Электрический генератор

 

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 вьгполнена 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„! 372515 А1 сю 4 Н 02 К 29 06 С 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

g(i i ji )pyлуу q

Д, l3

ЕйвЛИ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ1Ф (21) 4044610/24-07 (22) 28.03.86 (46) 07.02.88. Бюп ° 11 5 (75) В.M.Ãðèäèí и М.В.Гридин (53) 621.313.13.042 621.382(088.8) (56) Путников В.В. и др. Реверсивные бесконтактные тахогенераторы постоянного тока. — Информэлектро, 1970, с.24.

Зубов М.А. и др. Тахометрические устройства для низкооборотных БДПТ.—

В сб. докладов II Всесоюзной научнотехнической конференции "Бесконтактные машины постоянного тока н их применение в промышленности и народном хозяйстве", МАИ, 1977, с. 83-89 °

Патент Франции 82 2447552, кл. С 01 P 3/46, 1980. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР (57) 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 выпрямленного напряжения, повышение надежности работы и расширение функциональных воэможностей устройства. Якорная обмотка генератора вы" полнена четырехсекционной, 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 ре» верса 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.

1372515

Изобретение относится к электротехнике, в частности бесконтактным электрическим генераторам постоянного и переменного тока и может быть uct

5 пользовано, например, в качестве та1 хогенератора следящих систем, простейшего датчика положения ротора или генератора переменного тока повышенной частоты. 1О

Целью изобретения является снижение пульсаций выпрямленного напряжения, повышение 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 (с выводами В, С и D) смещены относи- 25 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 сте- 30 пени, ротор 9 генератора, ротор 10 датчика положения ротора (ДПР) с чувствительными элементами 11 — 14 на статоре, переключатели (выключатели)

15-21. Их положения для различных ва35 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 40 роторе 23 число полюсов вдвое меньше, чем на роторе 22 генератора, а на статоре размещена якорная обмотка с четырьмя секциями, выводы которых обозначены а, b, с, d. Вторая, третья45 и четвертая секции обмотки статора и ДПР с выводами В, С, D и b, 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 перемножи55 телей 26, 27 и 30, 31 соединены также с выводами обмотки А, В, С, D, а их выводы соединены с сумматором 32.

U q = U „(sin х + cos Û + sin(d45 ) + cos (о(— 45 ) j = 2U (1) где U

U м выпрямленное напряжение; амплитуда напряжения на каждой из четырех секций якорной обмотки; угол между ротором и статором генератора.

Как видно из формулы (1), в идеальном случае выпрямленное напряжение

U строго не зависит от положения роь тора. В то же время оно зависит от частоты вращения ротора и (2) U = 2c n

В х где с — коэффициент пропорциональности.

Устройство для извлечения корня

К-й степени необходимо для обеспечения желаемой зависимости Б ы от и. ьых

Например, при К = 2

Ц ьыч К

В общем случае (3) к

Я. .„

6ьФ (4) 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 приводным 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 » U, U 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 Й ь, а ь, d c, d, зависящие только от положения ротора. ЭДС с выводов А, В, С, D» Ъ, с, d и сигналы с1 ° с1 с1 с1 поступают Hà входы перемножителей сигналов.

В первом генераторе (по таблице) перемножители 1-4 возводят в квадрат напряжения Ц Ьх Цс х d х а сумMs тор 7 складывает выходные сигналы этих перемножителей. В результате на выходе сумматора возникает постоянное выпрямление напряжения U которое

В можно приближенно описать выражениями

1372515

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 выпрямителем. В идеальном случае выпрямитель производит преобразование в соответствии с формулой где U д — амплитуда каждого иэ четырех сигналов ДПР (одному иэ направлений вращения ротора соответствует знак "+", а другому — знак "-", выпрямленное напряжение пропорционально частоте вращения ротора n).

Генератор третий — нереверсивный.

БГПТ с двухканальным фильтром для основной гармоники напряжений синхронного генератора (с частотой р.п.).

Указанный фильтр выполнен в виде первого и второго перемножителей сигналов. Третий и четвертый перемножители и сумматор являются выпрямителем.

Если имеется устройство для извлечения корня К-й степени, то его выходное напряжение линейно зависит от и при К = 4.

Генератор четвертый является двухканальным датчиком положения ротора (ДПР), поскольку напряжения на выхо-. де первого и второго перемножителей сигналов (пропорциональные соответственно з1п2Ы и ros28 в идеальном случае) как функции от угла J не зависят от направления вращения ротора.

Эти же напряжения пропорциональны квадрату частоты вращения ротора и, но это обстоятельство не мешает испольэовать их для аналогового управления двумя взаимно перпендикулярными секциями обмотки вентильного двигателя (по законам синуса и косинуса) .

Перемножители сигналов с третьего по седьмой и общий для них выходной

55 сумматор являются выпрямителем. Устройство для извлечения корня К-й степени необходимо для обеспечения желаемой зависимости выпрямленного напряжения от частоты вращения ротора, наU = U Пд,„(lsiп2 с + cos à(i

+ sin (о - 45 ) + cos(o(— 45о)

-21) 1 д м (5) Выходные напряжения компараторов (если они имеются и срабатывают при

I нулевом входном сигнале) не зависят от и и имеют прямоугольную форму, удобную для дискретного управления двумя секциями обмотки вентильного двигателя или устройством для переключения полярности выпрямленного напряжения вентильного генератора (в зависимости от направления вращения ротора).

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

sin24 и cos23 (6) а на выходе первого и второго сумма15 торов напряжения пропорциональны соответственно

-sin(4- 45 ) и -sin(а + 45 ). .(7) Как и положено ДПР, зависимости всех четырех выходных напряжений от

20 угла o(не изменяются при изменении направления вращения ротора. Уровень выходных напряжений пропорционален квадрату частоты вращения ротора. Если генератор снабжен четырьмя компараторами, то их выходные напряжения дискретны и не зависят от частоты и направления вращения ротора. Их можно использовать для дискретного управления всеми секциями якорной обмотки

30 вентильных электрических машин с несимметричной четырехсекционной обмоткой.

Генератор шестой является не толвко генератором переменного тока, но и мультипликатором, так как у него выходное напряжение пропорционально не sin 3, а

s in4a(. (8)

Генератор седьмой (фиг.2) является

40 реверсивным БГПТ благодаря применению

ДПР в виде синхронного пятого генератора с числом полюсов, вдвое меньшим числа полюсов основного синхронного генератора беэ компараторов. Такое

45 соотношение полюсов необходимо для согласования ДПР с синхронным генератором, поскольку выходные сигналы ДПР являются функциями от двойного уг- ла d. Конструкция ДПР простая и это

50 обеспечивает повышенную надежность генератора.

5 пример линейной зависимости соответствует К 3.

Многообразие вариантов предлагаемого генератора с перемножителями сигналов и несимметричной четырехсек5 ционной якорной обмоткой свидетельствует о широте его функциональных возможностей, которое значительно шире, чем у аналогичных генераторов с двух- и трехсекционной якорной обмоткой.

Генераторы первый, второй, седьмой по сравнению с известными имеют повышенную надежность благодаря тому, что они по существу представляют совокуп- 15 ность двух двухфазных БГПТ (с двухсекционной якорной обмоткой). При отказе одного иэ четырех перемножителей, связанных с одним и тем же сумматором, или при отказе у седьмого 2р генератора одного из двух других сумматоров соответствующий двухфазный

БГПТ может быть отключен от выходного (основного) сумматора и одновременно может быть повышен коэффициент уси- 25 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- ЗО ность (по углу Ы), как у исправного двухфазного БГПТ. Такой воэможностью не обладают известные БГПТ, Генераторы первый, второй, третий, седьмой также обладают незначительной пульсацией выпрямленного напряжения в неидеальном случае благодаря новому механизму взаимовлияния всех признаков совокупности, обусловленному наличием в ней отличительных при- 40 знаков.

При наличии третьей гармоники в магнитном поле и в сигналах ДПР (если он имеется) выпрямленное напряжение 45 генераторов первого, второго, седьмого пропорционально функции F от yr3 ла между ротором и статором генератора

F> = (sin с/+ V> з1пЗс ) .+ (cos о(— 5p — Ч,„соз300 + (-sin(4 — 45 ) + Ч х х sin(3 Ы + 45О)) + (-соз(Ы вЂ” 45 ) — Ч cos(3 + 45 )) = 2 + 2V

3 39 т.е. F не зависит от положения ротора. 55

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

Е = (sin + Ч sin54) + (cos o(+

+ V

+ Ч, соя(5Ы вЂ” 45 Н = 2 + 2Ч т. е. F< также не зависит от положения ротора.

Таким образом, в генераторах первом, втором, седьмом полностью подавляются в Us 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 ь угла Ы, которая имеет следующий вид:

f — (sin u + V> sin3 ) (cos И вЂ” Чз х х созЗс ) = (0,5 + V ) sin24 — 0,5Ч, х х sin68, т.е. на выходе первого фйльтра влияние третьей гармоники значительно ослаблено, поскольку Ч (<Чз з (Ч и Ч вЂ” 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 генераторе перемножители

1-4 попарно перемножают напряжения

U>cd „-V< cd>, Uzcd, У с и а выпрямленное напряжение на выходе сумматоре 7 можно приближенно описать выражением (5).

В третьем генераторе перемножители 1 и 2 перемножают попарно U с П с U, а перемножители 3 и 4 возводят в квадрат выходные напряжения перемножителей 1 и 2, приближенно пропорциональные выражениям (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 ком1372515 параторов, как функции от g, не зависят от направления (а у компараторов и от частоты) вращения ротора, как и положено для ДПР.

В пятом генераторе произведения

Uä U и U U, пропорциональные выражениям (6), подаются с перемножителей 1 и 2 на сумматоры 5 и 6. На выходе этих сумматоров сигналы пропорциональны выражениям (7). Если имеются компараторы, то они работают, как в четвертом генераторе.

В шестом генераторе произведения

U -U ци U U подаются на перемно- 15 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 2р

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 25 входы перемножителей 26 и 27. С выходов перемножителей 26, 27 и 30, 31 сигналы поступают на сумматор 32. Вь ходные напряжения сумматора пропорциональны выражению (5). Устройство для 30 извлечения корня К-й степени работает так же, как и в других генераторах.

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

40 формула изобретения

1. Электрический генератор, содержащий ротор с полюсами, статор с об- 45 моткой якоря, образованной первой и второй секциями, взаимно смещенными на 90 эл .град., первый и второй перемножители сигналов и функциональный преобразователь, каждая иэ секций соединена с входом одного из перемножителей, а выходы перемнокителей соединены с входами функционального преобразователя, о тM m H Й C B TeM лью уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения повьппения надежности и расширения функциональных возможностей, он снабжен второй аналогичной 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.

2. Генератор по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен третьим и четвертым перемножителями сигналов, все секции обмотки соединены каждая с первым и вторым входами одноименного перемнокителя, функциональный преобразователь снабжен третьим и четвертым входами, выходы дополнительных перемножителей соединены с одноименными входами функционального преобразователя, который выполнен в виде выходного сумматора.

3. Генератор по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью обеспечения реверса выходного напряжения при изменении направления вращения ротора, он снабжен четырехканальным датчиком положения ротора, третьим и четвертым перемножителями сигналов, датчик выполнен с возможностью формирования выходных сигналов второго, третьего и четвертого каналов со сдвигом по фазе относительно выходного сигнала первого канала, равным соответственно 90, 135 и 225 эл. град., каждая из секций обмоток соединена с первым входом одноименного перемножителя, выход каждого канала датчика соединен с вторым входом одноименного перемнокителя сигналов, выходы перемножителей соединены с одноименными входами функционального преобразователя, выполненного в виде выходного сумматора.

4. Генератор по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что первая и вторая секции обмотки соединены соответственно с одним и другим входом первого перемнокителя сигналов, третья и четвертая секции — соответственно с одним и другим входом второго перемнокителя.

5. Генератор по п,4, о т л и ч аю шийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде третьего и четвертого перемножителей сигналов и выходного сумматора, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены с третьим и четвертым входами сумматора, выход первого перемножителя соединен с первым входом выходного сумматора и двумя входами

1372515

Положение переключателя (выключателя)

16 17 18 19 20

Номер генератора

Левое Правое Правое Нейтральное Замкнуто Замкнуто Замкнуто или разомкнуто

Левое Левое

Правое Правое Нейт- Крайнее ральное верхнее

Разомкнуто

НейтральРазомкнуто ное

Нижнее

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

6. Генератор по п.4, о т л и ч а— ю шийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде двух сумматоров, прямой вход первого сумматора и первый инверсный вход второго сумматора соединены с выходом второго перемножителя! инверсный вход первого сумматора и второй инверсный вход второго сумматора соединены с выходом первого перемножителя сигналов.

7. Генератор по п.4, о т л и ч аю шийся тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде тре- 2 тьего перемножителя сигналов, первый и второй вход которого соединены соответственно с выходами первого и второго перемножителей сигналов, 8. Генератор по п.3, о т л и ч аю шийся тем, что датчик положения ротора выполнен в виде устройства по пп.4 и 6 с числом полюсов, вдвое меньшим числа полюсов генератора.

9 ° Генератор по пп.2,3,5 и 8, о тл и ч а ю шийся тем, что он до-. полнительно снабжен устройством для извлечения корня К-й степени, вход которого соединен с выходом выходного сумматора.

10. Генератор по п.4, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен двумя компараторами, вход одного из них соединен с выходом первого перемножителя, а вход другого — с выходом второго перемножителя.

1 37251 5

1372515

Составитель А.Санталов

Техред А.Кравчук, Корректор С.Шекмар

Редактор С.Пекарь

Заказ 494/50 Тирал 665 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о-.крытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4