СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2008 года по МПК H02K19/38 H02P9/38 

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

Известен синхронный генератор (А.С. СССР №868937, Н02К 19/34, 1981 г.), который содержит основную и дополнительную трехфазную обмотку статора. 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.

Недостатком данного синхронного генератора является то, что дополнительная обмотка статора, питающая основную обмотку возбуждения, имеет небольшое число витков, 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.

Наиболее близким по техническому решению является синхронный генератор (Патент RU 2107378 Н02К 19/30, Н02Р 9/30. Опубл. 20.03.98, Бюл. №8), содержащий основную и дополнительную обмотки статора, смещенные одна относительно другой на 90 эл. градусов, обмотку возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители, дискретную схему управления с регулирующим элементом, делитель напряжения.

Недостатком данного синхронного генератора является сложность изготовления ротора и дополнительные устройства для надежного возбуждения.

Техническим решением поставленной задачи является расширение функциональных возможностей за счет подключения двигательной нагрузки, соизмеримой с мощностью генератора.

Задача достигается тем, что синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, смещенные одна относительно другой на 90 эл. градусов, обмотку возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители, дискретную схему управления с регулирующим элементом, делитель напряжения, содержит молекулярный накопитель энергии и трехфазный инвертор напряжения, причем основная обмотка статора фазными выводами подключена к нагрузке и через первый трехфазный мостовой выпрямитель к делителю напряжения, который присоединен ко входу дискретной схемы управления с регулирующим элементом, дополнительная обмотка статора своими фазными выводами через второй трехфазный мостовой выпрямитель соединена с молекулярным накопителем энергии, а последний со входом трехфазного инвертора напряжения, выход которого соединен с нагрузкой и фазными выводами основной обмотки, обмотка возбуждения ротора через регулирующий элемент дискретной схемы управления соединена с источником постоянного тока, а инвертор напряжения содержит свою внутреннюю структуру, например ШИМ, или ШИР стабилизации частоты и напряжения.

Новизна заявляемого технического решения за счет конструктивных особенностей обусловлена тем, что синхронный генератор содержит молекулярный накопитель энергии и трехфазный инвертор напряжения, причем основная обмотка статора фазными выводами подключена к нагрузке и через первый трехфазный мостовой выпрямитель к делителю напряжения, который присоединен ко входу дискретной схемы управления с регулирующим элементом, дополнительная обмотка статора своими фазными выводами через второй трехфазный мостовой выпрямитель соединена с молекулярным накопителем энергии, а последний со входом трехфазного инвертора напряжения, выход которого соединен с нагрузкой и фазными выводами основной обмотки, обмотка возбуждения ротора через регулирующий элемент дискретной схемы управления соединена с источником постоянного тока, а инвертор напряжения содержит свою внутреннюю структуру, например ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна 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.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где приведена принципиальная схема синхронного генератора.

Синхронный генератор содержит ротор с обмоткой возбуждения 1, статор 2 с основной обмоткой 3, которая фазными выводами подключена к нагрузке 4 (А, В, С) и через первый трехфазный мостовой выпрямитель 5 к делителю напряжения 6, который подключен ко входу дискретной схемы управления 7, дополнительная обмотка 8 статора 2 своими фазными выводами через второй трехфазный мостовой выпрямитель 9 соединена с молекулярным накопителем энергии 10, а последний со входом трехфазного инвертора напряжения 11, выход которого соединен с нагрузкой 4 и фазными выводами основной обмотки 3, обмотка возбуждения ротора 1 через регулирующий элемент (например транзистор) соединена с источником постоянного тока «плюс» - «минус».

Дополнительная обмотка 8 и основная обмотка 3 статора 2 смещены одна относительно другой на 90 эл. градусов. Фазные напряжения этих обмоток равны. В качестве молекулярного накопителя энергии 10 применяются накопители на соответствующие напряжения и энергию.

Трехфазный инвертор напряжения 11 содержит свою внутреннюю структуру, например ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения.

Синхронный генератор работает следующим образом. При определенной частоте вращения ротора 1 за счет остаточного магнитного потока и потока от обмотки возбуждения ротора 1 ЭДС наводится в трехфазных обмотках 3, 8 статора 2.

Выходное напряжение А, В, С через первый трехфазный мостовой выпрямитель 5, делитель напряжения 6 поступает на вход дискретной схемы управления 7.

Регулирующий элемент (например, транзистор) 12 пропорционально сигналу обратной связи с делителя напряжения 6 изменяет ток управления в обмотке ротора 1, и тем самым стабилизируя выходное напряжение обмоток 3, 8 статора 2.

Одновременно напряжение дополнительной обмотки 8 выпрямляется вторым трехфазным мостовым выпрямителем 9 и заряжает молекулярный накопитель энергии 10. Это напряжение постоянного тока поступает на трехфазный инвертор напряжения и преобразуется в основную частоту синхронного генератора. Внутренняя структура инвертора стабилизирует выходное напряжение и частоту.

Таким образом, трехфазный инвертор частоты 11 и основная обмотка 3 статора работают параллельно на нагрузку 4.

При подключении нагрузки 4 к зажимам А, В, С работают два канала стабилизации напряжения и частоты.

Первый канал. При подключении нагрузки на зажимах А, В, С напряжение уменьшается. Уменьшается обратная связь и на делителе напряжения 6.

Регулирующий элемент (например, транзистор) 12 увеличивает ток управления в обмотке возбуждения ротора 1, увеличивается магнитный поток и напряжение на выходе основной обмотки 3 возрастает.

Второй канал стабилизации. При снижении напряжения на зажимах А, В, С (особенно при запуске асинхронных двигателей или нагрузки, соизмеримой с мощностью генератора) внутренняя структура инвертора 11, например ШИМ или ШИР, автоматически стабилизирует напряжение, а за счет молекулярного накопителя энергии 10 снижается провал частоты вращения приводного двигателя, тем самым стабилизуется и частота синхронного генератора.

Достоинство предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет молекулярного накопителя энергии и трехфазного инвертора частоты происходит стабилизация напряжения и частоты генераторной установки, которая может питать нагрузку, соизмеримую с мощностью генератора.

Смещение обмоток статора на 90 эл. градусов снижает их влияние друг на друга в переходных режимах

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей источника за счет подключения двигательной нагрузки соизмеримой мощности. Синхронный генератор содержит ротор с обмоткой возбуждения, статор с основной обмоткой, которая фазными выводами подключена к нагрузке и через первый трехфазный мостовой выпрямитель к делителю напряжения, который подключен ко входу дискретной схемы управления. Дополнительная обмотка статора через второй трехфазный мостовой выпрямитель соединена с молекулярным накопителем энергии, который соединен со входом трехфазного инвертора напряжения. Выход инвертора соединен с нагрузкой и с основной обмоткой. Обмотка возбуждения ротора через регулирующий элемент, например транзистор, соединена с источником постоянного тока. Дополнительная и основная обмотки статора смещены между собой на 90 эл. градусов. Фазные напряжения этих обмоток равны. В качестве молекулярного накопителя энергии использован накопитель на соответствующие напряжения и энергию. Трехфазный инвертор напряжения может содержать ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, смещенные относительно одна другой на 90 эл. градусов, обмотку возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители, дискретную схему управления с регулирующим элементом, делитель напряжения, отличающийся тем, что содержит молекулярный накопитель энергии и трехфазный инвертор напряжения, причем основная обмотка статора фазными выводами подключена к нагрузке и через первый трехфазный мостовой выпрямитель к делителю напряжения, который присоединен ко входу дискретной схемы управления с регулирующим элементом, дополнительная обмотка статора своими фазными выводами через второй трехфазный мостовой выпрямитель соединена с молекулярным накопителем энергии, а последний со входом трехфазного инвертора напряжения, выход которого соединен с нагрузкой и фазными выводами основной обмотки статора, обмотка возбуждения ротора через регулирующий элемент дискретной схемы управления соединена с источником постоянного тока.2. Синхронный генератор по п.1, отличающийся тем, что трехфазный инвертор напряжения содержит свою внутреннюю структуру, например, ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения.