Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – улучшение качества выходного напряжения, повышение надежности и КПД. Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор содержит корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в корпусе генератора. На наружной боковой стороне корпуса машины жестко закреплен автоматический регулятор возбуждения, а возбудитель выполнен асинхронным. В пазы аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя уложена многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, подключенная к выходу автоматического регулятора возбуждения с обратным по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора порядком чередования фаз, в пазы аксиального магнитопровода ротора асинхронного возбудителя уложена многофазная роторная обмотка асинхронного возбудителя, а в корпусе дополнительно установлено вольтодобавочное устройство. Однофазная обмотка возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель и многофазную роторную обмотку вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии вращения (например, кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения), подаваемой на механический вход машины, и электрической энергии постоянного тока (например, световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока), одновременно подаваемой на ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Известна аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор (патент РФ №2450411, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащая корпус, подвозбудитель, возбудитель, и основной генератор, установленные на одном валу, при этом подвозбудитель состоит из постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора. Постоянный многополюсный магнит 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 постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя установлен 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 установлен постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянного многополюсного магнита подвозбудителя уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока, в пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная обмотка якоря возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная обмотка якоря основного генератора.

Однако, недостатком известной двухвходовой электрической машины-генератора является сложность конструкции, обусловленная тем, что ее ротор, представляющий собой постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний магнитопровод, в пазы которого уложены многофазная обмотка якоря возбудителя и однофазная обмотка возбуждения, основного генератора, жестко закрепленные на одном валу, содержит две части - аксиальный постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод, между которыми находится один из боковых аксиальных магнитопроводов, закрепленный в корпусе (статоре). Это усложняет технологию изготовления и сборку электрической машины, обслуживание и ремонт, а так же снижает надежность и жесткость конструкции электрической машины в целом. Кроме того, известная электрическая машина имеет низкие массогабаритные показатели, обусловленные большими осевыми размерами электрической машины, нерациональным использованием свободного пространства внутри аксиальных магнитопроводов возбудителя и основного генератора. Большие размеры прототипа при его малой массе обусловлены также тем, что аксиальный постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальные магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя и возбудителя, имеют такие же размеры, как и аксиальные магнитопроводы основного генератора, при этом мощность подвозбудителя и возбудителя значительно ниже мощности основного генератора.

Кроме того, для известной двухвходовой электрической машины-генератора характерна низкая стабильность выходного напряжения при резком изменении крутящего момента на валу (например, при порывах ветра), обусловленная тем, что выходное напряжение является функцией скорости вращения ротора, которая в свою очередь является функцией крутящего момента на валу. В связи с тем, что скорость ветра носит вероятностный характер, скорость вращения ротора при изменении скорости ветра подвержена резким изменениям.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятый авторами за прототип является аксиальная многофазная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор (патент РФ №2623214, опубл. 23.06.2017 г. авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), содержащая корпус, подвозбудитель, возбудитель, и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в корпусе генератора в подшипниковых щитах, при этом подвозбудитель состоит из аксиального постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из аксиального магнитопровода, в пазы которого уложены однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока, и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из аксиального магнитопровода индуктора основного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, подключенная к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора. Аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, аксиальный магнитопровод, в пазы которого уложены однофазная обмотка возбуждения возбудителя и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, и аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплены в корпусе на его боковой поверхности соосно друг другу, при этом их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровод, в пазы которого уложены однофазная обмотка возбуждения возбудителя и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, размещен внутри аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода, в пазы которого уложены однофазная обмотка возбуждения возбудителя и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, при этом аксиальный постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя, аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и аксиальный магнитопровод индуктора основного генератора жестко закреплены на валу посредством диска соосно друг другу, при этом их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода индуктора основного генератора, а аксиальный постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя.

Однако недостатком этой двухвходовой электрической машины-генератора является сложность конструкции, обусловленная наличием в одном корпусе трех электрических синхронных машин: подвозбудителя, возбудителя и основного генератора. Это обуславливает повышенный расход активных материалов при изготовлении машины и ухудшение массогабаритных показателей. Кроме того, для возбудителя как для синхронной машины характерна довольно значительная постоянная времени переходных процессов при регулировании напряжения во время коммутации нагрузки.

Кроме того, выходное напряжение U такой машины-генератора нестабильно и зависит от частоты вращения ротора с установленными на нем аксиальным постоянным многополюсным магнитом индуктора подвозбудителя, аксиальным магнитопроводом якоря возбудителя с многофазной обмоткой якоря возбудителя и аксиальным магнитопроводом индуктора основного генератора с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора:

U=CwФ,

где С - конструктивный коэффициент, w - частота вращения, Ф - магнитный поток возбуждения.

Это ограничивает область применения двухвходовой электрической машины-генератора: машина-генератор с нестабилизированным напряжением не пригодна для питания потребителей электроэнергией высокого качества напрямую (без накопителей электроэнергии).

Возможная установка привода постоянной частоты вращения ухудшает массогабаритные показатели машины-генератора, а также снижает надежность ее работы.

Задачей предполагаемого изобретения является расширение области применения аксиальной многофазной двухвходовой электрической машины-генератора за счет улучшения качества выходного напряжения, улучшения массогабаритных показателей и повышения надежности.

Технический результат - уменьшение постоянной времени переходного процесса регулирования выходного напряжения, минимизация отклонения выходного напряжения электрической машины-генератора от заданного при изменении нагрузки и частоты вращения вала, уменьшение массы и габаритов электрической машины-генератора, повышение устойчивости возбуждения в начальный момент времени и при возникновении коротких замыканий на выходе электрической машины-генератора, повышение КПД.

Технический результат достигается тем, что в аксиальной многофазной двухвходовой электрической машине-генераторе, содержащей корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в корпусе генератора в подшипниковых щитах, при этом возбудитель содержит аксиальный магнитопровод статора, и аксиальный магнитопровод ротора, основной генератор состоит из аксиального магнитопровода индуктора основного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом аксиальный магнитопровод статора возбудителя и аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплены в корпусе на его боковой поверхности соосно друг другу, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровода статора возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а аксиальный магнитопровод ротора возбудителя и аксиальный магнитопровод индуктора основного генератора жестко закреплены на валу посредством диска соосно друг другу, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровода ротора возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с однофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом на наружной боковой стороне корпуса жестко закрепляется автоматический регулятор возбуждения, вход которого подключается к многофазной обмотке якоря основного генератора, возбудитель выполняется асинхронным, при этом в пазы аксиального магнитопровода статора возбудителя укладывается многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, подключаемая к выходу автоматического регулятора возбуждения с обратным по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора порядком чередования фаз, в пазы аксиального магнитопровода ротора возбудителя укладывается многофазная роторная обмотка асинхронного возбудителя, а в корпусе дополнительно устанавливается вольтодобавочное устройство, состоящее из аксиального магнитопровода ротора, в пазы которого укладывается многофазная роторная обмотка, и аксиального магнитопровода статора, в пазы которого укладывается однофазная статорная обмотка, выполненная с возможностью подключения к внешнему источнику постоянного тока, при этом аксиальный магнитопровод статора вольтодобавочного устройства жестко закрепляется в корпусе на его боковой поверхности и размещается внутри аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом аксиальный магнитопровод ротора вольтодобавочного устройства жестко закрепляется на валу посредством диска и размещается внутри аксиального магнитопровода ротора возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель и многофазную роторную обмотку вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя, при этом число пар полюсов многофазной роторной обмотки вольтодобавочного устройства выбирается таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя.

Улучшение качества электрической энергии достигается путем уменьшения постоянной времени переходного процесса регулирования выходного напряжения благодаря тому, что возбудитель выполнен асинхронным с многофазной роторной обмоткой асинхронного возбудителя, уложенной в пазы аксиального магнитопровода ротора возбудителя, и многофазной статорной обмоткой асинхронного возбудителя, уложенная в пазы аксиального магнитопровода статора возбудителя, а асинхронный возбудитель имеет постоянную времени в 10-15 раз меньшую, чем синхронный возбудитель равной мощности (Бесконтактные синхронные машины с автоматическим регулированием возбуждения/ Лищенко А.И. - Киев: Наукова думка, 1980. - 224 с, с. 188.). Это обеспечивает сокращение длительности переходного процесса регулирования выходного напряжения при изменении нагрузки или частоты вращения вала ротора машины-генератора и таким образом обеспечивается улучшение качества электроэнергии.

Улучшение качества электрической энергии достигается также путем минимизации отклонения выходного напряжения электрической машины-генератора от заданного при изменении нагрузки и частоты вращения вала за счет закрепления на наружной боковой стороне корпуса автоматического регулятора возбуждения, к выходу которого подключается многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, уложенная в пазы аксиального магнитопровода статора возбудителя, а ко входу - многофазная обмотка якоря основного генератора.

Улучшение массогабаритных показателей достигается путем уменьшения массы и габаритов электрической машины-генератора за счет применения в предлагаемой электрической машине-генераторе вместо синхронных подвозбудителя и возбудителя одного асинхронного возбудителя, который имеет меньшие габариты и массу на 50÷70% и более, чем синхронный возбудитель равной мощности ввиду того, что расход активных материалов на изготовление аксиальных магнитопроводов статора и ротора асинхронного возбудителя меньше, чем у синхронного возбудителя из-за того, что при заданной мощности и выбранных удельных нагрузках объем ротора и статора у асинхронного возбудителя зависит от суммарной частоты вращения ротора и магнитного поля, а объем ротора синхронного возбудителя только от частоты вращения магнитного поля (Бесконтактные синхронные машины с автоматическим регулированием возбуждения/ Лищенко А.И. - Киев: Наукова думка, 1980. - 224 с., с. 189.). Это обеспечивает экономию активных материалов при изготовлении.

Улучшение массогабаритных показателей достигается также подключением многофазной статорной обмотки асинхронного возбудителя с обратным порядком чередования фаз по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора обеспечивает суммирование частот вращения ротора асинхронного возбудителя и поля, создаваемого многофазной статорной обмоткой асинхронного возбудителя, т.е. асинхронный возбудитель работает в режиме преобразователя повышенной частоты со скольжением большим. Это приводит к тому, что ЭДС, индуктируемая в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя будет повышенной частоты и повышенной величины по сравнению с ЭДС, генерируемой в обмотке якоря возбудителя в прототипе. Это приводит к более эффективному использованию активных материалов, из которых изготовлена электрическая машина-генератор, а соответственно, позволяет уменьшить размеры, а, следовательно, и массу электрической машины в целом. При прямом порядке чередования фаз, то ЭДС многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя при той же частоте вращения ротора будет ниже, т.к. частота вращения магнитного поля, пронизывающего роторную обмотку асинхронного возбудителя, будет равна разности частоты вращения поля, индуцируемого многофазной статорной обмоткой асинхронного возбудителя, и частоты вращения ротора, что ведет к понижению частоты и величины ЭДС в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя и соответственно неэффективному использованию активных материалов.

Таким образом, подключение многофазной статорной обмотки асинхронного возбудителя с обратным порядком чередования фаз по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора приводит к улучшению массогабаритных показателей, а именно - к уменьшению габаритных размеров и массы всей электрической машины.

Повышение надежности достигается за счет обеспечения устойчивости возбуждения машины-генератора в начальный момент и при возникновении короткого замыкания на ее выходе путем установки в корпусе вольтодобавочного устройства, состоящего из аксиального магнитопровода ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка, и аксиального магнитопровода статора вольтодобавочного устройства, в пазы которого уложена однофазная статорная обмотка вольтодобавочного устройства, выполненного с возможностью подключения к внешнему источнику постоянного тока, при этом аксиальный магнитопровод статора вольтодобавочного устройства жестко закреплен в корпусе на его боковой поверхности и размещен внутри аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом аксиальный магнитопровод ротора вольтодобавочного устройства жестко закреплен на валу посредством диска и размещен внутри аксиального магнитопровода ротора возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель и многофазную роторную обмотку вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя.

Повышение КПД предлагаемой электрической машины-генератора достигается путем снижения потерь энергии при преобразовании механической энергии (например, энергии набегающего воздушного потока или ветра) в электрическую энергию постоянного тока за счет того, что число пар полюсов многофазной роторной обмотки вольтодобавочного устройства выбрано таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя - в противном случае форма кривой выходного напряжения в цепи последовательно соединенных многофазной роторной обмотки асинхронного возбудителя и многофазной роторной обмотки вольтодобавочного устройства будет отличаться от синусоидальной, что приводит к возрастанию потерь, обусловленных наличием высших гармоник в кривой выходного напряжения. Это приводит к дополнительным потерям на нагрев, а соответственно к снижению КПД.

Выбор числа пар полюсов многофазной роторной обмотки вольтодобавочного устройства таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя предотвращает появление в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя нескольких ЭДС с разными частотами и обеспечивает синусоидальность формы тока в ее цепи. Это приводит к предотвращению появления потерь, обусловленных наличием высших гармоник в кривой выходного напряжения, а, следовательно, к снижению потерь на нагрев, и соответственно к повышению КПД.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет расширить область применения аксиальной многофазной двухвходовой электрической машины-генератора, т.е использовать ее для электроснабжения тех потребителей, которые предъявляют высокие требования к надежности источников электроэнергии, их массогабаритным показателям и качеству их выходного напряжения.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой аксиальной многофазной двухвходовой электрической машины-генератора в разрезе; на фиг. 2 - ее электрическая схема.

Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор с асинхронным возбудителем содержит корпус 1, возбудитель, вольтодобавочное устройство и основной генератор, установленные на одном валу 5, закрепленном в корпусе 1 генератора в подшипниковых щитах 6 и 16.

Возбудитель выполнен асинхронным и содержит аксиальный магнитопровод 14 статора с многофазной статорной обмоткой 15 асинхронного возбудителя, и аксиальный магнитопровод 8 ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка 9 асинхронного возбудителя.

Основной генератор состоит из аксиального магнитопровода 10 индуктора основного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка 11 возбуждения основного генератора, и аксиального магнитопровода 12 с многофазной обмоткой 13 якоря основного генератора, к которой подключаются потребители электроэнергии.

Аксиальный магнитопровод 14 статора асинхронного возбудителя и аксиальный магнитопровод 12 с многофазной обмоткой 13 якоря основного генератора жестко закреплены в корпусе 1 на его боковой поверхности соосно друг другу, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала 5. Аксиальный магнитопровода 14 статора асинхронного возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода 12 с многофазной обмоткой 13 якоря основного генератора. Аксиальный магнитопровод 8 ротора асинхронного возбудителя и аксиальный магнитопровод 10 индуктора основного генератора жестко закреплены на валу посредством диска 2 соосно друг другу. Их общей осью симметрии является ось симметрии вала 5. Аксиальный магнитопровода 8 ротора асинхронного возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода 10 с однофазной обмоткой 11 индуктора основного генератора.

На наружной боковой стороне корпуса 1 жестко закреплен автоматический регулятор возбуждения 19, вход которого подключен к многофазной обмотке 13 якоря основного генератора.

В пазы аксиального магнитопровода 14 статора асинхронного возбудителя уложена многофазная статорная обмотка 15 асинхронного возбудителя, подключенная к выходу автоматического регулятора возбуждения 19 с обратным по отношению к многофазной обмотке 13 якоря основного генератора порядком чередования фаз.

В пазы аксиального магнитопровода 8 ротора асинхронного возбудителя уложена многофазная роторная обмотка 9 асинхронного возбудителя.

Вольтодобавочное устройство состоит из аксиального магнитопровода 3 ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка 4 вольтодобавочного устройства, и аксиального магнитопровода 18 статора вольтодобавочного устройства, в пазы которого уложена однофазная статорная обмотка 17 вольтодобавочного устройства, выполненная с возможностью подключения к внешнему источнику постоянного тока. Аксиальный магнитопровод 18 статора вольтодобавочного устройства жестко закреплен в корпусе 1 на его боковой поверхности и размещен внутри аксиального магнитопровода 14 статора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала. Аксиальный магнитопровод 4 ротора вольтодобавочного устройства жестко закреплен на валу 5 посредством диска 6 и размещен внутри аксиального магнитопровода 8 ротора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала 5. К многофазной роторной обмотке 9 асинхронного возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 7 и многофазную роторную обмотку 4 вольтодобавочного устройства подключена однофазная обмотка 11 возбуждения основного генератора.

Число пар полюсов многофазной роторной обмотки 4 вольтодобавочного устройства выбрано таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке 9 асинхронного возбудителя.

Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор работает следующим образом.

Механическая энергия вращения поступает в машину-генератор от внешнего источника через вал 5, закрепленный в корпусе 1 генератора в подшипниковых щитах 6 и 16.

При вращении вала 5 в начальный момент времени магнитный поток, создаваемый постоянным током однофазной статорной обмотки 17 вольтодобавочной машины, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 18 статора вольтодобавочного устройства, на которую подается напряжение постоянного тока от внешнего источника, наводит во многофазной роторной обмотке 4 вольтодобавочного устройства ЭДС. Эта ЭДС выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 7 и подается на однофазную обмотку 11 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы аксиального магнитопровода 10 индуктора основного генератора. Под действием выпрямленной ЭДС по однофазной обмотке 11 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создает магнитное поле.

Магнитное поле однофазной обмотки 11 возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 13 якоря основного генератора, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 12, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая через автоматический регулятор возбуждения 19 подается на многофазную статорную обмотку 15 асинхронного возбудителя. Под действием многофазной ЭДС по многофазной статорной обмотке 15 асинхронного возбудителя протекает электрический ток, который создает вращающееся магнитное поле. Так как многофазная статорная обмотка 15 асинхронного возбудителя подключена к многофазной обмотке 13 якоря основного генератора с обратным чередованием фаз, то магнитное поле, создаваемое током, протекающим по многофазной статорной обмотке 15 асинхронного возбудителя, и многофазная роторная обмотка 9 асинхронного возбудителя, вращаются в разные стороны. Асинхронный возбудитель работает в режиме асинхронного преобразователя частоты со скольжением s = (n1-n)/n1 большим 1, где n1 - частота вращения магнитного поля, n - частота вращения роторной обмотки. Вращающееся магнитное поле многофазной статорной обмоткой 15 асинхронного возбудителя взаимодействует с многофазной роторной обмоткой 9, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 8 ротора асинхронного возбудителя, жестко закрепленного на валу 5 посредством диска 2 соосно с аксиальным магнитопроводом 10 индуктора основного генератора, и наводит в ней многофазную систему ЭДС повышенной частоты. Эта ЭДС суммируется с ЭДС многофазной роторной обмотки 4 вольтодобавочного устройства, уложенной в пазы аксиального магнитопровода статора 3 вольтодобавочного устройства. Суммарная ЭДС выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 7 и подается на однофазную обмотку 11 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы аксиального магнитопровода 10 индуктора основного генератора. Под действием этой суммарной выпрямленной ЭДС по однофазной обмотке 11 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создает магнитное поле.

Магнитное поле однофазной обмотки 11 возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 13 якоря основного генератора, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 12, и индуктирует в ней многофазную систему ЭДС, которая через автоматический регулятор возбуждения 19 подается на многофазную статорную обмотку 15 асинхронного возбудителя, при этом по ней протекает электрический ток, который создает вращающееся магнитное поле. Процесс возбуждения основного генератора продолжается до тех пор, пока напряжение многофазной обмотки 13 якоря основного генератора, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 12, не станет равным номинальному значению. После этого многофазная обмотка 13 якоря основного генератора, уложенная в пазы аксиального магнитопровода 12, подключается к сети.

Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор, содержащая корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в корпусе генератора в подшипниковых щитах, при этом возбудитель содержит аксиальный магнитопровод статора, и аксиальный магнитопровод ротора, основной генератор состоит из аксиального магнитопровода индуктора основного генератора, в пазы которого уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, при этом аксиальный магнитопровод статора возбудителя и аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплены в корпусе на его боковой поверхности соосно друг другу, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровода статора возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, а аксиальный магнитопровод ротора возбудителя и аксиальный магнитопровод индуктора основного генератора жестко закреплены на валу посредством диска соосно друг другу, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, причем аксиальный магнитопровода ротора возбудителя размещен внутри аксиального магнитопровода с однофазной обмоткой якоря основного генератора, отличающийся тем, что на наружной боковой стороне корпуса жестко закреплен автоматический регулятор возбуждения, вход которого подключен к многофазной обмотке якоря основного генератора, возбудитель выполнен асинхронным, при этом в пазы аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя уложена многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, подключенная к выходу автоматического регулятора возбуждения с обратным по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора порядком чередования фаз, в пазы аксиального магнитопровода ротора асинхронного возбудителя уложена многофазная роторная обмотка асинхронного возбудителя, а в корпусе дополнительно установлено вольтодобавочное устройство, состоящее из аксиального магнитопровода ротора, в пазы которого уложена многофазная роторная обмотка, и аксиального магнитопровода статора, в пазы которого уложена однофазная статорная обмотка, выполненная с возможностью подключения к внешнему источнику постоянного тока, при этом аксиальный магнитопровод статора вольтодобавочного устройства жестко закреплен в корпусе на его боковой поверхности и размещен внутри аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом аксиальный магнитопровод ротора вольтодобавочного устройства жестко закреплен на валу посредством диска и размещен внутри аксиального магнитопровода ротора асинхронного возбудителя соосно с ним, а их общей осью симметрии является ось симметрии вала, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель и многофазную роторную обмотку вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя, при этом число пар полюсов многофазной роторной обмотки вольтодобавочного устройства выбрано таким образом, чтобы частота ЭДС, индуктируемой в этой обмотке, была равна частоте ЭДС, индуктируемой в многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится в электротехнике и может использоваться для преобразования энергии. Технический результат состоит в повышении надежности работы.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии. Технический результат состоит в уменьшении осевого и диаметрального размеров, минимизации разности частоты номинального и фактического выходного напряжения, уменьшении порогового значения минимально необходимой для генерирования напряжения скорости ветра, снижении потерь энергии, повышении жесткости конструкции.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерирования электрической энергии. Технический результат состоит в уменьшении осевых размеров ротора, повышении жесткости его конструкции и упрощении технологии сборки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, для генерирования электрической энергии. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей, повышение надежности конструкции, а также упрощение способа ее изготовления.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии. Аксиальная многофазная бесконтактная электрическая машина содержит корпус, подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в корпусе генератора в подшипниковых щитах, подвозбудитель состоит из аксиального постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из аксиального магнитопровода, в пазы которого уложены однофазная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и однофазная дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока, и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из аксиального магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к таким электрическим машинам, как электрические гидро- и ветрогенераторы, то есть к генераторам с малым числом оборотов ротора в минуту.

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано в двух вариантах преобразования энергии. .

Изобретение относится к электротехнике и предназначается для использования в системах электроснабжения в качестве стабилизированного преобразователя однофазного напряжения в трехфазное.

Изобретение относится к электротехнике, касается особенностей преобразования механической энергии в электрическую и может быть использовано для выработки электрической энергии.

Изобретение относится к регулируемым преобразователям для питания дуговых печей и гальванических установок, применяемых в металлургической промышленности, а также для объектов с источниками переменного и постоянного токов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях кинетической энергии ветра и световой энергии Солнца в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано в качестве преобразователя механической энергии вращения, например энергии ветра, подаваемой на механический вход машины, и электрической энергии постоянного тока, например световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электроэнергию постоянного тока, одновременно подаваемой на ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока. Технический результат - улучшение массогабаритных показателей.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - суммирование механической энергии вращения со световой энергией с преобразованием полученной энергии в электрическую.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано для преобразования энергии возобновляемых источников. Технический результат заключается в повышении стабильности параметров.

Изобретение относится к электротехнике, к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано в качестве преобразователя механической энергии вращения, например энергии ветра, подаваемой на механические входы машины, и электрической энергии постоянного тока, например световой энергии Солнца, преобразованной фотоэлектрическими преобразователями в электроэнергию постоянного тока, одновременно подаваемой на ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам переменного тока. Технический результат состоит в улучшении массогаборитных показателей и упрощении изготовления.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к магнитоэлектрическим машинам. Синхронный электромеханический преобразователь энергии обращенной конструкции содержит вал, вращающийся статор, на котором расположена обмотка, вращающийся трансформатор, содержащий первичную цепь с обмоткой и сердечником и вторичную цепь с обмоткой и сердечником; на валу установлена первичная цепь с обмоткой вращающегося трансформатора, при этом выводы обмотки статора соединены с выводами вращающегося трансформатора шинами; пространство между вращающимся трансформатором и вращающимся статором залито теплопроводящим компаундом.

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам постоянного тока и предназначено для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока высокого качества, а также для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращения с регулируемой частотой вращения.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам. Трехвходовая аксиальная генераторная установка содержит корпус, в котором установлены фотоэлектрический и тепловой преобразователи, блок управления, датчики положения ротора с сигнальными обмотками и обмотками возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены аксиальный многополюсный индуктор подвозбудителя с постоянными магнитами и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора и три выпрямителя, при этом по внешнему радиусу аксиального многополюсного индуктора подвозбудителя с постоянными магнитами закреплены постоянные магниты датчика положения ротора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных локальных объектах) в электрическую энергию постоянного тока. Техническим результатом является минимизация разности между фактическим и заданным значениями выходного напряжения, повышение жесткости конструкции, снижение потерь энергии при преобразовании механической энергии в электрическую энергию постоянного тока, уменьшение коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения. Стабилизированный вентильный аксиально-конический ветрогенератор постоянного тока содержит статор, основание которого выполнено в форме неподвижной платформы, жестко закрепленной на штанге-держателе, и ротор, внешняя боковая поверхность которого выполнена с лопатками изогнутой формы. Передняя часть ротора выполнена с обтекателем и входными вентиляционными отверстиями, расположенными вокруг обтекателя по окружности с центром на оси симметрии ротора. Ротор закреплен на оси. На неподвижной платформе жестко закреплен выходной двухполупериодный выпрямитель. Ось выполнена неподвижной с буртиком в средней части и запрессована в отверстие, выполненное в центре неподвижной платформы, где жестко закреплен аксиальный магнитопровод якоря основного генератора с многофазной обмоткой и регулятор напряжения, вход которого подключен к выходу выходного выпрямителя, выполненного многофазным. На неподвижной оси жестко закреплен магнитопровод индуктора возбудителя в форме усеченного конуса, в пазы которого уложена однофазная обмотка его возбуждения, подключенная к выходу регулятора напряжения согласно с многофазной обмоткой якоря генератора. В передней части внутренней полости ротора жестко закреплен магнитопровод якоря возбудителя в форме усеченного конуса, в пазы которого уложена его многофазная обмотка. В задней части внутренней полости ротора жестко закреплен аксиальный магнитопровод индуктора генератора, в пазы которого со стороны аксиального магнитопровода его якоря уложена однофазная обмотка возбуждения, подключенная к выходу выпрямителя. Ротор установлен на оси, выполненной неподвижной посредством диска, закрепленного во внутренней полости аксиального магнитопровода индуктора и выполненного с выходными вентиляционными отверстиями, расположенными по окружности с центром на оси симметрии ротора в непосредственной близости с диодами выпрямителя, и с расточкой в его центральной части, в которую уложено наружное кольцо заднего подшипника, внутреннее кольцо которого установлено с натягом в средней части неподвижной оси, при этом задний подшипник закреплен от перемещения в осевом направлении буртиком и втулкой, установленной на оси, выполненной неподвижной, между задним подшипником и магнитопроводом индуктора возбудителя, выполненным в форме усеченного конуса, а задняя часть обтекателя выполнена с расточкой, в которую уложено наружное кольцо переднего подшипника, внутреннее кольцо которого закреплено с натягом в передней части оси, выполненной неподвижной. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – улучшение качества выходного напряжения, повышение надежности и КПД. Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор содержит корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в корпусе генератора. На наружной боковой стороне корпуса машины жестко закреплен автоматический регулятор возбуждения, а возбудитель выполнен асинхронным. В пазы аксиального магнитопровода статора асинхронного возбудителя уложена многофазная статорная обмотка асинхронного возбудителя, подключенная к выходу автоматического регулятора возбуждения с обратным по отношению к многофазной обмотке якоря основного генератора порядком чередования фаз, в пазы аксиального магнитопровода ротора асинхронного возбудителя уложена многофазная роторная обмотка асинхронного возбудителя, а в корпусе дополнительно установлено вольтодобавочное устройство. Однофазная обмотка возбуждения основного генератора через многофазный двухполупериодный выпрямитель и многофазную роторную обмотку вольтодобавочного устройства подключена к многофазной роторной обмотке асинхронного возбудителя. 2 ил.

Наверх