Электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов

 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в качестве источника электропитания в энергоустановках с приводом от газовых турбин или других двигателей с нестабильной частотой вращения. Целью изобретения является повышение точности стабилизации и расширение диапазона регулирования выходного напряжения машины. Индуктор генератора выполняется из двух идентичных частей, способных взаимно поварачиваться в противоположных направлениях при осевом смещении внутреннего штока-толкателя, с которым обе части индуктора связаны винтовой передачей с правоходовой и левоходовой резьбой. Смещение штока осуществляется электродвигателем управления, ротор которого через винтовую передачу связан со штоком-толкателем. Управление двигателем осуществляется по командам от блока управления при появлении рассогласования между выходным и эталонным напряжением. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (дд g Н 02 К 21/14, "с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4245171/24-07 (22) 15.05.87 (46) 23.07.89. Бюл. К - 27 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) С.b.Ðåçíèêîâ, Ю.А.Иванников, В.В.Бочаров и В.Н.Калугин (53) 621.313.323 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 907713, кл, Н 02 К 21/14, 1982.

Балагуров В.А., Гал- =ев Ф.Ф., Ларионов А.Н. Электрические машины с постоянными магнитами. — H. — Ë.:

Энергия, 1964, с.388. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ВОЗБУЖДЕНИЕМ ОТ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ (57) Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в качестве источника электропитания в энергоустановках с привоИзобретение относится к электромашинам, возбуждаемым постоянными магнитами, и может быть использовано в синхронных генераторах, вентильных генераторах постоянного тока или в ге.нераторах для манчино-вентильной системы генерирования ПСПЧ (переменная скорость — постоянная . частота) с приводом от силовых установок, частота вращения которых постоянна, а также в регулируемых вентильных двигателях постоянного тока с широким частотным диапазоном регулирования.

Цель изобретения — повышение точности стабилизации и расширение диапа„„SU„, 1495940 дом от газовых турбин или других, двигателей с нестабильной частотой вращения. Целью изобретения является повышение точности стабилизации и расширение диапазона регулирования выходного напряжения машины. Индуктор генератора выполняется из двух идентичных частей, способных взаимно поворачиваться в противоположных направлениях при осевом смещении внутреннего штока-толкателя, с которым обе части индуктора связаны винтовой передачей с правоходовой и левоходовой резьбой. Смещение штока осуществляется электродвигателем управления, ротор которого через винтовую передачу связан со штоком-толкателем. Управление двигателем осуществляется по командам от блока управления при появлении рассогласования между выходным 4 эталонным напряжением. 2 ил. зона регулирования выходного напряжения машины в режиме генератора при переменных частоте вращения и нагрузке, На фиг. 1 представлена конструктивная схема электрической машины, продольный разрез; на фиг. 2 — конструктивная схема исполнительного механизма с возвратно-поступательным движением ротора.

Электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов содержит статор 1 с магнитопроводом 2 и обмоткой якоря 3, ротор 4, состоящий из сплошного внутреннего вала 5 и двух

1495940 полых внешних валов б и 7 с закрепленными на них идентичными магнитопроводами 8 и постоянными магнитами

9 с чередующимися полюсами, причем оба внешних вала б и 7 укреплены на внутреннем валу 5 подвижно в тангенциальном направлении посредством двух винтовых зацеплений — правоходового 10 и левоходового 11. Машина, содержит также устройство 12 поворо:, та полюсов, состоящее из штока-толка"

: теля 13, закрепленного подвижно отно", сительно статора 1 в осевом направ лении и соединенного с внутренним 15 валом 5 через подшипник 14, управляе мого статического преобразователя 15 напряжения и исполнительного электродвигателя 16, ротор 17 которого соединен со штоком-толкателем 13 посред- 20 ством винтовой передачи 18, а якор ная обмотка 19 подключена к управляе" мому статическому преобразователю

15, управляющий вход 20 которого подключен к выходу 21 сумматора 22 и 25 внешнему командному устройству 23 °

Внутренний вал 5 соединен с внешним приводом посредством шлицевого зацеп" ления 24 с возможностью осевого перемещечия. Для исключения возможности 30 вращения шток-толкатель 13 снабжен выступом-.шпонкой 25, расположенной внутри желоба 26 на корпусе 27 машины..Для управления машиной она содержит чувствительные элементы системы регулирования в виде датчика 27. выходного напряжения, датчика 28 частоты вращения ротора 4, датчика 29 тока обмотки якоря 3, подключенных к сумматору 22 сигналов. 40

Для режима стабилизации напряжения к сумматору 22 подключен эталонный источник 30 напряжения.

Возможно иное решение электромаг- 45 нитного исполнительного механизма, у которого шток-толкатель 13 выполнен в виде продолжения внутреннего вала

5, а ротор 17 исполнительного электродвигателя 16 неподвижно. закреплен на штоке-толкателе 13 и имеет по крайней мере один дисковый магнит 31, намагниченный в осевом направлении и имеющий по торцам полюсные шайбынаконечники 32, снаружи IcoTopbIZ pBc» положены неподвижные якорные обмотки 19 исполнительного электродвигателя 16 и охватывающий их кольцевой магнито ровод 33.

Электрическая машина с возбуждени= ем от постоянных магнитов работает следующим образом.

В режиме генератора вращающий момент от внешнего привода передается через шлицевое зацепление 24 на вал 5 и через винтовые зацепления 10 и 11 на магнитопроводы 8 и магниты 9. При вращении ротора 4 в обмотке якоря 3 ,наводится переменная ЭДС, частота

1 и амплитуда которой зависят при неиз1 менной нагрузке от частоты вращения и взаимного расположения полюсов ротора 4. Если напряжение обмотки якоря 3, измеряемое датчиком 27 напряжения, не соответствует заданному значению, определяемому сигналом эталонного источника 30 напряжения, то сигнал рассогласования с выхода сум-, матора 22 сигналов поступает на управляющий вход 20 регулируемого статического преобразователя 15 напряже- ния и на якорную обмотку 19 исполнительного электродвигателя 16, что приводит во вращение ротор 17 и к осевому перемещению штока-толкателя

13 благодаря винтовом зацеплению 18.

Благодаря взаимно противоположным направлениям винтовых зацеплений l0 и 11 магнитопроводы 8 с магнитами 9, не имеющие врзможности осевого перемещения, поворачиваются в противоположных друг другу направлениях относительно вала 5. Это приводит к изменению результирующего магнитного потока возбуждения, а следовательно, к изменению выходного напряжения на обмотке 3. Так как система регулиро-, вания напряжения имеет отрицательную обратную связь, то выходнце напряжение стремится к заданному стабильному значению при изменениях частоты ! вращения привода и нагрузки генератора в их расчетных диапазонах. Датчик 29 тока обмотки якоря 3 и датчик

28 частоты вращения обеспечивают выcozoe быстродействие и высокое качество переходных процессов стабилизации напряжения при резких возмущениях.

Устройство 12 поворота полюсов (фиг. 1 ) работает следующим обра-. зом. При вращении ротора 17 исполнительного электродвигателя 16, происходит осевое перемещение штока-толкателя 13 благодаря самотормозящейся винтовой передаче 18 и шпонке 25, скользящей внутри желоба 26. Осевое усилие от штока-толкателя 13 пере1495940 дается на вал 5 через подшипник 14, а его величина определяется силой трения в винтовых передачах, шпицевом зацеплении 24 и других поверхностях, 5 скольжения, а также силой инерции.

Устройство 12 поворота полюсов работает лищь при, отклонениях напряжения от заданного, что определяет его экономичность. В результате большого коэффициента редукции вин,товой передачи 18 повышается точность стабилизации и регулирования напряжения, снижается электромагнитный момент и масса двигателя 16. 15

Устройство 12 поворота полюсов (фиг.. 2) работает следующим образом.

При подаче напряжения на якорную обмотку 19 создается осевое усилие, действующее на индуктор — постоянный 20 магнит 31 с наконечниками 32, связанный жестко с валом 5, и приводящее к его перемещению и повороту полюсов с магнитом 9 в заданном направлении. При отсутствии сигнала paccor- 25 ласования и напряжения на обмотке 19 вал 5 должен удерживаться в том положении, в котором он остался при исчезновении напряжения, так как в подвижной системе отсутствуют продоль-30 ные усилия, обусловленные, например, нагрузкой генератора (осевые составляющие электромагнитных сил, действующих на полуиндукторы, взаимно компенсируются из-за противоположных направлений винтовых передач 10, 11).

Если под действием каких-либо факторов появляется осевое усилие и смещение вала 5, то это приводит к появлению сигнала управления и его отра- 40 ботке. Такое выполнение исполнительного двигателя 16 может обеспечить более высокое быстродействие и большую точность, вследствие отсутствия винтовой передачи 18 и подшипника 14, 45 однако усилие, создаваемое таким линейным двигателем, меньше.

Если требуется регулирование вы" ходного напряжения машины по любому заданному временному закону или в заранее заданной функции времени, частоты вращения вала, тока обмотки якоря и др., то необходимо соответствующим образом сформированный сигнал подать от внешнего командного устройства 23 на управляющий вход 20 регулируемого статического преобразователя 15 напряжения, в качестве которого можно использовать известHblH электронный усилитель мощности, управляемый инвертор и другие статические преобразователи.

В случае аварийного режима, например короткого пожароопасного замыкания обмотки якоря 3 машины, от внешнего командного устройства 23 или от датчика 29 тока обмотки якоря 3 на управляющий вход 20 статического преобразователя 15 подается сигнал такой величины и длительности, при котором разнополярные полюсы совпадают один с другим, а результирующий магнитный поток возбуждения становится равен нулю. При этом нет . необходимости применять специальный распределитель приводного и ведомого валов. Однако при бопее опасных неисправностях, например при выходе из строя подшипниковых узлов, имеется возможность с помощью устройства 12 поворота полюсов вывести вал 5 ротора 4 машины из зацепления с внешним приводным устройством, т. е. разъединить шлицевое зацепление 24.

При использовании машины в составе вентильного двигателя также имеется возможность глубокого регулирования ее магнитного потока возбуждения с подачей сигнала от внешнего командного устройства 23 или от чувствительных элементов. При этом поток возбуждения может регулироваться от нулевого до максимального значения.

Предлагаемая электрическая машина имеет большую точность стабилизации напряжения по сравнению с известной, в которой стабилизация или регулирование выходного напряжения основано на свойствах упругих элементов (пружин), входящих в состав центробежного регулятора, жесткость и нелинейность характеристик которых зависят от температуры окружающей среды, от разброса по параметрам пружин, обусловленного технологией, а также случайных сочетаний частоты вращения ротора машины и параметров нагрузки. В предлагаемой электрической машине погрешность стабилизации или регулирования выходного напряжения определяется в основном коэффициентом усиления в цепи обратной связи системы регулирования и поэтому может быть существенно снижена.

Ф о р мула и з о б р е т е н и я

Электрическая машина с возбуждением от постоянных магнитов, содер1495940 жащая статор с магнитопроводом и обмоткой якоря, ротор, состоящий из сплошного внутреннего вала и первого

Полого внешнего вала, подвижного в гангенциальном направлении относитель5 но внутреннего вала, первого и второГо идентичных магнитопроводов с постоянными магнитами с чередующимися

Полюсами, причем первый из них жестко 1О .креплен на первом полом внешнем вау, устройство поворота полюсов и чувствительные элементы, о т л и— ф а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности стабилизации и р асширения диапазона регулирования выходного напряжения, в машину введены один упорный и два радиально-упорйых подшипника, а также второй полый внешний вал, подвижный в тангенциаль- ур ном направлении относительно внутреннего вала и сцепленный с ним посредством правоходового винтового зацеп- ления, первый полый внешний вал сцеп лен с внутренним посредством левоходового винтового зацепления, причем полые внешние валы разделены упорным подшипником и поджаты друг к другу посредством радиально-упорных подшипников, устройство поворота полюсов выполнено в виде электромагнитного исполнительного механизма с выходным подвижным элементом, срчлененным с внутренним валом с возможностью осевого возвратно-поступательного движения, а чувствительные элементы через систему автоматического управления связаны с электромагнитом исполнитель" ного механизма.

Составитель В.Трегубов

Редактор М.Бланар Техред М.Ходанич Корректор Л Патай

Заказ 4283/54 Тираж 646 Поднисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, уп. Гагарина, и !1

101