RU2095923C1

RU2095923C1 - Synchronous electric motor with integral multifunctional exciter without brushes

Info

Publication number: RU2095923C1
Application number: RU94031608A
Authority: RU
Inventors: А.Т. Пластун; В.И. Денисенко; В.Т. Карташов; Р.Г. Гольдин; Ю.И. Гольмаков; Ф.Р. Коренцвит; А.С. Шелепов
Original assignee: Акционерное общество "Уралэлектротяжмаш"
Priority date: 1994-08-29
Filing date: 1994-08-29
Publication date: 1997-11-10
Also published as: RU94031608A

Abstract

FIELD: electric engineering. SUBSTANCE: magnetic system of inductor of exciter has poles with electromagnetic and combined excitation. Poles with combined excitation have alternating polarity and are located in symmetry around inductor axis. Slots of pole pieces with combined excitation contain two coils of different pitch. Pitch of one coil is identical to pitch of coils in integral armature winding of exciter which is located in slots of pole pieces with electromagnetic excitation. Pitch of second coil is equal to even number of pole pitches in working harmonics of tooth order of generated field in air gap. Armature winding of exciter has at least one parallel arms which maximal number is equal to number of poles with combined excitation. Slots of lesser depth which are filled with said winding are located between slots which are filled with armature winding of exciter. EFFECT: simplified design, increased efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесщеточного возбуждения синхронных машин. The invention relates to electrical engineering and can be used for brushless excitation of synchronous machines.

Известно устройство, состоящее из синхронного генератора, синхронного возбудителя обращенной конструкции, подвозбудителя, выполненного конструктивно как отдельная электрическая синхронная машина с магнитоэлектричсеким возбуждением, и автоматического регулятора возбуждения [1] Обмотка возбуждения возбудителя через статический преобразователь подключена к зажимам якорной обмотки подвоздубителя. Якорная обмотка возбудителя через вращающийся преобразователь подключена к обмотке возбуждения синхронного генератора. Автоматический регулятор возбуждения (АРВ) получает питание от якорной обмотки подвозбудителя. A device is known consisting of a synchronous generator, a synchronous exciter of a reversed design, an exciter, structurally designed as a separate electric synchronous machine with magnetoelectric excitation, and an automatic excitation regulator [1] The excitation winding of the exciter through a static converter is connected to the terminals of the anchor winding of the preheater. The anchor winding of the pathogen through a rotating transducer is connected to the excitation winding of the synchronous generator. Automatic excitation regulator (ARV) receives power from the anchor winding of the exciter.

Недостатком известной конструкции является наличие трех электрических машин, выполненных в различных магнитных системах и размещенных на одном валу, что удлиняет агрегат, удорожает и усложняет процесс изготовления и эксплуатации устройства. A disadvantage of the known design is the presence of three electric machines made in different magnetic systems and located on the same shaft, which lengthens the unit, makes the manufacturing and operation of the device more expensive and complicates.

Наиболее близким решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство, которое состоит из возбуждаемой синхронной машины (генератора) синхронного возбуждения обращенной конструкции с m-фазной якорной обмоткой и явновыраженными полюсами, в пазах наконечников которых размещается обмотка и синхронного подвозбудителя индукторного типа [2] Полем возбуждения индукторного подвозбудителя служит зубцовая гармоника результирующего поля в воздушном зазоре синхронного возбудителя. Обмотка и зубцовая зона якоря возбудителя строятся традиционным образом [3] В рассматриваемом устройстве процесс начального самовозбуждения осуществляется за счет наличия остаточного поля в магнитном материале индуктора. The closest solution, chosen as a prototype, is a device that consists of an excited synchronous machine (generator) of synchronous excitation of a reversed structure with an m-phase anchor winding and clearly defined poles, in the grooves of the tips of which are placed the winding and synchronous exciter of the inductor type [2] Field excitation of the inductor exciter is the tooth harmonic of the resulting field in the air gap of the synchronous pathogen. The winding and the tooth zone of the pathogen armature are constructed in the traditional manner [3] In the device under consideration, the process of initial self-excitation is carried out due to the presence of a residual field in the magnetic material of the inductor.

Основными недостатками прототипа являются. The main disadvantages of the prototype are.

1. Негарантированное время процесса самовозбуждения, т.к. не гарантирована величина остаточного потока. 1. Non-guaranteed time of the process of self-excitation, because residual flow rate is not guaranteed.

2. Широкий диапазон изменения выходного напряжения подвозбудителя при изменении режима работы возбудителя от начального самовозбуждения до форсировки возбуждения. И в том случае, когда автоматический регулятор возбуждения /АРВ/ получает питание от якорной обмотки подвозбудителя. Это приводит к увеличению расчетной мощности блока питания АРВ по сравнению со случаем питания регулятора от независимого источника постоянного напряжения. 2. A wide range of changes in the output voltage of the exciter when changing the mode of operation of the pathogen from the initial self-excitation to forcing excitation. And in the case when the automatic excitation regulator / ARV / receives power from the anchor winding of the exciter. This leads to an increase in the rated power of the ARV power supply in comparison with the case of powering the regulator from an independent DC voltage source.

3. Зависимость времени процесса самовозбуждения от соотношения выбранной величины напряжения возбуждения возбудителя в номинальном режиме и величины порогового напряжения статического полупроводникового преобразователя. 3. The dependence of the time of the self-excitation process on the ratio of the selected value of the exciter voltage in the nominal mode and the threshold voltage of the static semiconductor converter.

4. Отсутствие в возбудителе датчика тока якорной обмотки, необходимого для регулирования с помощью АРВ тока возбуждения возбудителя. 4. The absence in the exciter of the current sensor of the armature winding, necessary for regulating the excitation current of the exciter using ARV.

Задачей изобретения является улучшение динамических характеристик комплекса, состоящего из синхронной машины и современного многофункционального возбудителя при уменьшении расхода материалов и увеличении КПД, исключающее недостатки прототипа. The objective of the invention is to improve the dynamic characteristics of a complex consisting of a synchronous machine and a modern multifunctional pathogen while reducing material consumption and increasing efficiency, eliminating the disadvantages of the prototype.

Цель достигается тем, что магнитная система индуктора возбудителя состоит из полюсов с электромагнитным и комбинированным (магнитоэлектрическим и электромагнитным) возбуждением, причем количество полюсов с комбинированным возбуждением есть число четное, кроме того, полюса с комбинированным возбуждением выполнены различной и чередующей полярности и расположены симметрично по окружности индуктора, а в пазах наконечников полюсов с комбинированным возбуждением размещено по две катушки с различными шагами, одна из указанных катушек выполнена с тем же шагом, что и шаг катушек наконечников полюсов с электромагнитным возбуждением, вторая из указанных катушек выполнена с шагом, кратным четному числу полюсных делений рабочей гармоники зубцового порядка результирующего поля в воздушном зазоре, якорная обмотка возбудителя имеет одну или несколько параллельных полюсов в комбинированным возбуждением, и между заполненными якорной обмоткой возбудителя пазами выполнены пазы меньшей глубины, незаполненные указанной обмоткой. Возможно выполнение, при котором катушки, размещенные в пазах наконечников полюсов с комбинированным возбуждением и имеющие шаг, кратный четному числу полюсных делений рабочей гармоники забцового порядка результирующего поля в воздушном зазоре, соединены последовательно согласно, катушки, размещенные в пазах наконечников полюсов с комбинированным возбуждением и выполненные с тем же шагом, что и шаг катушек в наконечниках полюсов с электромагнитным возбуждением, также соединены последовательно согласно. The goal is achieved in that the magnetic system of the exciter inductor consists of poles with electromagnetic and combined (magnetoelectric and electromagnetic) excitation, and the number of poles with combined excitation is an even number, in addition, the poles with combined excitation are made of different and alternating polarity and are located symmetrically around the circumference inductor, and in the grooves of the tips of the poles with combined excitation placed two coils with different steps, one of these coils filled with the same step as the step of the poles of the tips of the poles with electromagnetic excitation, the second of these coils is made in increments of an even number of pole divisions of the working harmonic of the tooth order of the resulting field in the air gap, the anchor winding of the pathogen has one or more parallel poles in the combined excitation, and between the grooves filled with the anchor winding of the pathogen, grooves of smaller depth are made, unfilled with the specified winding. It is possible that the coils placed in the grooves of the pole tips with combined excitation and having a step that is a multiple of an even number of pole divisions of the working harmonic of the transverse order of the resulting field in the air gap are connected in series according to the coils placed in the grooves of the pole tips with combined excitation and made with the same step as the step of the coils in the tips of the poles with electromagnetic excitation, are also connected in series according to.

На фиг. 1 и 2 показаны совмещенный многофункциональный возбудитель синхронной машины и принципиальная схема синхронной машины с совмещенным многофункциональным бесщеточным возбудителем, выполненным как отдельная электрическая машина в одном корпусе с ней либо консольно. In FIG. 1 and 2 show a combined multifunctional exciter of a synchronous machine and a schematic diagram of a synchronous machine with a combined multifunctional brushless exciter made as a separate electric machine in the same housing with it or cantilevered.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез совмещенного многофункционального бесщеточного возбудителя. Магнитная система 1 индуктора возбудителя состоит из полюсов с электромагнитным 2 и комбинированным (электромагнитным и магнитоэлектрическим) 3 возбуждением. Количество полюсов с комбинированным возбуждением есть число четное. Эти полюса выполнены различной и чередующейся полярности и расположены симметрично по окружности индуктора. На полюсах с комбинированным возбуждением размещены постоянные магниты 4. Обмотка возбуждения 5 имеется на всех полюсах. В пазах наконечника каждого полюса с электромагнитным возбуждением размещено по две катушки 6 с равными шагами. Это катушки, соединенные известным способом в фазы, образуют совмещенную якорную обмотку подвозбудителей. В пазах наконечников полюсов с комбинированным возбуждением уложено по две катушки с различными шагами. Одна из катушек 7 выполнена с тем же шагом, что и катушка якорной обмотки подвозбудителей. Вторая 8 выполнена с шагом, кратным четному числу полюсных делений рабочей гармоники зубцового порядка результирующего поля в воздушном зазоре. Все катушки 7 соединены между собой последовательно согласно. Все катушки 8 аналогично соединены последовательно согласно. In FIG. 1 is a cross-sectional view of a combined multifunctional brushless pathogen. The magnetic system 1 of the exciter inductor consists of poles with electromagnetic 2 and combined (electromagnetic and magnetoelectric) 3 excitation. The number of poles with combined excitation is an even number. These poles are made of different and alternating polarity and are located symmetrically around the circumference of the inductor. Permanent magnets 4 are placed at the poles with combined excitation. An excitation winding 5 is available at all poles. In the grooves of the tip of each pole with electromagnetic excitation placed two coils 6 with equal steps. These are coils, connected in a known manner into phases, form a combined anchor winding of exciters. In the grooves of the pole tips with combined excitation, two coils with different steps are laid. One of the coils 7 is made with the same step as the coil of the anchor winding of exciters. The second 8 is performed with a step that is a multiple of an even number of pole divisions of the working harmonic of the tooth order of the resulting field in the air gap. All coils 7 are interconnected in series according to. All coils 8 are likewise connected in series according to.

Якорная обмотка 9 возбудителя, уложенная в открытые пазы, имеет одну или несколько параллельных ветвей, максимальное число которых равно количеству полюсов с комбинированным возбуждением. Между заполненными якорной обмоткой возбудителя пазами выполняются пазы по меньшей глубины 10, незаполненные указанной обмоткой. The anchor winding 9 of the pathogen, laid in open slots, has one or more parallel branches, the maximum number of which is equal to the number of poles with combined excitation. Between the grooves filled with the anchor winding of the pathogen, grooves of at least depth 10 are performed, unfilled with the specified winding.

На фиг. 1 число полюсов с комбинированным возбуждением примера принято равным двум. Они выполнены различной и чередующейся полярности /N, S/. Обмотка якоря возбудителя в этом случае может иметь одну или две параллельные ветви. Можно выполнить индуктор, например, с двенадцатью полюсами, из которых четыре с комбинированным возбуждением. Последние полюса должны быть симметрично расположены по окружности индуктора с чередующейся /N,S, S,N/ полярностью. В данном случае обмотку якоря возбудителя можно выполнить, если это необходимо, с четырьмя параллельными ветвями. Причем четыре это максимально возможное число параллельных ветвей. In FIG. 1, the number of poles with a combined excitation of the example is taken to be two. They are made of different and alternating polarity / N, S /. The winding of the pathogen anchor in this case may have one or two parallel branches. You can perform an inductor, for example, with twelve poles, four of which are combined excitation. The last poles should be symmetrically located around the circumference of the inductor with alternating / N, S, S, N / polarity. In this case, the winding of the armature of the pathogen can be performed, if necessary, with four parallel branches. And four is the maximum possible number of parallel branches.

На фиг. 2 показана схема электрической системы возбуждения, например, состоящая из синхронного генератора с совмещенным многофункциональным бесщеточным возбудителем. Якорная обмотка 9 возбудителя через вращающийся полупроводниковый преобразователь 11 подключена к обмотке возбуждения синхронного генератора 12. Совмещенная якорная обмотка 6 подвозбудителей через статический преобразователь 13 подключена к обмотке возбуждения 5 возбудителя. Обмотки 7 и 8 подключены к АРВ 14. Обмотка 7 выполняет функцию источника питания АРВ, а обмотка 8 датчика тока обмотки якоря возбудителя. In FIG. 2 shows a diagram of an electrical excitation system, for example, consisting of a synchronous generator with a combined multifunctional brushless exciter. The anchor winding 9 of the pathogen through a rotating semiconductor converter 11 is connected to the excitation winding of the synchronous generator 12. The combined anchor winding 6 of exciters through the static converter 13 is connected to the excitation winding 5 of the pathogen. The windings 7 and 8 are connected to the ARV 14. The winding 7 performs the function of the ARV power source, and the winding 8 of the current sensor of the exciter armature winding.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом. The device (Fig. 1) works as follows.

Пусть ток возбуждения возбудителя и ток якоря возбудителя равно нулю. Поток в полюсах 3 с комбинированным возбуждением создан постоянными магнитами 4 и равен Ф $\binom{°}{NS}$ . При вращении якоря возбудителя поток Ф $\binom{°}{NS}$ наведен в якорной обмотке возбудителя 9 ЭДС e $\binom{°}{NS}$ . Под действием этой ЭДС и с помощью вращающегося диодного преобразователя 11 (фиг. 2) в обмотке возбуждения возбуждаемого синхронного генератора протекает ток возбуждения i_fns. Пусть число пар полюсов возбудителя и параметры постоянных магнитов выбраны так, что величина этого тока i_fns составляет, например, 30% от тока возбуждения холоcтого хода синхронного генератора. Тогда i_fns есть минимальное установившееся значение тока возбуждения синхронного генератора в случае, когда, например, откажет АРВ и ток возбуждения возбудителя станет равен нулю.Let the exciter current and the exciter arm current be zero. The flow at the poles 3 with combined excitation created by permanent magnets 4 and is equal to f $\binom{°}{NS}$ . When the armature of the pathogen rotates, the flow Ф $\binom{°}{NS}$ induced in the anchor winding of the pathogen 9 EMF e $\binom{°}{NS}$ . Under the influence of this EMF and using a rotating diode converter 11 (Fig. 2), an excitation current i _fns flows in the excitation winding of the excited synchronous generator. Let the number of pole pairs of the exciter and the parameters of the permanent magnets be chosen so that the value of this current i _fns is, for example, 30% of the excitation current of the idle speed of the synchronous generator. Then i _fns is the minimum steady-state value of the excitation current of the synchronous generator in the case when, for example, the ARV fails and the excitation current of the pathogen becomes zero.

При протекании, например, синусоидального тока по симметричной якорной обмотке возбудителя последняя создает МДС реакции якоря, которую, как известно, можно представить в виде суммы первой и высшей гармоник МДС синусоидальной формы с номерами ν. Например, при числе фаз якорной обмотки возбудителя m 4 и числе пазов на полюс и фазу q 1 кривая МДС реакции якоря может быть представлена рядом гармоник с нечетными номерами:
n 1, 3, 5, 7, 9, Указанные МДС создадут поля с числами пар полюсов n_p и полюсным делением

, где p число пар полюсов возбудителя, D диаметр якоря.When, for example, a sinusoidal current flows through a symmetrical armature winding of the pathogen, the latter creates an MDS reaction of the armature, which, as you know, can be represented as the sum of the first and highest harmonics of the MDS sinusoidal shape with numbers ν. For example, with the number of phases of the armature winding of the pathogen m 4 and the number of grooves per pole and phase q 1, the MDS curve of the armature reaction can be represented by a number of harmonics with odd numbers:
n 1, 3, 5, 7, 9, The indicated MDSs will create fields with the numbers of pole pairs n _p and pole division

, where p is the number of pole pairs of the pathogen, D is the diameter of the armature.

Пусть каждая катушка совмещенной якорной обмотки подвозбудителей выполнена с шагом y ≠ 2τ_ν•n, где n любое число натурального ряда, начиная с единицы. Примем n 3, n 1, т.е. катушка выполнена с шагом y ≠ 2τ₃. Тогда поле, созданное третьей гармоникой МДС реакции возбудителя, наведет в якорной обмотке подвозбудителей ЭДС e_a, пропорциональную току нагрузки возбудителя. Далее будем называть e_a асинхронной составляющей, а совмещенный подвозбудитель асинхронным. Если статический преобразователь 13 (фиг. 2) открыт и e_a больше порогового напряжения его вентилей, то под действием этой ЭДС в обмотке возбуждения 5 возбудителя будет протекать ток. Параметры обмотки якоря возбудителя, якорной обмотки совмещенного подвозбудителя и обмотки возбуждения могут быть подобраны так, что при этом будет реализован процесс самовозбуждения возбудителя точно так же, как и в машине постоянного тока с последовательным возбуждением.Let each coil of the combined anchor winding of exciters be performed with a step y ≠ 2τ _ν • n, where n is any number of the natural series, starting from one. We take n 3, n 1, i.e. the coil is made with a step y ≠ 2τ ₃ . Then the field created by the third harmonic of the MDS reaction of the pathogen induces in the anchor winding of the exciters the EMF e _a proportional to the load current of the pathogen. Further, we will call e _{a the} asynchronous component, and the combined exciter is asynchronous. If the static Converter 13 (Fig. 2) is open and e _{a is} greater than the threshold voltage of its valves, then under the influence of this EMF, a current will flow in the excitation winding 5 of the pathogen. The parameters of the exciter armature winding, the combined exciter armature winding and the excitation winding can be selected so that the self-excitation of the pathogen will be implemented in the same way as in a DC machine with sequential excitation.

Как было показано выше, якорь возбудителя выполняется с открытыми пазами. Это приводит к появлению "провалов" индукции в результирующем поле возбуждения. Величина провала зависит от отношения ширины паза якоря к величине воздушного зазора. Результирующая кривая индукции в зазоре также может быть разложена в ряд, и выделены гармоники зубцового порядка с числом пар полюсов Z и полюсным делением

где K 1, 2, 3, Если шаг катушки совмещенной якорной обмотки подвозбудителей выбран так, что y ≠ 2τ_z•n, то зубцовая составляющая результирующего поля в зазоре возбудителя наведет в ней ЭДС e_u. Эту составляющую ЭДС, пропорциональную результирующему полю в зазоре и вызванную наличием зубцов якоря возбудителя, будем называть индукторной ЭДС, а совмещенный подвозбудитель индукторным. Гармонику поля, которая наводит индукторную ЭДС, будем называть рабочей гармоникой зубцового порядка результирующего поля в воздушном зазоре. Если параметры якорной обмотки индукторного подвозбудителя, зубцовой зоны якоря и обмотки возбуждения возбудителя выбрать соответствующим образом, то может быть реализован режим самовозбуждения. Процесс самовозбуждения происходит также, как в машине постоянного тока параллельного возбуждения. Для его осуществления должны быть выполнены те же условия, что и в машине постоянного тока.As shown above, the anchor of the pathogen is performed with open grooves. This leads to the appearance of “dips” in induction in the resulting field of excitation. The magnitude of the dip depends on the ratio of the width of the groove of the anchor to the size of the air gap. The resulting induction curve in the gap can also be arranged in a row, and tooth-harmonics with the number of pairs of poles Z and pole division are highlighted.

where K 1, 2, 3, If the step of the coil of the combined anchor winding of the exciters is chosen so that y ≠ 2τ _z • n, then the tooth component of the resulting field in the path of the pathogen will induce the emf e _u in it. This component of the EMF, proportional to the resulting field in the gap and caused by the presence of teeth of the armature of the pathogen, will be called the inductor EMF, and the combined exciter is induction. The harmonic of the field that induces the induction EMF will be called the working harmonic of the tooth order of the resulting field in the air gap. If the parameters of the anchor winding of the inductor exciter, the tooth zone of the armature and the excitation winding of the pathogen are selected accordingly, then the self-excitation mode can be implemented. The process of self-excitation occurs in the same way as in a DC machine of parallel excitation. For its implementation, the same conditions must be met as in a DC machine.

С целью уменьшения расхода материалов на якорную обмотку подвозбудителей и магнитную цепь полюсного наконечника между заполненными якорной обмоткой возбудителя пазами выполняются пазы 10 (фиг. 1) меньшей глубины, незаполненные указанной обмоткой. Это позволяет получить дополнительный провал индукции в поле индуктора и тем самым увеличить ЭДС e_u, а, следовательно, при том же заданном значении ЭДС уменьшить число витков и размеры паза совмещенной якорной обмотки индукторного подвозбудителя, т.е. уменьшить расход материалов на возбудительное устройство.In order to reduce the consumption of materials on the anchor winding of exciters and the magnetic circuit of the pole piece between the grooves filled with the anchor winding of the pathogen, grooves 10 (Fig. 1) of smaller depth are filled, not filled with the specified winding. This allows you to get an additional induction dip in the inductor field and thereby increase the EMF e _u , and, therefore, with the same given EMF value, reduce the number of turns and groove sizes of the combined armature winding of the inductor exciter, i.e. reduce the consumption of materials on the exciter device.

Как отмечалось ранее, для питания АРВ предполагается использование якорной обмотки подвозбудителей, выходное напряжение которой в процессе работы возбудителя от режима холостого хода до форсированного может изменяться в пятьдесят и более раз. В предлагаемом устройстве (фиг. 1) источником питания АРВ являются катушки 7, выполненные с таким же шагом, что и катушки 6 якорной обмотки подвозбудителей, и размещенные в пазах наконечников полюсов с комбинированным возбуждением. Диапазон изменения напряжения в катушках 7 значительно меньше, чем в катушках 6. Так в случае, когда поток Ф $\binom{°}{NS}$ , например, для возбудителя с числом пар полюсов 2p 10, равен половине форсированного потока в полюсе с электромагнитным возбуждением, напряжение в катушках 7 изменяется менее, чем в 3 раза. Электромагнитная обмотка возбуждения 5 на полюсах с постоянными магнитами служит для компенсации реакции якоря и тем самым для уменьшения диапазона изменения напряжения в катушках 7.As noted earlier, it is proposed to use an anchor winding of exciters for ARV supply, the output voltage of which during the operation of the pathogen from idle to forced can vary by fifty or more times. In the proposed device (Fig. 1), the ARV power source is coils 7, made in the same step as the coils 6 of the anchor winding of exciters, and placed in the grooves of the pole tips with combined excitation. The voltage variation range in the coils 7 is much smaller than in the coils 6. So in the case when the flux Φ $\binom{°}{NS}$ , for example, for a pathogen with the number of pole pairs 2p 10, it is equal to half the forced flow in the pole with electromagnetic excitation, the voltage in the coils 7 changes less than 3 times. The electromagnetic field winding 5 at the poles with permanent magnets serves to compensate for the reaction of the armature and thereby to reduce the range of voltage variation in the coils 7.

Заметим следующее. Если в представленном на фиг. 1 устройстве постоянные магниты полюсов с комбинированными возбуждением разделить по высоте на 2p магнитов и распределить последние по полюсам, т.е. сделать все полюса с комбинированным возбуждением, то напряжение в якорной обмотке подвозбудителей будет изменяться в процессе работы возбудителя более, чем в 20 раз. Таким образом, посредством постоянных магнитов в части полюсов возбудителя позволяет уменьшить диапазон изменения напряжения источника питания АРВ. Note the following. If in FIG. 1 device to divide the permanent magnets of the poles with combined excitation in height by 2p magnets and distribute the latter at the poles, i.e. make all poles with combined excitation, the voltage in the anchor winding of the exciters will change during the operation of the pathogen more than 20 times. Thus, by means of permanent magnets in part of the poles of the pathogen, it is possible to reduce the range of variation of the voltage of the ARV power supply.

Регулирование тока возбуждения возбудителя осуществляется с помощью АРВ. В качестве датчиков тока обмотки возбуждения генератора используются последовательно согласно соединенные катушки 8 (фиг. 1), размещенные на полюсах с комбинированным возбуждением 3 и выполненные с шагом, кратным четному числу полюсных делений рабочей гармоники зубцового порядка результирующего поля в воздушном зазоре. Размещение катушек на полюсах с комбинированным возбуждением и их последовательно согласное соединение позволяет исключить влияние ЭДС оборотной частоты, вызванной магнитной несимметрией индуктора в результате технологических отклонений при его изготовлении. The excitation current of the pathogen is controlled by ARV. As the current sensors of the excitation windings of the generator, they are used in series according to the connected coils 8 (Fig. 1), placed at the poles with combined excitation 3 and made in increments of an even multiple of the even number of pole divisions of the working harmonic of the tooth order of the resulting field in the air gap. The placement of the coils at the poles with combined excitation and their successive consonant connection eliminates the influence of the EMF of the reverse frequency caused by the magnetic asymmetry of the inductor as a result of technological deviations in its manufacture.

В переходных режимах работы синхронного генератора, например, в режиме пуска асинхронного двигателя или короткого замыкания в обмотке возбуждения генератора возникают апериодические и периодические составляющие тока. По отношению к якорю возбудителя указанные токи являются как бы источниками тока, вызывая увеличение тока якоря возбудителя, а, следовательно, увеличение ЭДС асинхронного подвозбудителя, что приводит в конечном итоге к увеличению кратности форсировки обмотки возбуждения возбудителя. В этом режиме работы комплекса мощность асинхронного подвозбудителя состоит из двух частей, а именно: из мощности, поступающей с вала, и мощности, поступающей трансформаторным путем от обмотки возбуждения синхронного генератора через полупроводниковый преобразователь и якорную обмотку возбудителя. Указанная мощность усиливается синхронным возбудителем, что и обеспечивает увеличение скорости нарастания напряжения на обмотке возбуждения синхронного генератора. Синхронный генератор как бы помогает возбудителю справиться с переходным процессом в генераторе. Заметим для сравнения, что этим свойством не обладает устройство, в отличие от предлагаемого, состоящее из синхронного генератора, бесщеточного синхронного возбудителя и подвозбудителя, выполненного с возбуждением из постоянных магнитов. Наоборот, переходный процесс в обмотке генератора снижает кратность форсировки возбудителя. In transient modes of operation of a synchronous generator, for example, in the start-up mode of an asynchronous motor or short circuit, aperiodic and periodic current components occur in the excitation winding of the generator. In relation to the armature of the pathogen, these currents are, as it were, sources of current, causing an increase in the current of the armature of the pathogen, and, consequently, an increase in the EMF of the asynchronous exciter, which ultimately leads to an increase in the frequency of forcing the excitation winding of the pathogen. In this mode of operation of the complex, the power of the asynchronous exciter consists of two parts, namely: the power supplied from the shaft and the power supplied by the transformer from the excitation winding of the synchronous generator through a semiconductor converter and the anchor winding of the exciter. The indicated power is amplified by a synchronous exciter, which ensures an increase in the voltage rise rate on the excitation winding of the synchronous generator. The synchronous generator, as it were, helps the pathogen cope with the transient process in the generator. For comparison, we note that this property does not possess a device, in contrast to the one proposed, consisting of a synchronous generator, a brushless synchronous exciter and a sub-exciter made with excitation from permanent magnets. On the contrary, the transient process in the generator winding reduces the frequency of forcing the pathogen.

Синхронный генератор с возбудителем на постоянных магнитах также обладают указанным выше динамическим качеством "взаимной помощи", но наличие малого остаточного потока ограничивает зону токов возбуждения, при котором этот эффект действует. Введение постоянных магнитов только в части полюсов одновременно решает две задачи: улучшает динамические показатели комплекса и гарантирует стабильность указанного процесса, а также уменьшает диапазон изменения напряжения источника питания АРВ. A synchronous generator with a permanent magnet exciter also possesses the aforementioned dynamic quality of "mutual assistance", but the presence of a small residual flux limits the zone of excitation currents at which this effect acts. The introduction of permanent magnets only in part of the poles simultaneously solves two problems: it improves the dynamic performance of the complex and guarantees the stability of this process, and also reduces the range of variation of the voltage of the ARV power supply.

Claims

1. A synchronous machine with a combined multifunctional brushless exciter, consisting of an excited synchronous machine, a synchronous exciter, asynchronous and inductor exciters combined in one reversed-type magnetic system with the number of pole pairs P> 2 of explicit pole design, the excitation winding is placed on the poles, and in the grooves pole tips combined anchor winding of these exciters, performed in increments of an odd number of pole divisions of the working harmonic of the tooth order result a four-phase anchor winding of the pathogen, made with the number of grooves per pole and a phase equal to unity, characterized in that the magnetic system of the pathogen inductor consists of poles with electromagnetic and combined magnetoelectric and electromagnetic excitation, and the number of poles with combined excitation there is an even number, in addition, poles with combined excitation are made of different and alternating polarity and are located symmetrically around of the inductor, and in the grooves of the pole tips with combined excitation, two coils with different steps are placed, one of these coils is made with the same step as the step of the coils of the combined anchor winding of exciters placed in the grooves of the pole tips with electromagnetic excitation, the second of these the coils are made in increments that are a multiple of an even number of pole divisions of the working harmonic of the tooth order of the resulting field in the air gap, the anchor winding of the pathogen has one or more parallel branches, the maximum number of which is equal to the number of poles with combined excitation, and between the grooves filled with the anchor winding of the pathogen, grooves of smaller depth are made, not filled with the specified winding.

2. The machine according to p. 1, characterized in that the coils located in the grooves of the pole tips with combined excitation and having a step that is a multiple of an even number of pole divisions of the working harmonic of the tooth order of the resulting field in the air gap are connected in series according to, the coils placed in the grooves pole tips with combined excitation and made with the same step as the pitch of the coils of the combined anchor winding of exciters, located in the pole tips with electromagnetic excitation, also inens consistently according to.