Электрический генератор Советский патент 1988 года по МПК H02K29/06 G01P3/46 

11372515

Изобретение относится к электротехнике, в частности бесконтактным электрическим генераторам постоянного и переменного тока, и может быть использовано, например, в качестве таI

хогенератора следящих систем, простейшего датчика положения ротора или генератора переменного тока повышенной частоты.10

Целью изобретения является снижение пульсаций вьтрямленного напряжения, повьппение надежности и расширение функциональных возможностей генератора.15

На фиг.1,изображена функциональная схема генератора с переключателями и выключателями, позволяющими перестраивать структуру генератора/ на фиг.2- то же, вариант.20

Якорная обмотка на статоре генератора (фиг.1) имеет четыре секции с выводами, обозначенными А, В, С, D, вторая, третья и четвертая секции

Выход сумматора может быть соединен с входом устройства 33 для извлечения корня К-й степени с помощью выключателя 34.

Генератор работает следующим образом.

При вращении ротора приводньм дви гателем на секциях якорной обмотки с выводами А, В, С, D, а также якорной обмотки ДПР (если он имеется) с выводами а, Ь, с, d наводится ЭДС. U;, Ug, Uc , и d синусоидальной (точнее, почти синусоидальной) формы. Ес ли имеется ДПР с чувствительными эле ментам 11-14 не в виде якорной обмот ки, а как показано на фиг.1, то на них возникают почти синусоидальные сигналы d, dj,, d., dp, зависящие только от положения ротора. ЭДС с вы водов А, В, С, D, а, Ь, с, d и сигна лы d, d, dp, dр поступают на входы перемножителей сигналов.

В первом генераторе (по таблице)

(с выводами В, С и D) смещены относи-25 перемножители 1-4 возводят в квадрат

тельно первой секции соответственно на 90, 135 и 225 эл.град.

Генератор содержи т перемножители 1-4 сигналов, сумматоры 5-7, устройство 8 для извлечения корня К-й степени, ротор 9 генератора, ротор 10 датчика положения ротора (ДПР) с чувствительными элементами 11-14 на статоре, переключатели (выключатели)

Ua. и.

А c d . а сумма- 7 складывает выходные сигналы

напряжения U, тор

этих перемножителей. В результате на выходе сумматора возникает постоянное 30 вьтрямление напряжения U , которое можно приближенно описать вьфажениями

и Ь UJ, sin al + -t- sin( of - - 45°; + cosMtf - 45°) 2U, (1)

Выход сумматора может быть соединен с входом устройства 33 для извлечения корня К-й степени с помощью выключателя 34.

Генератор работает следующим образом.

При вращении ротора приводньм двигателем на секциях якорной обмотки с выводами А, В, С, D, а также якорной обмотки ДПР (если он имеется) с выводами а, Ь, с, d наводится ЭДС. U;, Ug, Uc , и d синусоидальной (точнее, почти синусоидальной) формы. Если имеется ДПР с чувствительными элементам 11-14 не в виде якорной обмотки, а как показано на фиг.1, то на них возникают почти синусоидальные сигналы d, dj,, d., dp, зависящие только от положения ротора. ЭДС с выводов А, В, С, D, а, Ь, с, d и сигналы d, d, dp, dр поступают на входы перемножителей сигналов.

В первом генераторе (по таблице)

перемножители 1-4 возводят в квадрат

Ua. и.

А c d . а сумма- 7 складывает выходные сигналы

напряжения U, тор

этих перемножителей. В результате на выходе сумматора возникает постоянное 0 вьтрямление напряжения U , которое можно приближенно описать вьфажениями

и Ь UJ, sin al + -t- sin( of - - 45°; + cosMtf - 45°) 2U, (1)

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным электрическим машинам постоянного и переменного тока, активная часть которых представляет собой многофазный синхронный электрический генератор и которые содержат вместо вентилей перемножители сигналов. Оно может быть использовано, например, в качестве тахогенератора следящих систем, в качестве простейшего датчика положения ротора или в качестве генератора переменного тока повышенной частоты. Цель изобретения - подавление пульсаций вьтрямленного напряжения, повышение надежности работы и расширение функциональных возможностей устройства. Якорная обмотка генератора вьг- полнена четьфехсекционной, со смещением второй, третьей и четвертой секций относительно первой соответственно на 90, 135 и 225 эл.град. Генератор содержит функциональный преобразователь (ФП) и перемножители, соединенные выходами с входами ФП. Предложено также выполнить ФП в виде выходного сумматора. Для обеспечения реверса выходного напряжения генератор снабжен датчиком положения ротора. Датчик положения ротора может быть выполнен в виде генератора. К выходу выходного сумматора может быть подключено устр-во извлечения корня К-й степени. Генератор может быть снабжен двумя компараторами, входы которых соединены с выходами соответствующего перемножителя. 9 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл. (Л со tsD СЛ СЛ

15-21. Их положения для различных ва- где U - выпрямленное напряжение;

риантов генератора указаны в таблице. Якорная обмотка на статоре генератора (фиг.2) имеет четыре секции, выводы которой обозначены А, В, С, D. Генератор имеет ДПР, у которого на Q роторе 23 число полюсов вдвое меньше, чем на роторе 22 генератора, а на статоре размещена якорная обмотка с четырьмя секциями, выводы которых

и 1 - амплитуда напряжения на ка дой из четьфех секций якор ной обмотки;

:/ - угол между ротором и стато ром генератора.

Как видно из формулы (1), в идеальном случае выпрямленное напряже и строго не зависит от положения р

О

обозначены а, Ь, с, d. Вторая, третья тора. В то же время оно зависит от

и четвертая секции обмотки статора и ДПР с выводами В,С, ВиЬ, с, d смещены относительно первой секции соответственно на 90, 135 и 225 эл. град. Выводы а и Ь, с и d попарно соединены с входами перемножителей 24 и 25. Выходы этих перемножителей соединены с входами перемножителей 26 и 27 и сумматоров 28 и 29. Выходы сумматоров соединены с входами перемножителей 30 и 31. Входы перемножителей 26, 27 и 30, 31 соединены также с выводами обмотки А, В, С, D, а их выводы соединены с сумматором 32.

частоты вращения ротора п Ug

50

где, с - коэффициент пропорциональности.

Устройство для извлечения корня К-й степени необходимо для обеспече ния желаемой зависимости U Например, при К 2

от

55

Vu7 VFв общем случае

и

Kbit

с п.

Вык

V2 -с

и 1 - амплитуда напряжения на каждой из четьфех секций якорной обмотки;

:/ - угол между ротором и статором генератора.

Как видно из формулы (1), в идеальном случае выпрямленное напряжение и строго не зависит от положения роО

тора. В то же время оно зависит от

тора. В то же время оно зависит от

частоты вращения ротора п Ug

(2)

где, с - коэффициент пропорциональности.

Устройство для извлечения корня К-й степени необходимо для обеспечения желаемой зависимости U Например, при К 2

от п.

Vu7 VFв общем случае

и

Kbit

с п.

(3)

Вык

V2 -с

(4)

Генератор второй (см. таблицу) является реверсивным БГПТ. Реверсивность обеспечивается благодаря введению ДПР, у которого в отличие от синхронного генератора зависимости выходных напряжений от положения ротора не изменяются при изменении направления вращения ротора. Перемножители сигналов и сумматор являются вы- прямителем. В идеальном случае вьтря- митель производит преобразование в соответствии с формулой

и и ид„ ±з1п2(У + cosV t

sin

±2U

Ur Ч - u.

) t.cos2 (o m AV

45)

(5)

где амплитуда каждого из четырех сигналов ДПР (одному из направлений вращения ротора соответствует знак +, а другому - знак -, выпрямленное напряжение пропорционально частоте вращения ротора п).

Генератор третий - нереверсивный БГПТ с двухканальным фильтром для основной гармоники напряжений синхронного генератора (с частотой р.п.). Указанный фильтр вьтолнен в виде первого и второго перемножителей сигналов. Третий и четвертый перемножители и сумматор являются вьтрямителем. Если имеется устройство для извлечения корня К-й степени, то его выходное напряжение линейно зависит от п при К 4.

Генератор четвертый является двухканальным датчиком положения ротора (ДПР), поскольку напряжения на выхо де первого и второго перемножителей сигналов (пропорциональные соответственно sin2(i и (;os2ef в идеальном случае) как функции от угла не зависят от направления вращения ротора Эти же напряжения пропорциональны квадрату частоты вращения ротора п, но это обстоятельство не мешает использовать их для аналогового управления двумя взаимно перпендикулярными секциями обмотки вентильного двигателя (по законам синуса и косинуса) .

Выходные напряжения компараторов (если они имеются и срабатывают при нулевом входном сигнале) не зависят от п и имеют прямоугольную форму, удобную для дискретного управления двумя секциями обмотки вентильного двигателя или устройством для пере

4

полярности вьтрямленного

5

0

напряжения вентильного генератора (в зависимости от направления вращения ротора).

Генератор пятьй является четырех- канальным ДПР, причем два сумматора необходимы для образования третьего и четвертого каналов. В идеальном случае на выходе перемножителей сиг- налов напряжения пропорциональны

sin2o( и cos2c/ (6)

а на выходе первого и второго сумматоров напряжения пропорциональны соответственно

-sin( 45) и -sin((/+ 45°). (7)

Как и положено ДПР, зависимости всех четырех выходных напряжений от угла 0 не изменяются при изменении направления вращения ротора. Уровень выходных напряжений пропорционален квадрату частоты вращения ротора. Если генератор снабжен четырьмя компарато5 рами, то их выходные напряжения дискретны и не зависят от частоты и направления вращения ротора. Их можно использовать для дискретного управления Всеми секциями якорной обмотки вентильных электрических машин с несимметричной четырехсекционной обмоткой.

Генератор щестой является не только генератором переменного тока, но и мультипликатором, так как у него выходное напряжение пропорционально не sine/, а

sin4o.(8)

Генератор седьмой (фиг.2) является

0 реверсивным БГПТ благодаря применению ДПР в ввде синхронного пятого генератора с числом полюсов, вдвое меньшим числа полюсов основного синхронного генератора без компараторов. Такое

5 соотношение полюсов необходимо для согласования ДПР с синхронным генератором, поскольку выходные сигналы ДПР являются функциями от двойного угла о(. Конструкция ДПР простая и это обеспечивает повьшенную надежность генератора.

0

5

0

Перемножители сигналов с третьего по седьмой и общий для них выходной сумматор являются выпрямителем. Устройство дпя извлечения корня К-й степени необходимо для обеспечения желаемой зависимости выпрямленного напряжения от частоты вращения ротора. На5 3

пример линейной зависимости соответствует К 3.

Многообразие вариантов предлагаемого генератора с перемножителями сигналов и несимметричной четьфехсек- ционной якорной обмоткой свидетельствует о широте его функциональных возможностей, которое значительно шире, чем у аналогичных генераторов с двух- и трехсекционной якорной об- моткой.

Генераторы первый, второй, седьмой по сравнению с известными имеют повышенную надежность благодаря тому, что они по существу представляют совокупность двух двухфазных БГПТ (с двухсекционной якорной обмоткой). При отказе одного из четьфех перемножителей, связанных с одним и тем же сумматором, или при отказе у седьмого генератора одного из двух других сумматоров соответствующий двухфазный БГПТ может быть отключен от выходного (основного) сумматора и одновременно может быть повышен коэффициент уси- ления этого сумматора или устройства для извлечения корня К-й степени (если оно имеется). В результате выпрямленное напряжение генератора сохраняет прежний уровень и имеет стабиль- ность (по углу с/), как у исправного двухфазного БГПТ. Такой возможностью не обладают известные БГПТ.

Генераторы первый, второй, третий, седьмой также обладают незначитель- ной пульсацией выпрямленного напряжения в неидеальном случае благодаря новому механизму взаимовлияния всех признаков совокупности, обусловленному наличием в ней отличительных при- знаков.

При наличии третьей гармоники в магнитном поле и в сигналах ДПР (если он имеется) выпрямленное напряжение генераторов первого, второго, седьмого пропорционально функции F от угла меэду ротором и статором генератора

F (sin 01 + Vjsin3 2 + (

-УзСозЗо ) + -sin( 45°) + V x X sin(3 45°)2 + t-cos( 45) -УзС05( 45°) 2 2 + 2VZ, т.е. F не зависит от положения ротора .

При наличии пятой гармоники выпрямленное напряжение генераторов первого, второго, седьмого пропорционально функции FS

Fj (sinc + V sin5o/;2 + (cos л +

+ Vjcos5o )2 + -sin(o(- 45) + V, x X sin(5o( - 5) + (-cos(dl- 45) + + V, cos(5o( - 45) 2 2 + 2V2 , T.e, Fjтакже не зависит от положения ротора.

Таким образом, в генераторах первом, втором, седьмом полностью подавляются в Uj третья и пятая гармоники что не имеет места в известных генераторах.

У третьего генератора напряжение на выходе, например, первого перемножителя (фильтра) при наличии в магнитном поле, например, третьей гармоники пропорционально функции f от угла с/, которая имеет следующий вид:

fj (sintf + Vg sin3o) (cos oif- V, x X созЗо/) (0,5 + V, )sin2o/ - 0,5V2 x X sinBt/, т.е. на выходе первого фильтра влияние третьей гармоники значительно ослаблено, поскольку V (Vj и Vj - отношения амплитуд третьей и пятой гармоник к амплитуде первой гармоники). Поэтому на выходе второго фильтра и в выпрямленном напряжении значительно ослаблено влияние третьей гармоники. Аналогично ослаблено влияние и других гармоник на выходе фильтров и в выпрямленном напряжении третьего генератора.

Если в первом генераторе имеется устройство для извлечения корня К-й степени, то напряжение на выходе этого устройства можно приближенно описать выражениями (3) или (4).

Во втором гене:раторе перемножители 1-4 попарно перемножают напряжения и с dx, Vg с dg. Up.с dj.. Up с dp, a выпрямленное напряжение на выходе сумматоре 7 можно приближенно описать выражением (5).

В третьем генераторе перемножители 1 и 2 перемножают попарно Ид с Uj Uj, с и , а перемножители 3 и 4 возводят в квадрат выходные напряжения перемножителей 1 и 2, приближенно пропорциональные вьфажениям (6), и подают на сумматор 7. На выходе сумматора возникает выпрямленное напряжение с повышенной стабильностью по углу поворота ротора.

В четвертом генераторе произведения с перемножителей 1 и 2 могут подаваться на компараторы 3 и 4, которые срабатывают, как реле, при входных напряжениях, равных нулю. Напряжения на выходе перемножителей и компараторов, как функции от с , не зависят от направления (а у компараторов и от частоты) вращения ротора, как и положено для ДПР,

В пятом генераторе произведения Цд и g и и Up, пропорциональные вьг- ражениям (6), подаются с перемножи- телей 1 и 2 на сумматоры 5 и 6. На выходе этих сумматоров сигналы про- порциональны вьфажениям (7). Если имеются компараторы, то они работают, как в четвертом генераторе.

В шестом генераторе произведения и -и g и Vf- Ujj подаются на перемно- житель 4, выходное напряжение которого пропорционально выражению (8).

В седьмом генераторе перемножители 24 и 25 и сумматоры 28 и 29 работают, как соответственно перемножители 1 и 2 и сумматоры 5 и 6 в пятом генераторе. Выходные напряжения, этих сумматоров поступают на входы перемножителей 30 и 31. Выходные напряжения перемножителей 24 и 25 поступают также на входы перемножителей 26 и 27. С выходов перемножителей 26, 27 и 30, 31 сигналы поступают на сумматор 32. Выходные напряжения сумматора пропорциональны выражению (5). Устройство для извлечения корня К-й степени работает так же, как и в других генераторах.

Таким образом, вьтолнение якорной обмотки электрогенератора (с перемножителями сигналов) несимметричной позволяет подавлять или значительно ослаблять пульсации выпрямленного напряжения, повысить надежность и чительно расширить функциональные свойства генератора.

Формула изобретения

5

0 5 0

5

0

0

5

ной обмоткой якоря, смещенной относительно первой на 135 эл.град. и образованной третьей и четвертой секциями, каждая из секций соединена с входом одного из перемножителей сигналов.

I перемножителя сигналов, третья и четвертая секции - соответственно с одним и другим входом второго перемножителя.

входг1ми сумматора, выход первого перемножителя соединен с первым входом выходного сумматора и двумя входами

913

третьего перемножителя сигналов, выход второго перемножителя соединен с вторым входом сумматора и двумя входами четвертого перемножителя сигналов.

Левое Правое Правое Нейтральное Замкнуто Замкнуто Замкнуто

или раЛевое Левое - Правое Нейт- Крайнее ральное верхнее

Нейтральное

5 6

11

1

510

ответственно с выходами первого и

второго перемножителей сигналов.

зомкнуто 11

Разомкнуто

Разомкнуто

Нижнее

Верхнее не крайнее

||