Управление генератором методом подключения и отключения генераторных обмоток Российский патент 2021 года по МПК H02P6/00 

1. Название изобретения: Управление генератором методом подключения и отключения генераторных обмоток.

2. Область техники: Изобретение относится к электротехнике, электрическим машинам, генераторам электрической энергии.

3. Уровень техники: Изобретение может применяться с любыми генераторами.

4. Раскрытие изобретения: Изобретение относится к управлению электрическим генератором, электромеханическим машинам с управляемым включением и отключением генерирующих обмоток генератора в заданном секторе вращения ротора относительно статора.

5. Смыслом управления является отключение генерации на генерирующих обмотках генератора от нагрузки в фазе выхода магнита (электромагнита) из зоны взаимодействия с сердечником генерирующих обмоток и обратным включением в фазе примагничивания, (приближения) магнита (электромагнита) к сердечнику генерирующих обмоток, во время кругового циклического движения вращающейся части генерирующей электромашины. Подключением и отключением генерирующих катушек можно управлять посредством механического щеточного узла, управляемыми при помощи различных датчиков или систем положения ротора, с осуществлением включения при помощи транзисторных или тиристорных ключей или любыми другими способами. Ввиду того, что съем энергии происходит только в моменты «примагничивания» магнитного полюса (магнита или электромагнита) к магнитопроводу сердечника генерирующих катушек, а в момент выхода магнита или электромагнита из взаимодействия с магнитопроводом генерирующие катушки отключены, то значительных моментов сопротивления вращению ротора не возникает.

6. Преимущества: При увеличении потребления электрической нагрузки на приводном вале генератора не возникает значительных тормозящих моментов, остаются только моменты естественного залипания магнитов (электромагнитов) на полюсах магнитопровода. Значительно уменьшаются ударные нагрузки при генерации, что значительно увеличивает срок службы генератора.

7. Недостатками является невозможность кратковременной работы генератора при возникновении перегрузок выше номинальных значений.

Снижение вырабатываемой максимальной электроэнергии 50% и более от номинальной возможности генератора при классическом подключении.

При реализации управления на щеточном узле возникает повышенный износ и искрение щеток, так как отключение происходит в момент максимального нарастания генерируемого напряжения.

При реализации управления на силовых транзисторах ключах возникают дополнительные требования к настройке моментов из-за возникновения задержек срабатывания силовых транзисторов в максимальный момент нарастания генерируемого напряжения. Возникает дополнительный расход электроэнергии, необходимый для запитывания схем управления подключения генерирующих обмоток.

При реализации управления на тиристорах требуется сложная электронная схема управления. Возникает дополнительный расход электроэнергии, необходимый для запитывания схем управления подключением генерирующих обмоток.

8. Техническим результатом, на решение которого направленно предлагаемое изобретение, является значительное снижение энергетических затрат, необходимых для привода вращения генератора.

Краткое описание чертежей.

Рис 1. Схематичный эскиз управления однофазным генератором. С обозначением включения или отключения генераторных обмоток в секторах относительно вращения полюсов ротора и статора.

Рис 2. График выходного напряжения однофазного генератора, изображенного на Рис. 1 с обозначением состояния подключения генераторных обмоток на графике.

Рис 3. График действующих сил на привод ротора генератора при реализации управления генератором методом подключения и отключения генераторных обмоток и возникающих напряжений, изображенных на Рис. 1 и Рис. 2.

Рис. 4. График действующих сил на привод ротора однофазного генератора при классическом подключении нагрузки.

Рис. 5. Схематичный эскиз реализации трехфазного генератора с реализацией управления подключения нагрузки к генерирующим обмоткам. Пунктиром выделен сектор включения обмотки для Фазы С согласно положению магнитного ротора.

Рис. 6. График выходных напряжений трехфазного генератора с реализацией управления подключения нагрузки к генерирующим обмоткам.

Рис. 7. Схематичный пример управления на базе стандартного автомобильного генератора.

Рис. 8. График выходных напряжений при управления на базе стандартного автомобильного генератора.

Рис. 9. Изображение стенда (аксиального трехфазного генератора), на котором были проведения испытаний, измерений и подтверждение предлагаемого изобретения.

Рис. 10. Изображение стенда (аксиального трехфазного генератора), на котором были проведения испытаний, измерений и подтверждение предлагаемого изобретения.

Использование: в области электротехники. Технический результат: снижение энергетических затрат, необходимых для привода вращения генератора за счет отсутствия значительных моментов сопротивления вращению ротора. Согласно изобретению управляют отключением и включением генерации на генерирующих обмотках генератора от нагрузки. Съем энергии происходит только в моменты «примагничивания» магнитного полюса (магнита или электромагнита) к магнитопроводу сердечника генерирующих катушек, а в момент выхода магнита или электромагнита из взаимодействия с магнитопроводом генерирующие катушки отключены. Подключением и отключением генерирующих катушек управляют посредством механического щеточного узла с осуществлением включения при помощи транзисторных или тиристорных ключей или любыми другими способами. 10 ил.

Способ управления генератором методом включения и отключения генерирующих обмоток в зависимости от положения магнитных полей возбуждающей системы относительно магнитопроводов генерирующих обмоток, заключающийся в том, что подключение и отключение генерации на генерирующих обмотках генератора производится методом замыкания и размыкания цепи генерирующих обмоток, предложенная система предназначена для отключения генерации на генерирующих обмотках генератора от нагрузки в фазе выхода магнита или электромагнита из зоны взаимодействия с сердечником генерирующих обмоток, а обратным включением - в фазе примагничивания магнита или электромагнита к сердечнику генерирующих обмоток до момента максимального приближения к полюсу генерирующих катушек во время кругового циклического движения вращающихся частей генерирующей электромашины, при этом при передаче энергии потребителю с генератора снимается только нарастающий фронт электрического напряжения, сгенерированного в момент приближения магнита или электромагнита к сердечникам генерирующих обмоток, а в момент ниспадающего фронта электрического напряжения, при выходе магнита или электромагнита из взаимодействия с магнитопроводом сердечника генерирующих обмоток при возникновении значительного сопротивления вращения ротора относительно статора, генерирующие обмотки отключены-разомкнуты от потребителя электрической энергии.