Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока
Владельцы патента RU 2649913:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока. Технический результат - улучшение массогабаритных показателей. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока содержит корпус, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения. Индуктор возбудителя содержит постоянный аксиальный многополюсный магнит. Вал выполнен полым, а в корпусе установлена неподвижная ось, расположенная соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси. Измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовая часть образуют электронный блок регулятора напряжения. Регулятор напряжения дополнительно содержит электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения. Радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока, и может быть использовано, например, для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока.
Известен аксиальный бесконтактный генератор постоянного тока (пат. РФ №2402858, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др), содержащий корпус; под возбудите ль, состоящий из постоянных магнитов индуктора под-возбудителя и магнитопровода с рабочей обмоткой подвозбудителя; возбудитель, состоящий из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с рабочей обмоткой возбудителя; и основной генератор, состоящий из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с рабочей обмоткой основного генератора, установленные на одном валу. В известном аксиальном генераторе постоянного тока постоянные магниты индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, выполнены аксиальными, при этом боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянные магниты индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянные магниты индуктора подвозбудителя установлены с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод установлен между боковыми аксиальными магнитопроводами. Внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого установлены постоянные магниты индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами. В пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянных магнитов подвозбудителя уложена многофазная рабочая обмотка подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к рабочей обмотке подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная рабочая обмотка возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к рабочей обмотке возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель. В пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная рабочая обмотка основного генератора, которая подключена к многофазному выпрямителю.
Однако выходное напряжение U такого генератора зависит от частоты вращения постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и внутреннего аксиального магнитопровода с многофазной рабочей обмоткой возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора:
где С - конструктивный коэффициент, w - частота вращения, Ф - магнитный поток возбуждения.
Возможная установка привода постоянной частоты вращения ухудшает массогабаритные показатели генератора, а также снижает надежность его работы.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является стабилизированный аксиальный генератор постоянного тока (пат. РФ №2470446, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. Гайтова Т.Б., Кашин А.Я., Пауков Д.В.), содержащий корпус, подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, у которого внутренний магнитопровод, боковой магнитопровод с одной активной торцовой поверхностью и боковой магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями выполнены аксиальными, а в пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны внутреннего аксиального магнитопровода уложена дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, а в нижней части корпуса генератора установлен регулятор напряжения, состоящий из измерителя отклонений напряжения, предварительного усилителя, блока усиления мощности и силовой части, при этом измеритель отклонений напряжения включен на выходное напряжение генератора, а дополнительная обмотка возбуждения возбудителя подключена к силовой части регулятора напряжения.
Внутренний аксиальный магнитопровод известного из пат. РФ №2470446 генератора выполнен с двумя активными торцовыми поверхностями и жестко связан посредством диска с валом, закрепленным в подшипниковых узлах. Возбудитель состоит из многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, и жестко закрепленного в корпусе индуктора возбудителя, содержащего основную однофазную обмотку возбуждения и дополнительную однофазную обмотку возбуждения возбудителя. Основной генератор состоит из однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотки якоря возбудителя, и жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю. Однофазная обмотка возбуждения основного генератора уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а многофазная обмотка якоря возбудителя уложена в пазы внутреннего аксиального с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя.
Однако известный из пат РФ №2470446 стабилизированный аксиальный генератор постоянного тока имеет недостаточно хорошие массогабаритные показатели вследствие того, что внутри аксиальных магнитопроводов имеется свободное пространство цилиндрической формы. Длина этого пространства равна длине генератора, а диаметр - одной трети наружного диаметра аксиальных магнитопроводов, так как при изготовлении аксиальной электрической машины, оптимальной с точки зрения максимуму удельной мощности, основное соотношение наружного и внутреннего диаметров равно:
где DH - наружный диаметр аксиальных магнитопроводов, DB - внутренний диаметр аксиальных магнитопроводов (Кашин Я.М., Кашин А.Я., Пауков Д.В. Обоснование и разработка перспективных конструкций генераторных установок для систем автономного электроснабжения. // Изв. вузов. Электромеханика. 2012. №1. С. 46-53.). Недостаточно хорошие массогабаритные показатели известного генератора ограничивают область его применения
Задачей заявленного изобретения является расширение области применения генератора за счет улучшения его массогабаритных показателей.
Технический результат заявленного изобретения - уменьшение длины генератора вдоль вала при его неизменной массе и мощности
Технический результат достигается тем, что в стабилизированном аксиально-радиальном генераторе постоянного тока, содержащем корпус, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, вал, закрепленный в подшипниковых узлах, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, основной генератор состоит из однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, и жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, причем внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями жестко связан с валом посредством диска, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, многофазная обмотка якоря возбудителя уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, а регулятор напряжения содержит измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовую часть, при этом измеритель отклонений напряжения включен на выходное напряжение генератора, при этом индуктор возбудителя содержит постоянный аксиальный многополюсный магнит, вал выполняетcя полым, а в корпусе устанавливается неподвижная ось, расположенная соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, при этом неподвижная ось закрепляется в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовая часть образуют электронный блок регулятора напряжения, при этом регулятор напряжения дополнительно содержит электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепляемого на неподвижной оси, в пазы которого укладывается однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к силовой части электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого укладывается многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения устанавливается на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения.
Измеритель отклонений напряжения предлагаемого стабилизированного аксиально-радиального генератора постоянного тока содержит первый, второй и третий резисторы и первый стабилитрон, являющиеся плечами измерительного моста, вход которого подключен к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, а выход подключен ко входу предварительного усилителя, а силовая часть содержит силовой транзистор и многообмоточный трансформатор, содержащий токовую обмотку, базовую обмотку, эмиттерную обмотку, обмотку перемагничивания с первым выпрямительным диодом.
Предварительный усилитель электронного блока регулятора напряжения предлагаемого стабилизированного аксиально-радиального генератора постоянного тока выполнен на первом и втором транзисторах со стабилизатором тока на третьем транзисторе и втором стабилитроне, при этом коллектор первого транзистора через четвертый резистор подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, а коллектор второго транзистора через пятый резистор и база третьего транзистора через шестой резистор подключены к токовой обмотке многообмоточного трансформатора.
Блок усиления мощности электронного блока регулятора напряжения содержит широтно-импульсный модулятор, составной транзистор, выходной транзистор и формирователь запирающих импульсов, при этом широтно-импульсный модулятор собран на магнитном усилителе с обмоткой управления, двумя рабочими обмотками, выпрямителе, нагрузочном резисторе и статическом инверторе, выпрямитель собран на втором, третьем, четвертом и пятом выпрямительных диодах, а эмиттер составного транзистора через шестой выпрямительный диод подключен к эмиттерной обмотке многообмоточного трансформатора силовой части, а формирователь запирающих импульсов, содержит трансформатор, дифференцирующую цепочку, выполненную на конденсаторе, выпрямителе и выходном резисторе, и источник постоянного напряжения смещения, выполненный на двух диодах, конденсаторе и резисторе смещения.
Предлагаемое изобретение, выполняя функцию стабилизированного генератора постоянного тока, как и прототип, в тоже время в отличие от него позволяет расширить область применения генератора за счет улучшения его массогабаритных показателей.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого стабилизированного аксиально-радиального генератора постоянного тока в разрезе, на фиг. 2 - его электрическая схема.
Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока содержит: корпус 1, внутренний аксиальный магнитопровод 3 с двумя активными торцовыми поверхностями, полый вал 19, закрепленный в подшипниковых узлах 12 и 16, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения.
Возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе 1 индуктора, содержащего постоянный аксиальный многополюсный магнит 2, и многофазной обмотки 4 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями.
Основной генератор состоит из однофазной обмотки 5 возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный (на фиг. 2 - девятифазный) двухполупериодный выпрямитель 13 к многофазной (на фиг. 2 - девятифазной) обмотке 4 якоря возбудителя, и жестко закрепленного в корпусе 1 бокового аксиального магнитопровода 15 с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка 14 якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному (на фиг. 2 - девятифазному) двухполупериодному выпрямителю 22. Внутренний аксиальный магнитопровод 3 с двумя активными торцовыми поверхностями жестко связан с полым валом 19 посредством диска 20, при этом однофазная обмотка 5 возбуждения основного генератора уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 15 с многофазной обмоткой 14 якоря основного генератора, а многофазная обмотка 4 якоря возбудителя уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя.
В корпусе 1 установлена неподвижная ось 18, расположенная соосно с полым валом 19, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси 18, при этом неподвижная ось 18 закреплена в подшипниковых узлах 11 и 17, установленных в полом валу 19, и жестко связана с корпусом 1 одним концом, расположенным со стороны корпуса 1, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод 15 с многофазной обмоткой 14 якоря основного генератора.
Регулятор напряжения содержит электронный блок 35 и электромеханический узел.
Электронный блок 35 (фиг. 1, фиг. 2) содержит измеритель отклонений напряжения 32, силовую часть 25, предварительный усилитель 31 и блок усиления мощности 47.
Электромеханический узел состоит из радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора, жестко закрепленного на неподвижной оси 18, в пазы которого уложена однофазная обмотка 9 возбуждения регулятора напряжения, подключенная к силовой части 25 электронного блока 35 регулятора напряжения, радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка 8 якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки 6 регулятора напряжения, подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель 21 к многофазной обмотке 8 якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 15 с многофазной обмоткой 14 якоря основного генератора. Радиальный магнитопровод 7 якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала 18 таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой 9 возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой 8 якоря регулятора напряжения.
Измеритель отклонений напряжения 32 содержит первый 34 (R1), второй 36 (R2) и третий 37 (R3) резисторы и первый стабилитрон 33 (VD1), являющиеся плечами измерительного моста, вход которого подключен к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю 22, а выход подключен ко входу предварительного усилителя 31.
Силовая часть 25 содержит силовой транзистор 29 (VT7), многообмоточный трансформатор 30 (Т1), содержащий токовую обмотку 28 (W1), базовую обмотку 27 (W2), эмиттерную обмотку 26 (W3), обмотку перемагничивания 23 (W4) с первым выпрямительным диодом 24 (VD2).
Предварительный усилитель 31 выполнен на первом 39 (VT1) и втором 40 (VT2) транзисторах со стабилизатором тока на третьем 41 (VT3) транзисторе и втором стабилитроне 63 (VD3), при этом коллектор первого транзистора 39 (VT1) через четвертый резистор 38 (R4) подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя 22, а коллектор второго транзистора 40 (VT2) через пятый резистор 65 (R5) и база третьего транзистора 41 (VT3) через шестой резистор 64 (R6) подключены к токовой обмотке 28 (W1) многообмоточного трансформатора 30 (Т1).
Блок усиления мощности 47 содержит широтно-импульсный модулятор, составной транзистор 56 (VT4 и VT5), выходной транзистор 62 (VT6) и формирователь запирающих импульсов, при этом широтно-импульсный модулятор собран на магнитном усилителе с обмоткой управления 42 (Wy), двумя рабочими обмотками 43 (Wp1) и 46 (Wp2), выпрямителе 59, нагрузочном резисторе 61 (R7) и статическом инверторе 51 (СИ), выпрямитель 59 собран на втором 44 (VD4), третьем 45 (VD5), четвертом 60 (VD6) и пятом 58 (VD7) выпрямительных диодах, а эмиттер составного транзистора 53 (VT4 и VT5) через шестой выпрямительный диод 66 (VD10) подключен к эмиттерной обмотке 26 (W3) силовой части 25.
Формирователь запирающих импульсов, содержит трансформатор 49 (Т2), дифференцирующую цепочку, выполненную на конденсаторе 52 (С2), выпрямителе 54 (В1) и выходном резисторе 55 (R9), и источник постоянного напряжения смещения, выполненный на двух диодах 48 (VD8) и 57(VD 9), конденсаторе 50 (С1) и резисторе смещения 53 (R8).
Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока работает следующим образом. При вращении внутреннего аксиального магнитопровода 3 с многофазной обмоткой 4 якоря возбудителя, однофазной обмоткой 5 возбуждения основного генератора и однофазной управляющей обмоткой 6 регулятора напряжения магнитный поток постоянного многополюсного магнита 2 индуктора возбудителя, жестко установленного в корпусе 1, взаимодействует с многофазной обмоткой 4 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями, жестко связанного посредством диска 20 с полым валом 19, закрепленным в подшипниковых узлах 12 и 16, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 13 и подается на однофазную обмотку 5 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3. При этом в однофазной обмотке 5 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создает магнитный поток. Магнитный поток, созданный электрическим током, протекающим по однофазной обмотку 5 возбуждения основного генератора, взаимодействует с многофазной обмоткой 14 якоря основного генератора, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 15, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется выходным многофазным двухполупериодным выпрямителем 22 и подается в сеть.
Параметры элементов измерителя отклонений напряжения 32 (фиг. 2) подобраны таким образом, что равновесие моста, состоящего из первого 34 (R1), второго 36 (R2) и третьего 37 (R3) резисторов и первого стабилитрона 33 (VD1) наступает при выходном напряжении генератора, значительно меньшем его номинального значения. Поэтому при нормальных режимах работы генератора потенциал точки «б» превышает потенциал точки «а», и с повышением выходного напряжения генератора величина сигнала рассогласования ΔU=ϕ(U-Uэ) между выходным напряжением U генератора и эталонным напряжением Uэ первого стабилитрона 32 (VD1) возрастает.
Этот непрерывный сигнал рассогласования подается на вход предварительного усилителя 31 (базы первого 39 (VT1) и второго 40 (VT2) транзисторов), выполненного со стабилизатором тока на третьем 41 (VT3) транзисторе, база которого через шестой резистор 64 (R6) подключена к токовой обмотке 28 (W1) многообмоточного трансформатора 30 (Т1), и втором стабилитроне 63 (VD3).
Выходной сигнал предварительного усилителя 31 снимается с точек соединения коллектора первого транзистора 39 (VT1) с четвертым резистором 38 (R4) и коллектора второго транзистора 40 (VT2) с пятым резистор 65 (R5) и поступает на вход широтно-импульсного модулятора блока усиления мощности 47, где он преобразуется в последовательность импульсов напряжения. Длительность этих импульсов определяется МДС, создаваемой обмоткой управления 42 (Wy) магнитного усилителя с двумя рабочими обмотками 43 (Wp1) и 46 (Wp2), подключенными к выпрямителю 59, собранному на втором 44 (VD4), третьем 45 (VD5), четвертом 60 (VD6) и пятом 58 (VD7) выпрямительных диодах, их период повторения - частотой тока встроенного статического инвертора 51 (СИ).
Стабилизация выходного напряжения U генератора осуществляется следующим образом. Если выходное напряжение U генератора изменяется (например, при изменении частоты вращения входного вала или изменении нагрузки), то изменяется разность потенциалов между точками а и б (фиг. 2), т.е. изменяется величина сигнала рассогласования ΔU=ϕ(U-Uэ). Например, с повышением выходного напряжения генератора сигнал рассогласования измерителя отклонений напряжения 32 (разность потенциалов между точками а и б) возрастает, что приводит к увеличению тока в обмотке управления 42 (Wy) магнитного усилителя блока усиления мощности 47. Увеличение магнитодвижущей силы (МДС), создаваемой обмоткой управления 42 (Wy) магнитного усилителя, обусловливает уменьшение длительности импульсов на нагрузочном резисторе 61 (R7), служащем нагрузкой магнитного усилителя. Эти импульсы управляют работой выходного транзистора 62 (VT6) блока усиления мощности 47. Выходной транзистор 62 (VT6) управляет работой силового транзистора 29 (VT7) силовой части 25 электронного блока 35 регулятора напряжения. При уменьшении длительности импульсов на нагрузочном резисторе 61 (R7) время открытого состояния выходного транзистора 62 (VT6) и силового транзистора 29 (VT7) уменьшается, соответственно уменьшается средняя величина тока в однофазной обмотке 9 возбуждения регулятора напряжения, уложенной в пазы радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси 18, жестко закрепленной в подшипниковых узлах 11 и 17. При этом под действием протекающего в однофазной обмотке 9 возбуждения регулятора электрического тока создается магнитный поток, направленный вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения. Этот магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 8 якоря регулятора напряжения и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 21 и подается на управляющую обмотку 6 регулятора напряжения. При этом по ней протекает электрический ток, под действием которого создается дополнительный магнитный поток, направленный встречно магнитному потоку, создаваемому однофазной обмоткой 5 возбуждения основного генератора. По принципу суперпозиции магнитных полей магнитные потоки, создаваемые однофазной обмоткой 5 возбуждения основного генератора и управляющей однофазной обмоткой 6 регулятора напряжения, суммируются. Следовательно, наводимая этим суммарным магнитным потоком в многофазной обмотке 14 якоря основного генератора ЭДС, уменьшается, а соответственно уменьшается и выходное напряжение U, стремясь к заданному значению.
Включение силового транзистора 29 (VT7) осуществляется импульсом тока, подаваемым на базовую обмотку 27 (W2) многообмоточного трансформатора 30 (Т1) при открытии выходного транзистора 62 (VT6). Этот ток проходит по базовой цепи силового транзистора 29 (VT7) и частично открывает его. Через силовой транзистор 29 (VT7) начинает протекать ток, который проходя через токовую обмотку 28 (W1) многообмоточного трансформатора 30 (Т1), намагничивает его сердечник.
Параметры многообмоточного трансформатора 30 (Т1) подобраны так, что время намагничивания сердечника больше периода следования управляющих импульсов. Поэтому при открытом состоянии силового транзистора 29 (VT7) во всех обмотках многообмоточного трансформатора 30 (Т1) индуктируются ЭДС самоиндукции. ЭДС, индуктируемая в базовой обмотке 27 (W2), увеличивает величину базового тока силового транзистора 29 (VT7), что в итоге приводит к его лавинообразному открытию.
Для запирания силового транзистора 29 (VT7) используется ЭДС, индуктируемая в эмиттерной обмотке 26 (W3). Полярность этой ЭДС выбрана так, что при открытии составного транзистора 56 (VT4 и VT5) блока усиления мощности 47 через шестой выпрямительный диод 66 (VD10) на эмиттерную обмотку 26 (W3) поступает дополнительный сигнал, при этом происходит закрытие силового транзистора 29 (VT7). Включение составного транзистора 56 (VT4 и VT) осуществляется по сигналам, формируемым формирователем запирающих импульсов, в состав которого входят трансформатор 49 (Т2), дифференцирующая цепочка, выполненная на конденсаторе 52 (С2), выпрямителе 54 (В1) и выходном резисторе 55 (R9), и источник постоянного напряжения смещения, выполненный на диодах 48 (VD 8) и 57(VD 9), конденсаторе 50 (С1) и резисторе смещения 53 (R8).
Первичная обмотка трансформатора 49 (Т2) получает питание от статического инвертора 51 (СИ). В конце каждого полупериода переменного напряжения прямоугольной формы на выходе дифференциальной цепочки - выходном резисторе 55 (R9) - создаются импульсы напряжения. Этими импульсами кратковременно открывается составной транзистор 56 (VT4 и VT5) блока усиления мощности 47, а остальное время он закрыт напряжением смещения, снимаемым с конденсатора 50 (С1).
В момент закрытия силового транзистора 29 (VT7) начинает уменьшаться ток в однофазной обмотке 9 возбуждения регулятора напряжения, что обуславливает наведение в ней ЭДС самоиндукции. Эта ЭДС самоиндукции замыкается через обмотку перемагничивания 23 (W4) и выпрямительный диод 24 (VD2), что обеспечивает непрерывное протекание тока в однофазной обмотке 9 возбуждения регулятора напряжения.
Магнитодвижующая сила (МДС), создаваемая обмоткой перемагничивания 23 (W4), перемагничивает сердечник многообмоточного трансформатора 30 (Т1) и способствует лавинообразному закрытию силового транзистора 29 (VT7) силовой части 25.
Расширение области применения стабилизированного аксиально-радиального генератора постоянного тока обеспечивается путем улучшения его массогабаритных показателей, а именно - уменьшения длины машины вдоль вала при его неизменной массе и мощности. Это достигается за счет того, что вместо бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями в предлагаемом стабилизированном аксиально-радиальном генераторе постоянного тока выполнен только внутренний аксиальный магнитопровод 3 с двумя активными торцовыми поверхностями, в пазы которого со стороны постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора возбудителя уложена многофазная обмотка 4 якоря возбудителя, а со стороны бокового аксиального магнитопровода 15 с многофазной обмоткой 14 якоря основного генератора уложены однофазная обмотка 5 возбуждения основного генератора и управляющая однофазная обмотка 6 регулятора напряжения, подключенная через многофазный двухполупериодный выпрямитель 21 к многофазной обмотке 8 якоря регулятора напряжения, при этом толщина одного аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями в два раза меньше толщины двух аксиальных магнитопроводов с двумя активными торцовыми поверхностями, установленных в прототипе.
Регулятор напряжения содержит электронный блок 35 и электромеханический узел. Для размещения электромеханического узла, состоящего из радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора напряжения, в пазы которого уложена однофазная обмотка 9 возбуждения регулятора напряжения, и радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка 8 якоря регулятора напряжения, используется свободное пространство внутри аксиальных магнитопроводов Зи 15.
Для этого вал 19 в предлагаемом стабилизированном аксиально-радиальном генераторе постоянного тока выполняется полым, в корпусе 1 устанавливается неподвижная ось 18, располагаемая соосно с полым валом 19, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси 18, при этом неподвижная ось 18 закрепляется в подшипниковых узлах 11 и 17, устанавливаемых в полом валу 19, и выполняется жестко связанной с корпусом 1 одним концом, располагаемым со стороны корпуса 1, на которой закрепляется боковой аксиальный магнитопровод 15 с многофазной обмоткой 14 якоря основного генератора, при этом регулятор напряжения дополнительно содержит электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода 10 индуктора регулятора напряжения, который жестко закрепляется на неподвижной оси 18, в пазы которого уложена однофазная обмотка 9 возбуждения регулятора напряжения, подключенная к силовой части 25 электронного блока 35 регулятора напряжения, радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка 8 якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки 6 регулятора напряжения, подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель 21 к многофазной обмотке 8 якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3 с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода 15 с многофазной обмоткой 14 якоря основного генератора, при этом радиальный магнитопровод 7 якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала 19 таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой 9 возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода 7 якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой 8 якоря регулятора напряжения.
Благодаря выше изложенному обеспечивается неизменная масса и мощность электрической машины при уменьшении ее размеров вдоль вала на указанную выше толщину или увеличение мощности электрической машины при ее неизменных размерах.
1. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока, содержащий корпус, внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями, вал, закрепленный в подшипниковых узлах, возбудитель, основной генератор и регулятор напряжения, при этом возбудитель состоит из жестко закрепленного в корпусе индуктора и многофазной обмотки якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями, основной генератор состоит из однофазной обмотки возбуждения основного генератора, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями и подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря возбудителя, и жестко закрепленного в корпусе бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря основного генератора, подключенная к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, причем внутренний аксиальный магнитопровод с двумя активными торцовыми поверхностями жестко связан с валом посредством диска, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, многофазная обмотка якоря возбудителя уложена в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны индуктора возбудителя, а регулятор напряжения содержит измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовую часть, при этом измеритель отклонений напряжения включен на выходное напряжение генератора, отличающийся тем, что индуктор возбудителя содержит постоянный аксиальный многополюсный магнит, вал выполнен полым, а в корпусе установлена неподвижная ось, расположенная соосно с полым валом, имеющим возможность вращения вокруг неподвижной оси, при этом неподвижная ось закреплена в подшипниковых узлах, установленных в полом валу, и жестко связана с корпусом одним концом, расположенным со стороны корпуса, на которой закреплен боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а измеритель отклонений напряжения, предварительный усилитель, блок усиления мощности и силовая часть образуют электронный блок регулятора напряжения, при этом регулятор напряжения дополнительно содержит электромеханический узел, состоящий из радиального магнитопровода индуктора регулятора напряжения, жестко закрепленного на неподвижной оси, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения регулятора напряжения, подключенная к силовой части электронного блока, радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря регулятора напряжения, и управляющей однофазной обмотки регулятора напряжения, подключенной через многофазный двухполупериодный выпрямитель к многофазной обмотке якоря регулятора напряжения и уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны бокового аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом радиальный магнитопровод якоря регулятора напряжения установлен на внутренней поверхности полого вала таким образом, что создаваемый однофазной обмоткой возбуждения регулятора напряжения магнитный поток направлен вдоль радиуса радиального магнитопровода якоря регулятора напряжения с многофазной обмоткой якоря регулятора напряжения.
2. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что измеритель отклонений напряжения содержит первый, второй и третий резисторы и первый стабилитрон, являющиеся плечами измерительного моста, вход которого подключен к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, а выход подключен ко входу предварительного усилителя.
3. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока по п.1, отличающийся тем, что силовая часть содержит силовой транзистор и многообмоточный трансформатор, содержащий токовую обмотку, базовую обмотку, эмиттерную обмотку, обмотку перемагничивания с первым выпрямительным диодом.
4. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что предварительный усилитель выполнен на первом и втором транзисторах со стабилизатором тока на третьем транзисторе и втором стабилитроне, при этом коллектор первого транзистора через четвертый резистор подключен к выходу выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя, а коллектор второго транзистора через пятый резистор и база третьего транзистора через шестой резистор подключены к токовой обмотке многообмоточного трансформатора.
5. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока по п. 1, отличающийся тем, что блок усиления мощности содержит широтно-импульсный модулятор, составной транзистор, выходной транзистор и формирователь запирающих импульсов, при этом широтно-импульсный модулятор собран на магнитном усилителе с обмоткой управления, двумя рабочими обмотками, выпрямителе, нагрузочном резисторе и статическом инверторе, выпрямитель собран на втором, третьем, четвертом и пятом выпрямительных диодах, а эмиттер составного транзистора через шестой выпрямительный диод подключен к эмиттерной обмотке многообмоточного трансформатора силовой части.
6. Стабилизированный аксиально-радиальный генератор постоянного тока по п. 5, отличающийся тем, что формирователь запирающих импульсов содержит трансформатор, дифференцирующую цепочку, выполненную на конденсаторе, выпрямителе и выходном резисторе, и источник постоянного напряжения смещения, выполненный на двух диодах, конденсаторе и резисторе смещения.
