Синхронизированный аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор Российский патент 2018 года по МПК H02K7/18 H02K21/38 H02K16/00 H02K19/38 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии вращения (например, энергии ветра), подаваемой на механический вход машины, и электрической энергии постоянного тока (например, световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электроэнергию постоянного тока), одновременно подаваемой на ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Известна аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор (АДБЭМГ), содержащая корпус, подвозбудитель, возбудитель, и основной генератор, установленные на одном валу (патент РФ №2450411, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.). Подвозбудитель АДБЭМГ состоит из постоянного многополюсного магнита индуктора под-возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря под возбудителя. Возбудитель АДБЭМГ состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя. Основной генератор АДБЭМГ состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора. Постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора АДБЭМГ выполнены аксиальными. Боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов. Постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя установлен с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод установлен между боковыми аксиальными магнитопроводами. Внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого установлен постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами. В пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянного многополюсного магнита подвозбудителя уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока. В пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная обмотка якоря возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная обмотка якоря основного генератора.

Однако в такой машине-генераторе потери энергии велики из-за большого количества ступеней преобразования энергии. В частности, преобразование энергии в АДБЭМГ осуществляется в трех электрических машинах: подвозбудителе, возбудителе и основном генераторе. Ввиду этого, помимо нерациональных потерь энергии массогабаритные показатели электрической машины, принятой за прототип, также не удовлетворительны, кроме того конструкция такой машины сложна.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятым авторами за прототип является аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор (патент РФ №2561504, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащий корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу. Возбудитель состоит из индуктора возбудителя и аксиального магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя. Основной генератор состоит из бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена обмотка якоря основного генератора, и внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, в пазы которого со стороны бокового аксиального магнитопровода уложена обмотка возбуждения основного генератора. Боковой аксиальный магнитопровод с одной активной торцовой поверхностью жестко установлен в корпусе, а внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями установлен на валу с возможностью вращения относительно бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью. Индуктор возбудителя выполнен из постоянного многополюсного магнита и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя, причем постоянный многополюсный магнит индуктора возбудителя выполнен с пазами, многосекционным, неподвижным и жестко установлен в корпусе, а дополнительная обмотка возбуждения возбудителя уложена в пазы между секциями постоянного многополюсного магнита индуктора возбудителя и подключена к источнику постоянного тока. Внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами установлен в корпусе между постоянным многополюсным магнитом индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя и боковым аксиальным магнитопроводом с одной активной торцовой поверхностью с возможностью вращения относительно постоянного многополюсного магнита индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя.

Частота напряжения, снимаемого с обмотки якоря основного генератора известного из пат. РФ №2561504 ветро-солнечного генератора зависит от скорости вращения ротора, представляющего собой вал, на котором посредством диска жестко закреплен внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, относительно неподвижного корпуса, в котором жестко установлены боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора и постоянный многосекционный многополюсный магнит индуктора возбудителя, в пазы которого между секциями уложена дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, определяется по формуле:

где ρ - число пар полюсов, n - скорость вращения ротора относительно неподвижного корпуса, об/мин.

Скорость вращения ротора в свою очередь является функцией момента, создаваемого на валу известного из пат РФ №2561504 ветро-солнечного генератора источником механической энергии вращения, например, ветра, при этом момент в этом случае в свою очередь зависит от силы ветра, являющейся функцией скорости ветра.

В связи с тем, что интенсивность поступления механической энергии на вал ветро-солнечного генератора может быть неравномерной (например, из-за недетерминированной скорости ветра), скорость вращения ротора может быть непостоянной, а, следовательно частота напряжения, снимаемого с обмотки якоря основного генератора известного из пат. РФ №2561504 ветро-солнечного генератора является нестабильной. Это ограничивает область применения принятого за прототип известного аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора, который в связи с выше изложенным может быть использован только для питания локальных объектов без параллельного подключения к внешним системам трехфазного напряжения переменного тока.

Таким образом, известный из пат. РФ №2561504 аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор не может работать параллельно с внешней трехфазной системой переменного тока.

Кроме того, в известном РФ №2561504 аксиальном двухвходовом бесконтактном ветро-солнечном генераторе невозможно прямое преобразование световой энергии (например, Солнца) в электрическую энергию постоянного тока для последующего суммирования полученной энергии с механической энергией вращения, что также ограничивает область его применения.

Задачей предполагаемого изобретения является усовершенствование аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора для расширения области его применения и обеспечения возможности подключения его к внешней трехфазной системе переменного тока и параллельной работы с ней.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока с последующим суммированием полученной энергии с механической энергией вращения с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию переменного тока и минимизация разности частоты выходного напряжения синхронизированного аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора и частоты напряжения внешней системы трехфазного напряжения переменного тока.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом синхронизированном аксиальном двухвходовом бесконтактном ветро-солнечном генераторе, содержащем корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленом в подшипниковых узлах, при этом возбудитель состоит из жестко установленного в корпусе постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора возбудителя, в пазы которого между секциями уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной со стороны постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора возбудителя в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, основной генератор состоит из бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка якоря основного генератора, и однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной со стороны бокового аксиального магнитопровода в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, при этом боковой аксиальный магнитопровод с одной активной торцовой поверхностью жестко установлен в корпусе посредством диска, а внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями установлен на валу посредством диска между постоянным многополюсным многосекционным магнитом индуктора возбудителя с дополнительной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя и боковым аксиальным магнитопроводом с одной активной торцовой поверхностью с возможностью вращения относительного бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью и постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя, дополнительно в корпусе устанавливаются фотоэлектрический преобразователь, блок коммутации и синхронизатор напряжения, при этом фотоэлектрический преобразователь подключается к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, которая выполняется с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты, а синхронизатор напряжения состоит из жестко закрепленного в корпусе аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита, жестко закрепленного посредством диска на валу между аксиальным магнитопроводом синхронизатора и боковым аксиальным магнитопроводом с одной активной торцовой поверхностью, при этом распределение фаз трехфазной обмотки синхронизации выполняется совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, а блок коммутации, устанавливается в нижней части корпуса и выполняется с двумя входами, при этом к первому входу подключается трехфазная обмотка якоря основного генератора, ко второму входу подключается трехфазная обмотка синхронизации, а выход выполняется с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока, при этом концы фаз трехфазной обмотки синхронизации выполняются с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора через блок коммутации.

Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, позволяет расширить область применения аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора за счет прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока с последующим суммированием полученной энергии с механической энергией вращения с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию переменного тока и минимизации разности частоты выходного напряжения синхронизированного аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора и частоты напряжения внешней системы трехфазного напряжения переменного тока, позволяющей обеспечить параллельную работу предлагаемого ветро-солнечного генератора с внешней системой трехфазного напряжения переменного тока.

Возможность прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока и с последующим суммированием ее с механической энергией вращения достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве в верхней части корпуса устанавливается фотоэлектрический преобразователь, который подключается к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты. Световая энергия преобразуется фотоэлектрическим преобразователем в электрическую энергию постоянного тока и подается на дополнительную однофазную обмотку возбуждения возбудителя, подключенную к фотоэлектрическому преобразователю. При этом постоянный ток, протекая по дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, создает магнитный поток, который по закону суперпозиции суммируется с магнитным потоком постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора возбудителя. Механическая энергия вращения (момент вращения) подается от внешнего источника (например, ветра) на вал предлагаемого синхронизированного аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора. При вращении вала с установленным на нем внутренним аксиальным магнитопроводом с многофазной обмоткой якоря возбудителя под действием внешнего вращающего момента механическая энергия вращения в узле «постоянный многополюсный многосекционный магнит индуктора возбудителя с дополнительной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя - многофазная обмотка якоря возбудителя» преобразуется в электрическую энергию. Таким образом, в узле «постоянный многополюсный многосекционный магнит индуктора возбудителя с дополнительной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя - многофазная обмотка якоря возбудителя» происходит суммирование механической энергии вращения с электрической энергией, полученной от преобразования световой энергии.

Возможность минимизации разности частоты выходного напряжения синхронизированного аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора и частоты напряжения внешней системы трехфазного напряжения переменного тока обеспечивается за счет регулирования скорости вращения ротора с помощью синхронизатора напряжения, состоящего из жестко закрепленного в корпусе аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита, жестко закрепленного посредством диска на валу между аксиальным магнитопроводом синхронизатора и боковым аксиальным магнитопроводом с одной активной торцовой поверхностью, при этом распределение фаз трехфазной обмотки синхронизации выполняется совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора.

Возможность параллельной работы ветро-солнечного генератора с внешней трехфазной системой переменного тока обеспечивается за счет установки в нижней части корпуса блока коммутации, имеющего два входа, при этом к первому входу подключается трехфазная обмотка якоря основного генератора, ко второму входу подключается трехфазная обмотка синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока. Выполнение концов фаз трехфазной обмотки синхронизации с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора через блок коммутации обеспечивает возможность синхронизации выходного напряжения предлагаемого ветро-солнечного генератора с напряжением внешней трехфазной системой переменного тока для выполнения одного из необходимых условий подключения ветро-солнечного генератора к внешней трехфазной системе переменного тока - соответствия частоты напряжения подключаемого ветро-солнечного генератора частоте напряжения к внешней трехфазной системы переменного тока.

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию суммирования механической энергии (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока (например, энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и преобразования суммарной энергии в электрическую энергию многофазного переменного тока, как и прототип, в тоже время в отличие от него позволяет расширить область его применения за счет обеспечения возможности прямого преобразования в нем световой энергии в электрическую энергию постоянного тока с последующим суммированием полученной энергии с механической энергией вращения и обеспечения возможности подключения его к внешней трехфазной системе переменного тока путем синхронизации выходного напряжения переменного тока ветро-солнечного генератора с напряжением внешней трехфазной системы переменного тока.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого синхронизированного аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора в разрезе, на фиг. 2 - его электрическая схема.

Сихронизированный аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор (САДБВСГ) содержит: корпус 1, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу 14, закрепленом в подшипниковых узлах 15 и 16.

Возбудитель состоит из жестко установленного в корпусе 1 постоянного многополюсного многосекционного магнита 2 индуктора возбудителя, в пазы которого между секциями уложена дополнительная однофазная обмотка 3 возбуждения возбудителя, и многофазной обмотки якоря 6 возбудителя, уложенной со стороны постоянного многополюсного многосекционного магнита 2 индуктора возбудителя в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 5 с двумя активными торцовыми поверхностями.

Основной генератор состоит из бокового аксиального магнитопровода 10 с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 8 якоря основного генератора, и однофазной обмотки 7 возбуждения основного генератора, уложенной со стороны бокового аксиального магнитопровода 10 в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 5 с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный (на фиг. 2 - девятифазный) двухполупериодный выпрямитель 19 к многофазной (на фиг. 2 - девятифазной) обмотке якоря 6 возбудителя. Боковой аксиальный магнитопровод 10 с одной активной торцовой поверхностью жестко установлен в корпусе 1 посредством диска 20, а внутренний аксиальный магнитопровод 5 с двумя активными торцовыми поверхностями установлен на валу 14 посредством диска 17 между постоянным многополюсным магнитом 2 индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой 3 возбуждения возбудителя и боковым аксиальным магнитопроводом 10 с одной активной торцовой поверхностью с возможностью вращения относительного бокового аксиального магнитопровода 10 с одной активной торцовой поверхностью и постоянного многополюсного многосекционного магнита 2 индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой 3 возбуждения возбудителя.

В корпусе 1 установлены фотоэлектрический преобразователь 9, блок коммутации 21 и синхронизатор напряжения. Фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 9 подключен к дополнительной однофазной обмотке 3 возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему ФЭП (на фиг. 2 не показан, в состав предлагаемого устройства не входит) через контакты 4.

Синхронизатор напряжения состоит из жестко закрепленного в корпусе 1 аксиального магнитопровода 11 с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 13 синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита 12, жестко закрепленного посредством диска 18 на валу 14 между аксиальным магнитопроводом 11 синхронизатора и боковым аксиальным магнитопроводом 10 с одной активной торцовой поверхностью. Распределение фаз трехфазной обмотки 13 синхронизации выполнено совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора.

Блок коммутации 21 установлен в нижней части корпуса 1 и выполнен с двумя входами. К первому входу подключена трехфазная 8 якоря основного генератора, ко второму входу подключена трехфазная обмотка 13 синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока, при этом концы фаз трехфазной обмотки 13 синхронизации выполнены с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора через блок коммутации 21,

САДБВСГ работает следующим образом. При подаче постоянного тока (например, от ФЭП 9 и/или от внешних ФЭП через контакты 4) по дополнительной однофазной обмотке 3 возбуждения возбудителя протекает электрический ток, при этом создается магнитный поток, направленный согласно с магнитным потоком, создаваемым постоянным многополюсным многосекционным магнитом 2 индуктора возбудителя. По принципу суперпозиции магнитных полей магнитные потоки, создаваемые дополнительной однофазной обмоткой 3 возбуждения возбудителя и постоянным многополюсным многосекционным магнитом 2 индуктора возбудителя, суммируются. При вращении внутреннего аксиального магнитопровода 5 с многофазной обмоткой 6 якоря возбудителя, установленного посредством диска 17 на валу 14, закрепленом в корпусе 1 в подшипниковых узлах 15 и 16, суммарный магнитный поток, созданный многополюсным многосекционным постоянным магнитом 2 индуктора возбудителя и дополнительной однофазной обмоткой 3 возбуждения возбудителя взаимодействует с многофазной обмоткой 6 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 5 со стороны постояннного многополюсного многосекционного магнита 2 индуктора возбудителя, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным (на фиг. 2 - девятифащным) двухполупериодным выпрямителем 19 и подается на однофазную обмотку 7 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 5 со стороны бокового аксиального магнитопровода 10 с одной торцовой активной поверхностью, жестко закрепленного в корпусе 1 посредством диска 20. При этом в однофазной обмотке 7 возбуждения основного генератора создается магнитный поток.

Магнитный поток, созданный электрическим током, протекающим по однофазной обмотке 7 возбуждения основного генератора, взаимодействует с трехфазной обмоткой 8 якоря основного генератора, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 10, и наводит в ней трехофазную систему ЭДС, которая подается в блок коммутации 21.

В результате описанных процессов происходит суммирование механической энергии вращения (например, энергии ветра) и электрической энергии постоянного тока, полученной путем прямого преобразования фотоэлектрическими преобразователями световой энергии Солнца в электрическую энергию постоянного тока, и преобразование полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного тока, которая подается потребителям и на первый вход блок коммутации 21, второй вход которого подключен к трехфазной обмотке 13 синхронизации.

Блок коммутации 21 подключает САДБВСГ (фазы трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора) к внешней трехфазной системе переменного тока (к одноименным фазам внешней трехфазной системы переменного тока) при выполнении следующих условий:

1. Частота трехфазной ЭДС, снимаемой с трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора, равна частоте трехфазного напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

2. Величина трехфазной ЭДС, снимаемой с трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора, равна величине трехфазного напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

3. Порядок чередования фаз трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора и фаз трехфазной обмотки 13 синхронизации совпадает с порядком чередования фаз внешней трехфазной системы переменного тока.

Синхронизация выходного напряжения U_вых на выходе САДБВСГ осуществляется следующим образом.

При небольшом возмущающем моменте синхронизирующий момент, создаваемый трехфазной обмоткой 8 якоря основного генератора, достаточен для того, чтобы САДБВСГ не выпадал из синхронизма (оставался в синхронизме).

При больших возмущающих воздействиях возникает существенное рассогласование между фазами напряжения, генерируемого трехфазной обмоткой 8 якоря основного генератора, и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока вследствие различных частот выходного напряжения САДБВСГ, снимаемого с трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора, и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока. В этом случае блок коммутации 21, в котором осуществляется сравнение фаз (частот) выходного напряжения ветро-солнечного генератора и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока, подключает фазы трехфазной обмотки 13 синхронизации к внешней трехфазной системе переменного тока. При этом по трехфазной обмотке 13 синхронизации под действием трехфазного напряжения внешней системы переменного тока протекает трехфазный электрический ток, который создает вращающееся с синхронной частотой магнитное поле.

При уменьшении частоты выходного напряжения, снимаемого с трехфазной обмотки якоря 8 основного генератора, вызванного уменьшением частоты вращения вала 14, по сравнению с частотой напряжения внешней трехфазной сети, частота вращения постоянного магнита 12 синхронизатора, жестко закрепленного на валу 14 посредством диска 18, уменьшается. Это приводит к сдвигу (опережению) оси полюсов вращающегося магнитного поля трехфазной обмотки 13 синхронизации, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 11 с одной активной торцовой поверхностью, по отношению к осям полюсов постоянного магнита 12 синхронизатора. Вследствие этого синхронизатор переходит в режим двигателя, то есть потребляет активную электрическую энергию из внешней трехфазной системы переменного тока. При этом магнитное поле, создаваемое электрическим током, протекающим по трехфазной обмотке 13 синхронизации, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 11 с одной активной торцовой поверхностью, создает дополнительный вращающий момент, направленный согласно направлению вращения ротора, вследствие чего скорость вращения ротора увеличивается, частота напряжения, снимаемого с трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора, увеличивается до частоты напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

При увеличении частоты выходного напряжения снимаемого с трехфазной обмотки якоря 8 основного генератора, вызванного увеличением частоты вращения вала 14, по сравнению с частотой напряжения внешней трехфазной сети, частота вращения постоянного магнита 12 синхронизатора, жестко закрепленного на валу 14 посредством диска 18, увеличивается. Это приводит к сдвигу (запаздыванию) оси полюсов вращающегося магнитного поля трехфазной обмотки 13 синхронизации по отношению к осям полюсов постоянного магнита 12 синхронизатора. Вследствие этого синхронизатор переходит в режим генератора, то есть вырабатывает активную электрическую энергию, которую отдает во внешнюю трехфазную систему переменного тока. При этом магнитное поле, создаваемое электрическим током, протекающим по трехфазной обмотке 13 синхронизации создает дополнительный вращающий момент, направленный встречно направлению вращения ротора, вследствие чего скорость вращения ротора уменьшается, частота напряжения, снимаемого с трехфазной обмотки 8 якоря основного генератора, уменьшается до частоты напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

Таким образом, в предлагаемом САДБВСГ осуществляется прямое преобразование световой энергии, поступающей на световой вход (вход ФЭП 9), в электрическую энергию постоянного тока, суммирование ее посредством электромагнитного преобразования с механической энергий, поступающей на механический вход (вал 14) САДБВСГ, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию трехфазного напряжения переменного тока, синхронизированного по частоте с внешней трехфазной системой переменного тока.

Синхронизированное напряжение переменного тока подается в сеть для питания потребителей и во внешнюю трехфазную систему переменного тока.

Предлагаемый САДБВСГ, выполняя функцию суммирования механической и электрической энергии постоянного тока с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного тока, как и прототип, в то же время в отличие от него за счет обеспечения возможности прямого преобразования световой энергии и суммирования ее с механической энергией с последующим преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую и обеспечения возможности подключения к внешней трехфазной системе переменного тока и параллельной работы с ней путем синхронизации выходного напряжения САДБВСГ с напряжением внешней трехфазной системы переменного тока (минимизации разности частоты выходного напряжения САДБВСГ и частоты напряжения внешней трехфазной системы переменного тока) позволяет расширить область применения ветро-солнечного генератора.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано в качестве преобразователя механической энергии вращения, например энергии ветра, подаваемой на механический вход машины, и электрической энергии постоянного тока, например световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электроэнергию постоянного тока, одновременно подаваемой на ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока. Технический результат состоит в обеспечении прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока с последующим суммированием полученной энергии с механической энергией вращения с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию переменного тока и минимизация разности частоты выходного напряжения синхронизированного аксиального двухвходового бесконтактного ветро-солнечного генератора и частоты напряжения внешней системы трехфазного напряжения переменного тока. Ветро-солнечный генератор содержит: корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в подшипниковых узлах. Возбудитель состоит из жестко установленного в корпусе постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора, в пазы которого между секциями уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения, и многофазной обмотки, уложенной со стороны многополюсного магнита индуктора в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями. Основной генератор состоит из бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка якоря, и однофазной обмотки возбуждения, уложенной со стороны бокового аксиального магнитопровода в пазы внутреннего аксиального магнитопровода и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя. Боковой аксиальный магнитопровод жестко установлен в корпусе посредством диска. Внутренний аксиальный магнитопровод установлен на валу посредством диска между многополюсным магнитом индуктора с дополнительной однофазной обмоткой возбуждения и боковым аксиальным магнитопроводом с возможностью вращения относительно бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью и многополюсного магнита индуктора с дополнительной обмоткой возбуждении. Фотоэлектрический преобразователь подключен к дополнительной однофазной обмотке возбуждения, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты. Ссинхронизатор напряжения состоит из жестко закрепленного в корпусе аксиального магнитопровода, в пазы которого уложена трехфазная обмотка синхронизации, и аксиального многополюсного магнита, жестко закрепленного посредством диска на валу между аксиальным магнитопроводом синхронизатора и боковым аксиальным магнитопроводом. Распределение фаз трехфазной обмотки синхронизации выполнено совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора. Блок коммутации установлен в нижней части корпуса и выполнен с двумя входами. К первому входу подключена трехфазная обмотка якоря основного генератора, ко второму входу - трехфазная обмотка синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока. Концы фаз трехфазной обмотки синхронизации выполнены с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора через блок коммутации. 2 ил.

Синхронизированный аксиальный двухвходовый бесконтактный ветро-солнечный генератор, содержащий корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в подшипниковых узлах, при этом возбудитель состоит из жестко установленного в корпусе постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора возбудителя, в пазы которого между секциями уложена дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя, и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной со стороны постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора возбудителя в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, основной генератор состоит из бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка якоря основного генератора, и однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной со стороны бокового аксиального магнитопровода в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, при этом боковой аксиальный магнитопровод с одной активной торцовой поверхностью жестко установлен в корпусе посредством диска, а внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями установлен на валу посредством диска между постоянным многополюсным многосекционным магнитом индуктора возбудителя с дополнительной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя и боковым аксиальным магнитопроводом с одной активной торцовой поверхностью с возможностью вращения относительно бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью и постоянного многополюсного многосекционного магнита индуктора возбудителя с дополнительной обмоткой возбуждения возбудителя, отличающийся тем, что в корпусе установлены фотоэлектрический преобразователь, блок коммутации и синхронизатор напряжения, при этом фотоэлектрический преобразователь подключен к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты, а синхронизатор напряжения состоит из жестко закрепленного в корпусе аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита, жестко закрепленного посредством диска на валу между аксиальным магнитопроводом синхронизатора и боковым аксиальным магнитопроводом с одной активной торцовой поверхностью, при этом распределение фаз трехфазной обмотки синхронизации выполнено совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, а блок коммутации установлен в нижней части корпуса и выполнен с двумя входами, при этом к первому входу подключена трехфазная обмотка якоря основного генератора, ко второму входу подключена трехфазная обмотка синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока, при этом концы фаз трехфазной обмотки синхронизации выполнены с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора через блок коммутации.