмеченные отличия позволяют отказаться от узла скользящего токосъема, состоящего из контактных колец и щеток, т.е. уменьшить потери энергии, другими словами повысить КПД генератора, а следовательно, улучшить энергетические характеристики синхронного генератора переменного тока.

Предлагаемое устройство показано на чертеже. В ферромагнитном корпусе 1 жестко установлен ферромагнитный статор 2, внутри которого жестко закреплены обмотка переменного тока 3 и обмотка возбуждения 4. Внутри расточки статора установлен вал 5, который своими концами опирается на подшипники 6. Один конец вала заканчивается муфтой (не показана) для соединения с валом приводного двигателя (не показан). На вал 5 насажен ротор 7 тороидальной формы, состоящий из чередующихся ферромагнитных 8 и немагнитных 9 (например, из фторопласта) участков. На чертеже показан вариант выполнения синхронного генератора переменного тока с ротором, состоящим из одного ферромагнитного 8 и одного немагнитного 9 участков. На ротор 7 навиты: 1) обмотка возбуждения 4, которая запитывается от источника питания - возбудителя (не показан), жестко закреплена относительно корпуса 1 и выполнена таким образом, что ротор 7 свободно проходит внутри нее (не касаясь ее внутренних стенок); 2) статорная обмотка 3, жестко закрепленная относительно корпуса 1 и соединенная с внешней сетью. Снаружи (в нижней части корпуса 1) ротора 7 расположен статор 10 с обмоткой переменного тока 11 приводного дугового двигателя.

Работа устройства происходит следующим образом. При запитывании обмотки переменного тока 11, расположенной на статоре 10 приводного дугового двигателя, создается бегущее магнитное поле, взаимодействие которого с вихревыми токами, наведенными в ферромагнитных участках 8 ротора 7, приводит к возникновению вращающего момента - ротор 7 вместе с валом 5 начинает вращаться в подшипниках 6. Следует отметить, что статор дугового двигателя 10 располагается в нижней части корпуса 1, поэтому, когда статор 2 обесточен, ротор 7 под действием силы тяжести поворачивается таким образом, что ферромагнитный участок 8 находится над статором 10 приводного дугового двигателя.

После запитывания обмотки возбуждения 4 последняя создает магнитный поток, который замыкается через ферромагнитный участок 8 (ферромагнитный материал не насыщен - его магнитное сопротивление мало) и сцепляется с витками статорной обмотки 3 (длина ферромагнитного участка выбирается исходя из условия одновременного перекрытия им и обмотки возбуждения 4 и статорной обмотки 3). После поворота ротора 7 между обмоткой возбуждения 4 и статорной обмоткой 3 находится немагнитный участок 9, магнитное сопротивление которого велико. В результате доля магнитного потока, созданного обмоткой возбуждения 4 и сцепленного со статорной обмоткой 3, уменьшается и в статорной обмотке 3 согласно закону электромагнитной индукции индуцируется ЭДС, под действием которой в сеть начинает поступать ток. При дальнейшем повороте ротора 7 процесс повторяется.

В предлагаемой конструкции обмотка возбуждения и статорная обмотка выполнены неподвижными, поэтому отпадает необходимость в узле скользящего токосъема, использование которого обуславливало потери энергии, снижение КПД генератора, а следовательно, плохие энергетические показатели генератора.

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к электрическим синхронным генераторам переменного тока. Технический результат данного изобретения - улучшение энергетических характеристик синхронного генератора переменного тока. Сущность данного состоит в том, что в синхронном генераторе переменного тока, содержащем ферромагнитный корпус, внутри которого жестко закреплен ферромагнитный статор, внутри корпуса расположен вал, опирающийся своими концами на подшипники. Внутри корпуса размещены обмотка переменного тока и обмотка возбуждения, а на вал насажен ротор, который согласно изобретению выполнен в виде тора, составленный из чередующихся ферромагнитных и немагнитных участков. При этом обмотки переменного тока и возбуждения, жестко закрепленные относительно статора, навиты на ротор, снаружи которого на корпусе жестко закреплен статор приводного дугового двигателя с обмоткой переменного тока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Синхронный генератор переменного тока, содержащий ферромагнитный корпус, внутри которого жестко закреплен ферромагнитный статор, внутри корпуса расположен вал, опирающийся своими концами на подшипники, внутри корпуса размещены обмотка переменного тока и обмотка возбуждения, а на вал насажен ротор, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде тора составленным из чередующихся ферромагнитных и немагнитных участков, причем обмотки переменного тока и возбуждения, жестко закрепленные относительно статора, навиты на статор, снаружи которого на корпусе жестко закреплен статор приводного дугового двигателя с обмоткой переменного тока.2. Синхронный генератор переменного тока по п.1, отличающийся тем, что длина ферромагнитного участка ротора выбирается исходя из условия одновременного перекрытия им и обмотки возбуждения, и статорной обмотки.3. Синхронный генератор переменного тока по п.1 или 2, отличающийся тем, что статор приводного дугового двигателя расположен в нижней части корпуса.