ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Российский патент 2005 года по МПК H02K19/36 

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

К генераторам автономных электростанций предъявляются жесткие требования по качеству выходного напряжения. Это связано с тем, что генератор должен запускать двигательную нагрузку единичной мощностью не менее 75% от мощности генератора, при этом внешняя характеристика должна быть жесткой. Учитывая, что при пуске асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность, необходимо в тот момент форсировать возбуждение генератора. Этого можно достичь путем положительной обратной связи по току (например, "генератор переменного тока с комбинированным возбуждением" по а.с. СССР №322831, Н 02 К 19/36, 1977 г., Бюл.№36).

Известный генератор переменного тока с комбинированным возбуждением, содержащий постоянные магниты, трехфазную обмотку и регулятор напряжения в виде импульсного ключа, причем дополнительная обмотка возбуждения включена встречно-последовательно с основной, и обе они непосредственно подключены к зажимам выпрямленного напряжения, а последовательно с основной обмоткой включен нелинейный элемент, например, полупроводниковый диод.

Недостатком известного устройства является наличие постоянного магнита, что вносит искажение в форму выходного напряжения. Наличие двух обмоток возбуждения, включенных встречно-последовательно, увеличивает массогабаритные показатели, так как поток этих обмоток вычитается. При этом отсутствует форсировка возбуждения при питании двигательной нагрузки.

Наиболее близким по техническому решению является "генератор переменного тока с комбинированным возбуждением", RU №2145763, Н 02 К 19/36 от 20.02.2000 г., Бюл. №5.

Известный генератор переменного тока содержит трехфазную обмотку, одни выводы трехфазной обмотки соединены с входом выпрямителя, к выходу которого параллельно подключена обмотка возбуждения и импульсный ключ регулятора возбуждения с предварительным усилителем и оптронной парой, измерительный орган содержит последовательно соединенные стабилитрон, резистивный делитель, конденсатор фильтра, дополнительный выпрямитель, соединенный с фазами обмотки и дополнительными конденсаторами возбуждения в каждой фазе.

Недостатком известного устройства является наличие импульсного ключа, который при коммутации создает помехи и вносит дополнительные гармонические составляющие в форму выходного напряжения.

Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно упрощение конструкции при жесткой внешней характеристике в статических и динамических режимах.

Поставленная задача достигается тем, что генератор переменного тока с комбинированным возбуждением, содержащий выпрямитель, к выходу "плюс" и "минус" которого параллельно подключена обмотка возбуждения, а к входу - статорная трехфазная обмотка и конденсаторы возбуждения, дополнительно содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами соединены через токоограничивающий резистор с "плюсом" выпрямителя и обмотки возбуждения, а аноды диодов соединены либо с отпайками статорной обмотки, либо с ее фазными выводами со стороны подключения нагрузки.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что дополнительно содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами соединены через токоограничивающий резистор с "плюсом" выпрямителя и обмотки возбуждения, а аноды диодов соединены либо с отпайками статорной обмотки, либо с ее фазными выводами со стороны подключения нагрузки.

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.

Техническое решение промышленно применимо. Опытный образец генератора переменного тока с комбинированным возбуждением испытан в лаборатории Кубанского ГАУ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где представлены принципиальные схемы.

На фиг.1 представлена схема генератора на низкое напряжение (12÷40 В). На фиг.2 представлена схема генератора на напряжение 220/127 В, 380/220 В.

Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением содержит выпрямитель 1, обмотку возбуждения 2, статорную трехфазную обмотку 3, три диода 4, токоограничивающий резистор 5, конденсаторы возбуждения 6, дополнительные контакты 7, отпайки 8 статорной трехфазной обмотки 3.

К выходу "плюс" и "минус" выпрямителя 1 параллельно подключается обмотка возбуждения 2. Статорная трехфазная обмотка 3, соединенная с одной стороны с входом выпрямителя 1, а с другой стороны фазными выводами - с тремя диодами 4, катоды которых через токоограничивающий резистор 5 соединены с "плюсом" выпрямителя 1 и обмоткой возбуждения 2. Конденсаторы возбуждения 6 через контакты 7 соединены с фазными выводами статорной трехфазной обмотки 3. Статорная трехфазная обмотка 3 имеет отпайки 8 (фиг.2), которые соединены с анодами трех диодов 4.

Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением работает следующим образом. Замыкаются контакты 7. При вращении ротора за счет остаточного намагничивания в статорной трехфазной обмотке 3 появляется ЭДС, которая за счет колебательного контура статорная обмотка - конденсаторы возбуждения 6 усиливается и генератор самовозбуждается. Появившийся емкостной ток через выпрямитель 1 замыкается на обмотку возбуждения 2, которая создает поток, способствующий быстрому самовозбуждению.

Конденсаторы 6 отключаются контактами 7. Напряжение с фазных выводов поступает на три диода 4, проходит через токоограничивающий резистор 5 обмотку возбуждения 2 верхние по схеме диоды выпрямителя 1 и замыкаются на статорной трехфазной обмотке 3. Возникший ток обеспечивает работу генератора на холостом ходу. Изменяя величину сопротивления токоограничивающего резистора 5, регулируют напряжение холостого хода (XX).

При подключении нагрузки к зажимам А, В, С статорной трехфазной обмотки 3 ток нагрузки через выпрямитель 1 замыкается на обмотке возбуждения 2, что вызывает увеличение потока намагничивания, а следовательно, увеличивается ЭДС, но за счет падения напряжения снижается действие тока намагничивания через три диода 4 и токоограничивающий резистор 5. Таким образом, происходит стабилизация выходного напряжения.

При значительных изменениях коэффициенты мощности нагрузки выходное напряжение можно корректировать токоограничивающим резистором 5.

В случае изготовления генератора на напряжение 380/220 В, 220/127 В в статорной трехфазной обмотке 3 выполняются отпайки 8, которые соединяются с анодами трех диодов 4, а последние - через токоограничивающий резистор 5 с "плюсом" выпрямителя 1 и обмоткой возбуждения 2. В этом случае принцип действия генератора аналогичен описанному выше.

Достоинства предлагаемого генератора переменного тока заключаются в следующем.

1. При подключении нагрузки происходит прямое токовое компаундирование, а при подключении двигательной нагрузки - форсирование возбуждения, что увеличивает жесткость внешней характеристики.

2. Обмотка возбуждения имеет небольшое число витков, малую индуктивность, следовательно, генератор имеет небольшую электромагнитную постоянную.

3. Предлагаемый генератор не теряет возбуждение при больших нагрузках, что важно для специальных устройств.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций. Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением содержит выпрямитель, к выходам "плюс" и "минус" которого параллельно подключена обмотка возбуждения, а ко входу - статорная трехфазная обмотка и конденсаторы возбуждения. Генератор дополнительно содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами через токоограничивающий резистор - с "плюсом" выпрямителя и обмоткой возбуждения, а аноды диодов соединены с фазными выводами статорной обмотки либо с ее отпайками. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции при жесткой внешней характеристике в статических и динамических режимах. 2 ил.

Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением, содержащий выпрямитель, к выходам "плюс" и "минус" которого параллельно подключена обмотка возбуждения, а к входу - статорная трехфазная обмотка и конденсаторы возбуждения, отличающийся тем, что содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами соединены через токоограничивающий резистор с "плюсом" выпрямителя и обмоткой возбуждения, а аноды диодов соединены либо с отпайками статорной обмотки, либо с ее фазными выводами со стороны подключения нагрузки.