Бесконтактный генератор Советский патент 1983 года по МПК H02K19/34 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашиностроению, и касается генераторов, обеспечивающих питанием электропотр бители на п.остоянном и переменном токах. При неизменности величины напряж ния на зажимах потребителей как пос тоянного, так и переменного тока, п тание осуществляется известными спо собами, заключающимися в параллельном подключении к шинам генератора разделительного трансформатора или вентильного выпрямителя соответствующей схемы. В случае, когда законы изменения напряжения на зажимах потребителей постоянного и и переменного тока С/ф существенно различны, требуется при менение специальных мероприятий, обеспечивающих в достаточной степен независимую их регулировку. В качес jBe примера можно привести систему электроснабжения тепловозов, где не обходимо изменять напряжение постоя ного тока и по тяговой (гиперболической функции тока) характеристике, а напряжение переменного тока, используемого для питания моторвентиляторов и отопления поезда, поддерживать постоянным. Известные технические решения, реализующие питание потребителей постоянного тока и переменного тока по основной частоте генератора, такие как установка отдельного генератора или при менение компаундных трансформаторов достаточно сложны и экономически не эффективны. Известен самовозбуждающийся двух частотный генератор, в котором осуществляется регулирование постоянного и переменного напряжений по раз ным частотам. Согласно данному техническому решению большую часть мощности, идущую, например, для питания потребителей постоянного тока, отбирают с зажимов генератора по его основной частоте, а меньшую часть мощности (до 10-20% основной)снимают с дополнительной обмотки, использующей энергию наиболее с щественной третьей гармонической поля возбуждения. Дополнительная обмотка, уложенная на полюсах с шагом, отличным от основной, обеспечивает в достаточной степени независимое регулирование постоянного и переменного напряжений допуская изменение первого из них, например, по тяговой характеристике а второе, сохраняя неизменным по величине, .Однако наличие дополнительной обмотки на статоре заметно затрудняет реализацию данного технического решения в производстве вследствие возрастания трудоемкости обмоточных работ, а также ведет к некоторому увеличению активной зубцовой зоны статора. Известно техническое решение, согласно которому эффект совмещения функций обмоток нескольких частот в одной обмотке достигается за счет выполнения параллельных ветвей одной частоты из пространственно сдвинутых катушек, число витков в которых пропорционально синусу их координаты, при этом выводы средних точек упомянутых параллельных ветвей используются в качественачал фаз другой частоты С2 . Недостатками данного технического решения являются наличие в производстве большого числа разнотипных катушек, а также недостаточно полное использование активного объема машины. Известна- синхронная электрическая ма1иина, в которой эффект совмещения функций-обмоток нескольких частот достигается за счет дискриминации обмоточных коэффициентов параллельных ветвей обмотки по различным частотам. Параллельные ветви обмотки выполняются с одинаковыми для первой гармонической обмоточными коэффициентами и минимально различными для третьей гармонической ЗJ. . Недостатками данного технического решения являются сложность выполнения обмотки с различными шагами и числом витков в одном статоре, ограниченность применения областью одноФазных нагрузок и невозможность использования в генераторах, поскольку гармонические составляющие их поля возбуждения четного порядка чрезвычайно малы. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является техническое решение,в соответствии с которым дополнительная обмотка статора выполнена той же полюсности, что и основная, но смещена относительно основной обмотки на 30 эл. град, и подключена к ней -через неуправляемые вентили. Энергия третьей гармонической выделяется между нулевыми точками основной и дополнительной обмоток. Достоинством данного технического решения является простота выполнения дополнительной обмотки, поскольку ее секции оказываются однотипны с секциями основной обмотки, а также возможность использования энергии дополнительной обмотки по основной частоте как на стороне постоянного, так и на стороне переменного напряжения 4 J. Недостатком данного технического решения является ограниченность .его применения областью однофазных нагрузок переменного тока, в частноети,оказывается невозможным организо вать питание трехфазной моторвентиляторной нагрузки, например, в тепловозе. Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия генератора и расширение его функциональных возможностей. Указанная цель достигается тем, что бесконтактный генератор, содержащий на статоре две трехфазные обмотки, соединенные по схеме звезда с нулевыми выводами, сме щенные одна относительно другой, каждая из которых подключена к. трех фазным мостовым выпрямителям, соединенным между собой на стороне постоянного тока, дополнительно снабжен третьей трехфазной обмоткой ста тора, соединенной по схеме звезда с нулевым выводом, и подключенным к ней .трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным с указанными выпрямителями на стороне постоянного тока, причем вторая и третья обмотки статора смещены относительно первой обмотки на 200 и 40 эл. град, соответственно. На чертеже приведена схема соединения об.моток статора предлагаемого генератора, а также подключение к нему нагрузок в случае исполь зования в качестве транспортной электроэнергетической установки. Генератор содержит первую трехфазную обмотку (А.В.С) 1, вторую трехфазную обмотку (А..,, В , С ) 2, смещенную относительно первой обмотки на 200 эл. град., третью трех фазную обмотку (А2,В2, С2i 3, смещенную относительно первой на 40 зл град. Начала фаз обмотки 1, 2 и 3 подсоединены к 3-трехфазному мостовому выпрямителю 4, от зажимов которого запитан дв.игатель постоянног тока 5. Между нулевыми выводами обмоток 1, 2 и 3 подключена трехфазная мото вентиляторная нагрузка 6, запиханн по утроенной частоте. Первая, вторая и третья обмотки выполняются на одинаковое фазное напряжение, т.е. имеют равное числ витков и равные по всем частота об моточные .коэффициенты. Целесообраз но также симметрировать обмотки по токовой нагрузке как для основной, так и для утроенной частот. Обмотк статора выполняется 18-зонной со сдвигом осей каждой из зон по отно шению лруг к другу в 20 эл. град, по основной частоте; число пазов статора окажется равным Z 18 pq где р - число пар полюсов -генерато q - число пазов на полюс и фаз Нечетные фазные зоны образуют трехфазные обмотки 1 и 3, смещенные относительно друг друга по основной частоте на 40 эл. град. Для утроенной частоты относительное смещение нечетных зон составляет 120 эл. град. Четные фазные зоны смещены относительно нечетных на + 20 эл. град, по основной частоте и на + 60 эл.град. по утроенной, поэтому для получения требуемого фазового сдвига по утроенной частоте соединение катушек четных фазных осуществляется с переворотом их на 180 эл. град,по основной и утроенной частотам, как это показано на фиг.1. Вследствие описанного разбиения и соединения фазных зон фазные напряжения первой обмотки 1 опережают фазные напряжения третьей обмотки 3 на 40 эл. град, по основной частоте, а второй обмотки 2 на 200 эл. град. Работа устройства заключается в следующем. Фазные напряжения первой обмотки 1 и обмоток 2 и 3 по частоте первой гармонической магнитного поля возбуждения, являющегося основной рабочей частотой, не взаимодействуют, поскольку в их цепи находятся разъединительные, диоды, проводящее и непроводящее состояние которых определяется известным циклом трехфазномостовой схеми. В то же самое время, для фазных напряжений утроенной частоты каждая фаза любой из трех обмоток представляет собой эквивалентную параллельную, ветвь, в цепях которых всегда существует несколько проводящих диодов, образующих ну;;евую точку для трехфазной системы токов утроенной частоты. При включении между нулевыми точками обмоток 1, 2 и 3 трехфазной нагрузки реакция якоря образует вращающееся с синхронно скоростью магнитное поле, неподвижное относительно поверхности полюсов индуктора. Это обстоятельство пбзволяет существенно увеличить мощность снимаемой по утроенной частоте нагрузки, не вызвав нежелательных потерь от перемагничивания пульсирующим полем в ферромагнитных частях индуктора генератора. При работе двухчастотногЬ генератора с частичной выпрямительной нагрузкой его обмотки 2 и 3 рассчитываются на 2/3 мощности постоянного тока, а обмотка 1 на 1/3 этой мощности, вследствие чего резко уменьшается засоренность сети основной частоты высшими гармоническими напряжения, вызванными коммутацией и управлением вентилями. Нулевые точки обмоток 1, 2 и 3 могут быть использованы также для питания высокочастотного инструмента, цепей 5 105485 управления и защиты, а также в других целях. Предлагаемая конструкция двухчастотного генератора переменно-постоявного тока позволяет заменить при-5 меняемые в настоящее время на тепловоэах двухмашинные агрегаты, состоящие из двух генераторов, один из которых обеспечивает питание тяговых двигателей постоянного тока, а дру-|р гой питание трехфазной.мотор-венти9. О ляторной нагрузки. Получаемый при этом технико-экономический эффект заключается в резком снижении материалоемкости, трудоемкости и габаритов (вместо 2-х генераторов габаритной мощностью Р и Р устанавливается один.генератор мощностью Р), повышением КПД за счет использования энергии третьей гармонической поля возбуждения, а также повышение надежности за счет упрощения конструкции по сравнению с агрегатом.

БЕСКОНТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий на статоре две трехфазные Обмотки,Jсоединенные по схеме звезда с нулевыми выводами, смещенные одна относительно другой, каждая из которых подключена к трехфазным мостовым выпрямителям, соединенным между собой на стороне постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью - повышения КПД и расширения функциональных возможностей, генератор дополнительно снабжен третьей обмоткой статора, соединенной по схеме звезда с нулевым выводом, и подключенным к ней трехфазным мостовым выпрямителем, соедиi ненным с указанными выпрямителями на стороне постоянного тока, причем СЛ вторая и третья обмотки статора смещены относительно первой обмотки на t200 и 40 эл. гргш. соответственно. Сл 4 00 сд ее