Электромеханическая система электроснабжения Российский патент 2023 года по МПК H02P9/04 H02J7/14 H02J7/32 H02K9/16 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве электромеханической системы электроснабжения подвижных пусковых установок.

Известна электромеханическая система электроснабжения, содержащая двигатель внутреннего сгорания с выступающим валом, клиноременную передачу, вентильный генератор, аккумуляторную батарею, при этом клиноременная передача соединяет вал двигателя внутреннего сгорания с валом указанного генератора, статорная обмотка названного генератора подключена к выпрямителю, выход которого соединен с аккумуляторной батареей [1].

Данная система нашла широкое применение на транспорте в качестве системы постоянного тока, она имеет простую структурную схему и отличается надежностью, однако низкое качество выпрямленного напряжения ограничивает область ее применения.

Требуемым техническим результатом является повышение качества выпрямленного напряжения.

Указанный технический результат достигается тем, что в электромеханической системе электроснабжения, содержащей двигатель внутреннего сгорания с выступающим валом, клиноременную передачу, вентильный генератор, содержащий бесконтактный синхронный генератор и встроенный выпрямитель, аккумуляторную батарею, при этом клиноременная передача соединяет вал двигателя внутреннего сгорания с валом указанного генератора, статорная обмотка бесконтактного синхронного генератора подключена к встроенному выпрямителю, выход которого соединен с аккумуляторной батареей, статорная обмотка бесконтактного синхронного генератора разделена на четыре группы катушек с равным числом витков, сдвинутых относительно друг друга в пространстве на один и тот же угол, равный 15°; выпрямитель составлен из четырех последовательно соединенных секций; указанные группы катушек соединены с соответствующими секциями выпрямителя, при этом общий плюсовой и общий минусовой выводы секций выпрямителя подключены к соответствующим шинам постоянного тока; введено реле контроля напряжения с замыкающим контактом, включенное между указанными шинами; аккумуляторная батарея снабжена цепью разряда и цепью заряда, выполненными плюсовым и минусовым проводами, причем минусовой провод является общим для обеих цепей, плюсовой провод цепи разряда соединяет плюсовую шину с плюсовым выводом батареи через разделительный диод, плюсовой провод цепи заряда соединяет плюсовую шину с плюсовым выводом батареи через замыкающий контакт реле контроля напряжения и последовательно соединенным с ним разделительный диод, включенный в обратном направлении диоду цепи разряда, общий минусовой провод соединяет минусовую шину с минусовым выводом батареи.

На чертеже представлен фрагмент схемы электромеханической системы электроснабжения.

Система содержит двигатель внутреннего сгорания (не показан) с выступающим валом (не показан), клиноременную передачу (не показана), вентильный генератор 1, содержащий бесконтактный синхронный генератор и встроенный выпрямитель, статорная обмотка (не показана) которого разделена на первую группу катушек 1-1, вторую группу катушек 1-2, третью группу катушек 1-3 и четвертую группу катушек 1-4. Указанные группы катушек имеют равное число витков, т.е.

где W_Т.О. - число витков фазы трехфазной обмотки статора вентильного генератора; W_К1, W_К2, W_К3, W_К4 - числа витков фазы групп катушек: первой, второй, третьей и четвертой,

Указанные группы катушек смещены в пространстве относительно друг друга на 15°, по правилам размещения многофазных обмоток, применяемым в теории и практике электромашиностроения [2]. Первая группа катушек 1-1 соединена с первой секцией выпрямителя 1-5, вторая группа катушек 1-2 подключена к второй секции выпрямителя 1-6, третья группа катушек 1-3 соединена с третьей секцией выпрямителя 1-7, четвертая группа катушек 1-4 подключена к четвертой секции выпрямителя 1-8, при этом секции выпрямителя 1-5…1-8 выполнены по схеме Ларионова и соединены между собой последовательно, причем минусовой провод секции выпрямителя 1-5 подключен к минусовой шине постоянного тока 2, а плюсовой провод секции выпрямителя 1-8 подключен к плюсовой шине постоянного тока 2. Разбиение статорной обмотки на четыре части произведено для значительного снижения коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения К_П, который для трехфазной системы напряжения определяется по формуле

для одной трехфазной схемы. Увеличив число фаз выпрямителями с 3 до 12, находим

Для того, чтобы определить эффективность увеличения числа фаз, разделим уравнение (3) на равенство (4) и найдем

что коэффициент пульсаций уменьшился в 16 раз и стал К_П2 = 0,3%, поэтому требование потребителей постоянного тока к качеству выпрямленного напряжения выполняется полностью.

Если двигатель внутреннего сгорания будет иметь малые обороты, то при трехфазной обмотке вентильного генератора 1 выпрямленное напряжение будет незначительным, поэтому потребители не будут выполнять заданные функции, поскольку среднее значение выпрямленного напряжения невелико. Увеличение числа фаз способствует увеличение среднего значения выпрямленного напряжения, что предопределяет улучшению условий эксплуатации потребителей.

При таком случае батарея 3 начинает разряжаться по цепи разряда, однако если скорость вала двигателя возрастет, то напряжение на шинах постоянного тока 2 возрастет так, что сработает реле контроля напряжения 4 и замкнет свой замыкающий контакт 4-1 и батарея будет подзаряжаться. Цепь разряда батареи 3 образована проводом 3-1 (плюсовой) с разделительным диодом 5 и проводом 3-2, который является общим для обеих цепей. Цепь заряда батареи 4 образована проводом 3-3 с замыкающим контактом 4-1 реле контроля 4 и разделительным диодом 6, который находится в противофазе с разделительным диодом 5 цепи разряда названной батареи.

Система работает следующим образом.

В статике пока не запустился двигатель внутреннего сгорания его вал неподвижен (не показан), клиноременная передача (не показана) неподвижна, вентильный генератор не вращается, статорная обмотка (не показана) обесточена и в ее катушках 1-1, 1-2, 1-3 и 1-4 нет ЭДС, секции выпрямителя 1-5…1-8 обесточены, на общих шинах постоянного тока 2 напряжения нет; реле контроля напряжения 4 обесточено и замыкающий контакт 4-1 разомкнут; аккумуляторная батарея 3 заряжена, цепи разряда 3-1 и 3-2 и цепи заряда 3-3 и 3-2 обесточены, при этом секции выпрямителя 1-5…1-8 обесточены.

При запуске двигателя внутреннего сгорания его вал приходит во вращение, которое клиноременная передача осуществляет на ротор вентильного генератора 1 и ротор приходит во вращение, при котором магнитное поле постоянных магнитов также начнет вращаться. При вращении магнитного поля его силовые линии пересекают витки катушек 1-1, 1-2, 1-3 и 1-4 обмотки статора вентильного генератора и в катушках наводится ЭДС:

где Е_1-1 - ЭДС первой группы катушек; ƒ - частота напряжения (ЭДС), зависящая от частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания n, т.е.

W_1-1 - число витков фазы первой группы катушек; К₀₁ - обмоточный коэффициент первой группы катушек; Ф - наводимый основной магнитный поток.

Поскольку числа витков групп равны, а поток один и тот же, то можно считать, что

и по аналогии (2), имеем

где Е_ТО - ЭДС трехфазной обмотки.

ЭДС групп катушек поступает на соответствующие секции выпрямителя 1-5, 1-6, 1-7, 1-8, где переменный ток преобразуется в постоянный и на плюсовой 2-1 и минусовой 2-2 шине 2 появляется напряжение, что позволяет начать работу потребителям 7 и 8. При малых оборотах, ЭДС Е_ТО будет меньше расчетного значения, поэтому диод 5 будет открыт и батарея 3 будет разряжаться по цепи разряда 3-1 и 3-2. Однако при больших оборотах двигателя внутреннего сгорания напряжение общих шин постоянного тока 2 будет выше расчетного и сработает реле контроля напряжения 4, поэтому его контакт 4-1 замкнется, образуя цепь заряда батареи по проводам 3-3 и 3-2; аккумуляторная батарея будет подзаряжаться каждый раз, как только

где n_Д - действительная частота вращения вала ротора; n_Р - расчетная частота вращения вала ротора вентильного генератора.

В остальных случаях работа системы механизма действий не меняет.

Таким образом качество выпрямленного напряжения улучшилось значительно за счет повышения фазности статорной обмотки.

Источники, принятые во внимание:

[1]. Липай Б.Р., Соломин А.Н., Тыричев П.А. Электромеханические системы. М., МЭИ, 2008, рис. 9.2, стр. 33.

[2]. Радин В.И., Загорский А.Е., Белоновский В.А. Электромеханические устройства стабилизации частоты. М., Энергоиздат, 1981, 168 с.

Изобретение относится к электротехнике. Электромеханическая система электроснабжения содержит двигатель внутреннего сгорания с валом, клиноременную передачу, вентильный генератор, содержащий бесконтактный синхронный генератор и встроенный выпрямитель, аккумуляторную батарею. Клиноременная передача соединяет вал двигателя с валом генератора. Статорная обмотка генератора подключена к встроенному выпрямителю, соединенному с аккумуляторной батареей. Статорная обмотка генератора разделена на четыре группы катушек с равным числом витков, сдвинутых относительно друг друга в пространстве на один и тот же угол, равный 15°. Выпрямитель составлен из четырех последовательно соединенных секций. Группы катушек соединены с соответствующими секциями выпрямителя, при этом общий плюсовой и минусовой выводы секций выпрямителя подключены к соответствующим шинам постоянного тока. Также имеется реле контроля напряжения с замыкающим контактом. Аккумуляторная батарея имеет цепь разряда и заряда. Повышается качество выпрямленного напряжения. 1 ил.

Электромеханическая система электроснабжения, содержащая двигатель внутреннего сгорания с выступающим валом, клиноременную передачу, вентильный генератор, содержащий бесконтактный синхронный генератор и встроенный выпрямитель, аккумуляторную батарею, при этом клиноременная передача соединяет вал двигателя внутреннего сгорания с валом указанного генератора, статорная обмотка бесконтактного синхронного генератора подключена к встроенному выпрямителю, выход которого соединен с аккумуляторной батареей, отличающаяся тем, что статорная обмотка бесконтактного синхронного генератора разделена на четыре группы катушек с равным числом витков, сдвинутых относительно друг друга в пространстве на один и тот же угол, равный 15°; выпрямитель составлен из четырех последовательно соединенных секций; указанные группы катушек соединены с соответствующими секциями выпрямителя, при этом общий плюсовой и общий минусовой выводы секций выпрямителя подключены к соответствующим шинам постоянного тока; введено реле контроля напряжения с замыкающим контактом, включенное между указанными шинами; аккумуляторная батарея снабжена цепью разряда и цепью заряда, выполненными плюсовым и минусовым проводами, причем минусовой провод является общим для обеих цепей, плюсовой провод цепи разряда соединяет плюсовую шину с плюсовым выводом батареи через разделительный диод, плюсовой провод цепи заряда соединяет плюсовую шину с плюсовым выводом батареи через замыкающий контакт реле контроля напряжения и последовательно соединенный с ним разделительный диод, включенный в обратном направлении диоду цепи разряда, общий минусовой провод соединяет минусовую шину с минусовым выводом батареи.