Патент на изобретение №2332773

(54) АВТОНОМНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в синхронных бесконтактных генераторах промышленной и повышенной частоты. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей источника за счет подключения двигательной нагрузки соизмеримой мощности. Автономный бесконтактный синхронный генератор содержит индуктор с обмоткой возбуждения возбудителя, основной обмоткой и дополнительной обмоткой. Дополнительная обмотка соединена с трехфазным выпрямителем, а выход последнего – с молекулярным накопителем энергии и инвертором напряжения. Выход инвертора соединен с основной обмотки. Обмотка возбудителя через регулирующий элемент импульсного регулятора тока возбуждения соединена с источником постоянного тока. Вход импульсного регулятора тока возбуждения соединен с основной обмотки. Электрически совмещенная обмотка возбуждения и возбудителя якоря через выпрямитель замыкается на нулевую точку. Число пар полюсов дополнительной обмотки индуктора и напряжение равны числу пар полюсов и напряжению основной обмотки. Вход импульсного регулятора тока возбуждения соединен с основной обмотки индуктора, тем самым реализуется отрицательная обратная связь по выходному напряжению. Напряжение молекулярного накопителя энергии равно необходимому допустимому напряжению. Инвертор напряжения снабжен схемой управления стабилизации частоты и напряжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным бесконтактным генераторам, промышленной и повышенной частоты.

Известна бесконтактная синхронная машина по а.с. СССР №868936, H02K 19/38 с магнитным совмещенным возбудителем, содержащая на статоре якорную обмотку, обмотку возбуждения возбудителя, дополнительную третью обмотку, выполненную на то же число полюсов, что и якорная обмотка машины, подсоединенную через управляемый выпрямитель к обмотке возбуждения возбудителя, а на роторе якорную обмотку возбудителя и обмотку возбуждения машины, подсоединенную через выпрямитель к якорной обмотке возбудителя.

К недостаткам этой машины относится сложность регулирования возбуждения в генераторном режиме в статических и динамических режимах, низкий КПД за счет многих преобразований энергии.

Наиболее близким по техническому решению является (Пат. RU №2145461, МПК Н02К 19/38. Автономный бесконтактный синхронный генератор – №97119560/09; Заявл. 26.11.97; Опубл. 10.02.00; Бюл. №4 – 6 с.: ил.).

Автономный бесконтактный синхронный генератор с магнитным совмещенным возбудителем, содержащий на индукторе обмотку возбуждения возбудителя, основную обмотку и дополнительную обмотку индуктора, соединенную с трехфазным выпрямителем, а на якоре обмотку возбудителя и обмотку возбуждения генератора с выпрямителем, импульсный регулятор тока возбуждения с силовым элементом.

Недостатком этого технического решения является значительное снижение напряжения при запуске асинхронных двигателей соизмеримой с генератором мощности.

Техническим решением поставленной задачи является расширение функциональных возможностей источника за счет подключения двигательной нагрузки соизмеримой с мощностью генератора.

Задача достигается тем, что автономный бесконтактный синхронный генератор с магнитным совмещенным возбудителем, содержащий на индукторе обмотку возбуждения возбудителя, основную обмотку и дополнительную обмотку индуктора соединенную с трехфазным выпрямителем, а на якоре совмещенную обмотку возбудителя и возбуждения с выпрямителем, импульсный регулятор тока возбуждения с силовым элементом, дополнительно содержит молекулярный накопитель энергии и инвертор напряжения, причем основная обмотка индуктора соединена с выходными зажимами А, В, С и входом импульсного регулятора тока возбуждения с силовым элементом, дополнительная обмотка индуктора соединена через трехфазный выпрямитель с молекулярным накопителем энергии, а последний со входом инвертора напряжения, выход которого соединен с выходными зажимами А, В, С основной обмотки индуктора, а инвертор напряжения содержит внутреннюю структуру автоматической стабилизации частоты и напряжения.

Новизна заявляемого технического решения достигается тем, счет что автономный бесконтактный синхронный генератор с магнитным совмещенным возбудителем дополнительно содержит молекулярный накопитель энергии и инвертор напряжения, причем основная обмотка индуктора соединена с выходными зажимами А, В, С и входом импульсного регулятора тока возбуждения с силовым элементом, дополнительная обмотка индуктора соединена через трехфазный выпрямитель с молекулярным накопителем энергии, а последний – со входом инвертора напряжения, выход которого соединен с выходными зажимами А, В, С основной обмотки индуктора, а инвертор напряжения содержит внутреннюю структуру автоматической стабилизации частоты и напряжения.

По данным научно-исследовательской и патентной литературы авторам не известна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи и этого решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема автономного бесконтактного синхронного генератора.

Индуктор 1 генератора содержит обмотку возбуждения возбудителя 2, основную обмотку 3 с выходными зажимами А, В, С. Дополнительная обмотка 4 соединена с трехфазным выпрямителем 5, а выход последнего с молекулярным накопителем энергии 6 и инвертором напряжения 7, выход которого соединен с выходными зажимами А, В, С основной обмотки 3. Обмотка возбудителя 2 через регулирующий элемент, например, транзистор 8 импульсного регулятора тока возбуждения 9, соединена с источником постоянного тока «плюс»-«минус». Импульсный регулятор тока возбуждения 9 своим входом соединен с выходными зажимами А, В, С основной обмотки 3.

Электрически совмещенная обмотка возбуждения и возбудителя 10 якоря 11 через выпрямитель 12 замыкается на нулевую точку.

Дополнительная обмотка 4 индуктора выполняется на число пар полюсов, равное числу пар полюсов основной обмотки и на равные напряжения.

Вход импульсного регулятора тока возбуждения 9 соединен с выходом основной обмотки индуктора 3, тем самым реализуется отрицательная обратная связь по выходному напряжению.

Молекулярный накопитель энергии 6 (конденсатор с двойным электрическим слоем) применяется с необходимым допустимым напряжением.

Инвертор напряжения 7, например, с силовыми выходными IGBT транзисторами, имеет внутреннюю структуру управления, например, ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения.

Автономный бесконтактный синхронный генератор работает следующим образом.

Приводной двигатель вращает якорь 11 со скоростью, определяемой числом пар полюсов и заданной частотой тока генератора.

За счет тока в обмотке возбуждения возбудителя 2 создастся магнитный поток, замыкающийся на вращающемся якоре 11 и пересекающий электрически совмещенную обмотку возбуждения и возбудителя 10. В ней наводится ЭДС, которая выпрямляется выпрямителем 12, появляется постоянная составляющая тока, которая создает основной поток возбуждения. Генератор возбуждается, и напряжение возрастает на обмотках индуктора 3 и 4. При достижении определенной величины напряжения на зажимах А, В, С сигнал обратной связи управляет работой импульсного регулятора тока возбуждения 9, и последний уменьшает длительность открытого состояния транзистора 8, тем самым, ограничивая ток возбуждения и напряжение холостого хода на обмотках 3 и 4.

Одновременно напряжение дополнительной обмотки 4 выпрямляется трехфазным выпрямителем 5, заряжается молекулярный накопитель энергии 6. При определенном напряжении на последнем в работу включается инвертор напряжения 7, преобразует постоянное напряжение в переменное и работает параллельно с основной обмоткой 3.

При подключении нагрузки к выходным зажимам А, В, С напряжение уменьшается, сигнал обратной связи на импульсном регуляторе тока возбуждения 9 уменьшается и последний увеличивает длительность открытого состояния транзистора 8, тем самым увеличивая ток возбуждения в обмотке возбудителя 2.

Возрастает магнитный поток, что приводит к увеличению ЭДС в электрически совмещенной обмотке возбуждения и возбудителя 10 якоря 11. Увеличивается постоянная составляющая тока в обмотке 10, возрастает основной поток возбуждения и выходное напряжение на обмотках 3 и 4 восстанавливается.

Одновременно, при снижении выходного напряжения на зажимах А, В, С, инвертор напряжения 7 своей собственной схемой управления стабилизирует выходное напряжение за счет энергии накопленной в молекулярном накопителе энергии 6. При этом отсутствует провал напряжения особенно при запуске асинхронных двигателей соизмеримой с генератором мощностью.

В отличие от известных генераторов, предлагаемый автономный бесконтактный синхронный генератор имеет следующие преимущества.

1. За счет молекулярного накопителя энергии и инвертора напряжения отсутствуют провалы напряжения при подключении нагрузки соизмеримой мощности.

2. По этим причинам можно уменьшать мощность приводного двигателя. Обычно для автономных источников приводной двигатель выбирается с запасом на запуск большой нагрузки.

Формула изобретения

1. Автономный бесконтактный синхронный генератор с магнитным совмещенным возбудителем, содержащий на индукторе обмотку возбуждения возбудителя, основную обмотку и дополнительную обмотку индуктора, соединенную с трехфазным выпрямителем, а на якоре совмещенную обмотку возбудителя и возбуждения с выпрямителем, импульсный регулятор тока возбуждения с силовым элементом, отличающийся тем, что содержит молекулярный накопитель энергии и инвертор напряжения, причем основная обмотка индуктора соединена с выходными зажимами А, В, С, к которым подключена нагрузка, и входом импульсного регулятора тока возбуждения с силовым элементом, дополнительная обмотка индуктора соединена через трехфазный выпрямитель с молекулярным накопителем энергии, а последний со входом инвертора напряжения, выход которого соединен с выходными зажимами А, В, С основной обмотки индуктора.

2. Автономный бесконтактный синхронный генератор по п.1, отличающийся тем, что инвертор напряжения имеет внутреннюю структуру управления, например, ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения.

РИСУНКИ