ДВУХЧАСТОТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2013 года по МПК H02K17/14 H02K17/12 

Описание патента на изобретение RU2477558C1

Изобретение относится, к электротехнике, в частности к низкооборотным электрическим двигателям и поворотным трансформаторам.

Известна автономная система электропитания (Патент РФ №2152069, опубл. 27.06.2000), содержащая n источников питания, каждый из которых через соответствующий регулятор подключен к выходным выводам, и n блоков управления, выход каждого из которых соединен с управляющим входом регулирующего органа соответствующего регулятора, а вход через соответствующий блок суммирования подключен к датчику рассогласования, причем блок суммирования выполнен в виде двух суммирующих усилителей, выход первого из них связан с входом второго суммирующего усилителя, выход которого является выходом блока суммирования, отличающаяся тем, что указанные источники питания использованы трех видов, из которых m - солнечных батарей, p - аккумуляторных батарей, k - вторичных источников питания, блок управления выполнен в виде широтно-импульсного модулятора, первый суммирующий усилитель каждого блока суммирования выполнен с l-входами, каждый из которых соединен с l-выходами указанных датчиков рассогласования, а вход второго суммирующего усилителя в каждом регуляторе дополнительно связан с источником соответствующего опорного напряжения с величиной напряжения для солнечных батарей U·mi/S, для аккумуляторных батарей U·(k+1)/S, для вторичных источников питания - U·ki/S, где U - удвоенная амплитуда пилообразного напряжения; S - коэффициент усиления второго суммирующего усилителя соответствующего регулятора, при этом m+p+k=n, а 2≤l≤n, mi=1,…,m; ki=1,…, k. Недостатком аналога является непродуманность вопроса передачи энергии с солнечной батареи на космический аппарат. Обычно этот вопрос решается применением щеточно-контактного узла (в случае вращения СБ относительно КА) или кабельного барабана (в случае поворота СБ на ограниченный угол).

Известна космическая солнечная электростанция Глезера для обеспечения электроэнергией наземных потребителей (К. Гетланд. Космическая техника. М.: Мир, 1986 г. с.228-237, рис. на стр.233). Она представляет из себя крупногабаритную сборную конструкцию с мощной солнечной энергетической установкой и системой дистанционной передачи на Землю энергии в виде микроволнового или лазерного излучения. Известен также космический аппарат для дистанционной передачи энергии (Заявка на соискание патента РФ 94032672, МПК B64G 9/00), содержащий несущую конструкцию и установленные на ней энергетическую установку и систему дистанционной передачи энергии, отличающийся тем, что система дистанционной передачи энергии размещена в центре масс космического аппарата. Недостатками аналогов является то, что КПД системы передачи энергии посредством микроволнового или лазерного излучения невелик, вопрос обеспечения электромагнитной совместимости системы передачи энергии с другими системами КА является весьма сложным. Наиболее оптимальным способом для бесконтактной передачи энергии на малых расстояниях (менее нескольких миллиметров) является индуктивный. Примером такого устройства является поворотный трансформатор, где величина выходного напряжения не зависит от угла поворота.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему техническому решению (его прототипом) является асинхронная двухчастотная электрическая машина (патент РФ №2313886, МПК H02K 17/12, опубл. 27.12.2007, бюл. №36) с короткозамкнутым ротором и двумя совмещенными в общем сердечнике статора трехфазными обмотками с числами пар полюсов p1 и p2, в которых наводятся ЭДС частотой f1 и f2 соответственно, имеющими клеммы для присоединения внешних электрических цепей, включая электроприемники, при этом параллельно обмотке с числом пар полюсов p2 присоединен трехфазный конденсатор возбуждения, отличающаяся тем, что имеет двигатель как источник механической мощности, приводящий во вращение вал машины, и дополнительный трехфазный конденсатор возбуждения, присоединенный параллельно обмотке с числом пар полюсов p1. Недостатком прототипа является то, что он является электромашинным преобразователем частоты и не предназначен для передачи энергии через немагнитный зазор от неподвижного изделия к вращающемуся.

Технической задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности передачи электроэнергии от неподвижного источника к вращающемуся приемнику, например от вращающейся относительно космического аппарата солнечной батареи к космическому аппарату, а также привод вращающегося приемника.

Решая поставленную техническую задачу, получаем технический результат, состоящий в обеспечении возможности передачи электроэнергии от неподвижного источника к вращающемуся приемнику, который достигается благодаря тому, что в известной двухчастотной электрической машине с двумя совмещенными в общем сердечнике статора трехфазными обмотками с числами пар полюсов p1 и p2, имеющими клеммы для присоединения внешних электрических цепей, согласно изобретению на роторе размещена по крайней мере одна фазная обмотка, имеющая клеммы для присоединения внешних электрических цепей, а машина снабжена преобразователем постоянного напряжения в переменное и преобразователем переменного напряжения в постоянное, причем преобразователь постоянного напряжения в переменное прикреплен к клеммам обмотки статора с числом пар полюсов p2, а к клеммам обмотки ротора с числом пар полюсов p2 прикреплен преобразователь переменного напряжения в постоянное.

Кроме того, ротор может иметь число намагниченных полюсов, равное 2·p1.

Кроме того, ротор может иметь число ненамагниченных выступов, равное 2·p1.

Предлагаемое техническое решение поясняется чертежами (фиг.1, 2). На фиг.1 показана конструкция двухчастотной электрической машины с возбужденным от постоянных магнитов явнополюсным ротором. На фиг.2 показана конструкция двухчастотной электрической машины с явнополюсным невозбужденным ротором.

На статоре двухчастотной электрической машины в общих пазах расположены (фиг.1): обмотка 1 с числом пар полюсов p1 и обмотка 2 с числом пар полюсов p2, упомянутые обмотки имеют клеммы 3 и 4 для присоединения внешних электрических цепей. Ротор может быть выполнен в нескольких вариантах - с возбуждением от постоянных магнитов [явнополюсный 5 или неявнополюсный (на чертежах не показан)] и 6 - как явнополюсный невозбужденный ротор. Если ротор 5 возбуждается полем постоянных магнитов, то двухчастотная электрическая машина работает как синхронная магнитоэлектрическая. Если ротор 6 не возбужден, то двухчастотная электрическая машина работает как синхронная реактивная. Число пар полюсов ротора 5 или 6 равно p1. Также на роторе 5 или 6 расположена фазная обмотка 7, имеющая клеммы 8.

В установившемся режиме возбужденный ротор 5 или невозбужденный ротор 6 вращается синхронно с полем обмотки 1 статора с угловой частотой Ω=2·π·f1/p1. Таким образом, обмотка 1 необходима для привода ротора 5 или 6 и вращения солнечной батареи, соединенной с ротором.

Обмотка 2, размещенная в пазах статора, и обмотка 7, размещенная в пазах ротора, работают как поворотный трансформатор, предназначенный для передачи энергии через немагнитный промежуток, в том числе от неподвижной части к вращающейся. При этом частота f2>f1 для увеличения КПД передачи энергии.

Чтобы обмотка с числом пар полюсов p2 не создавала поле, способное создать паразитный момент как в электрической машине с электромагнитной редукцией частоты вращения, необходимо выполнить условие: k·p1≠p2, где k - целое число.

Для бесконтактной передачи энергии необходимо наличие переменного напряжения. Выходное напряжение солнечных батарей - постоянное, накопителем энергии на КА служат аккумуляторные батареи, которые также заряжаются постоянным напряжением. Для обеспечение бесконтактной передачи энергии постоянное напряжение СБ преобразуется в переменное с помощью преобразователя постоянного напряжения в переменное (DC-AC преобразователя) с узлами «мягкой» коммутации на стороне переменного напряжения, прикрепленного к клеммам 4.

Далее происходит передача энергии через немагнитный промежуток на космический аппарат посредством обмоток 2 и 7. Энергия, необходимая для зарядки аккумуляторных батарей, снова преобразуется в энергию постоянного напряжения с помощью преобразователя переменного напряжения в постоянное (AC-DC преобразователя), прикрепленного к клеммам 8. Для данной системы передачи энергии большой мощности возможно применение квазирезонансного преобразователя с фазовым управлением, который перед классическим преобразователем с широтно-импульсной модуляцией имеет следующие преимущества: меньшие размеры, более высокий КПД, а также пониженный уровень излучаемого шума. Благодаря применению мягкой коммутации ключей обеспечивается необходимый уровень надежности преобразователя.

Техническим результатом настоящего изобретения является также увеличение надежности по сравнению с устройствами передачи энергии с щеточно-контактным узлом, и улучшение массогабаритных показателей по сравнению с устройствами передачи энергии с кабельным барабаном.

Похожие патенты RU2477558C1

название год авторы номер документа
АСИНХРОННО-СИНХРОННЫЙ ДВУХЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР 2006
  • Стрижков Игорь Григорьевич
  • Потапенко Иосиф Андреевич
  • Стрижкова Людмила Григорьевна
  • Чеснюк Евгений Николаевич
RU2313889C1
АСИНХРОННЫЙ ДВУХЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР 2006
  • Стрижков Игорь Григорьевич
  • Потапенко Иосиф Андреевич
  • Стрижков Виталий Леонидович
  • Чеснюк Евгений Николаевич
RU2313886C1
СПОСОБ ПУСКА И БЕСЩЕТОЧНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕСКОНТАКТНОЙ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ 2012
  • Ищенко Иван Михайлович
  • Клобуков Николай Николаевич
  • Робатень Сергей Сергеевич
  • Сбитной Михаил Леонидович
RU2498491C2
СИНХРОННО-АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 1997
  • Стрижков И.Г.
  • Помазанов В.В.
  • Стрижков В.Л.
RU2141713C1
УСТРОЙСТВО ТУРБОГЕНЕРАТОРА ТРЕХФАЗНЫХ ТОКОВ ДВУХ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТ 2015
  • Скворцов Борис Алексеевич
  • Хомяк Валентин Алексеевич
RU2624772C2
ДВУХСКОРОСТНОЙ СИНХРОННО-АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 1997
  • Стрижков И.Г.
  • Коляда С.Л.
  • Лайко А.В.
  • Стрижков С.И.
RU2141714C1
АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ 2021
  • Шарипов Рустем Ринатович
  • Афанасьев Юрий Викторович
  • Исмагилов Флюр Рашитович
  • Пашали Диана Юрьевна
  • Юшкова Оксана Алексеевна
RU2772803C1
СПОСОБ ГЕНЕРАЦИИ ПЕРЕМЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ДВУХ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТ В ТУРБОГЕНЕРАТОРЕ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА 2015
  • Скворцов Борис Алексеевич
RU2636053C2
Ветро-солнечный генератор со сдвоенным ротором 2017
  • Попов Сергей Анатольевич
RU2639714C1
ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (ВАРИАНТЫ) 2012
  • Геча Владимир Яковлевич
RU2503117C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 477 558 C1

Реферат патента 2013 года ДВУХЧАСТОТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным электрическим двигателям и поворотным трансформаторам. Задачей изобретения является возможность передачи электроэнергии от неподвижного источника к вращающемуся приемнику, например от вращающейся относительно космического аппарата солнечной батареи к космическому аппарату, а также привод вращающегося приемника. Согласно изобретению двухчастотная электрическая машина с двумя совмещенными в общем сердечнике статора трехфазными обмотками с числами пар полюсов p1 и р2, в которых наводятся ЭДС частотой f1 и f2, соответственно, имеющими клеммы для присоединения внешних электрических цепей, при этом f1<f2, на роторе которой размещена по крайней мере одна фазная обмотка, имеющая клеммы для присоединения внешних электрических цепей. Кроме того, двухчастотная электрическая машина может иметь ротор с намагниченными полюсами или ненамагниченными выступами, с числом 2·p1. Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение надежности по сравнению с устройствами передачи энергии с щеточно-контактным узлом, а также улучшение массогабаритных показателей по сравнению с устройствами передачи энергии посредством кабельного барабана. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 477 558 C1

1. Двухчастотная электрическая машина с двумя совмещенными в общем сердечнике статора трехфазными обмотками с числами пар полюсов p1 и р2, имеющими клеммы для присоединения внешних электрических цепей, отличающаяся тем, что на роторе размещена по крайней мере одна фазная обмотка, имеющая клеммы для присоединения внешних электрических цепей, она снабжена преобразователем постоянного напряжения в переменное и преобразователем переменного напряжения в постоянное, причем преобразователь постоянного напряжения в переменное прикреплен к клеммам обмотки статора с числом пар полюсов р2, а к клеммам обмотки ротора с числом пар полюсов р2 прикреплен преобразователь переменного напряжения в постоянное.

2. Двухчастотная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор имеет число намагниченных полюсов равное 2·p1.

3. Двухчастотная электрическая машина по п.1, отличающаяся тем, что ротор имеет число ненамагниченных выступов равное 2·p1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2477558C1

АСИНХРОННЫЙ ДВУХЧАСТОТНЫЙ ГЕНЕРАТОР 2006
  • Стрижков Игорь Григорьевич
  • Потапенко Иосиф Андреевич
  • Стрижков Виталий Леонидович
  • Чеснюк Евгений Николаевич
RU2313886C1
RU 94032672 A, 10.07.1996
Трехфазная обмотка с соотношением чисел пар полюсов @ : @ =4:1 1986
  • Ванурин Владимир Николаевич
SU1376182A1
СТАТОРНАЯ ОБМОТКА ДВУХЧАСТОТНОГО АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА 2003
  • Богатырев Н.И.
  • Ванурин В.Н.
  • Оськин С.В.
  • Султанов Г.А.
  • Екименко П.П.
  • Вронский А.В.
RU2248082C1
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ 1998
  • Тищенко А.К.
  • Ганкевич П.Т.
  • Савенков В.В.
  • Лившин Г.Д.
RU2152069C1
АМОРТИЗАТОР "ХАРГЕНС"(ВАРИАНТЫ) И ЭЛЕКТРО-ПНЕВМОСИСТЕМА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА" 2003
  • Харламов Г.С.
RU2241154C1
DE 3613636 A1, 09.07.1986
ГЕТЛАНД К
Космическая техника
- М.: Мир, 1986, с.228-237, рис
на с
Крутильный аппарат 1922
  • Лебедев Н.Н.
SU233A1

RU 2 477 558 C1

Авторы

Геча Владимир Яковлевич

Захаренко Андрей Борисович

Шепталин Денис Владимирович

Даты

2013-03-10Публикация

2011-10-06Подача