RU2194351C2 - Multiple-network generator plant - Google Patents
Multiple-network generator plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194351C2 RU2194351C2 RU2000113710/09A RU2000113710A RU2194351C2 RU 2194351 C2 RU2194351 C2 RU 2194351C2 RU 2000113710/09 A RU2000113710/09 A RU 2000113710/09A RU 2000113710 A RU2000113710 A RU 2000113710A RU 2194351 C2 RU2194351 C2 RU 2194351C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator set
- set according
- winding
- grid generator
- windings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к полисетевым (обслуживающим несколько различных сетей) электрическим синхронным генераторам и найдет применение преимущественно в тех объектах техники и при выполнении тех работ, где одновременно требуется несколько источников электрического тока различного вида и напряжения, при высокой мобильности, компактности, надежности и долговечности. The invention relates to the field of engineering, namely to multi-grid (serving several different networks) electric synchronous generators and will find application mainly in those objects of technology and when performing those jobs where several sources of electric current of various types and voltages are simultaneously required, with high mobility, compactness , reliability and durability.
Эта давняя проблема пока не имеет оптимального решения. Ее обычно решают тремя не лучшими способами. This long-standing problem does not yet have an optimal solution. It is usually solved in three not the best ways.
1. С помощью трансформатора, подключенного к электрической сети и имеющего на выходных клеммах набор нужных напряжений. Этим создается полисетевая установка, но она не обладает мобильностью. 1. Using a transformer connected to the mains and having a set of the required voltages on the output terminals. This creates a multi-network installation, but it does not have mobility.
2. С помощью нескольких дизель-генераторов с требуемым напряжением. Такая полисетевая установка теряет компактность. 2. Using several diesel generators with the required voltage. Such a multi-network installation loses compactness.
3. С помощью монтирования на одном приводном валу нескольких электрогенераторов, например, как это выполнено у аналога. Таковым взята двухсетевая генераторная установка. Она содержит два генератора, которые на двух парах подшипниковых опор установлены на общем валу, и два статора, закрепленных на корпусе. Между статорами выполнен в виде отдельного кожуха неподвижный узел с обмоткой возбуждения - общей для двух генераторов, питающих две независимые электрические сети /1/. Удвоение числа обслуживаемых сетей здесь достигнуто путем удвоения главных частей и деталей установки. Это снижает надежность и увеличивает габаритные размеры. 3. By mounting on a single drive shaft several power generators, for example, as is done with the analogue. This is a dual-network generator set. It contains two generators, which are mounted on a common shaft on two pairs of bearings, and two stators mounted on the housing. Between the stators, a fixed unit with an excitation winding is made in the form of a separate casing - common for two generators supplying two independent electric networks / 1 /. Doubling the number of networks served here is achieved by doubling the main parts and installation details. This reduces reliability and increases overall dimensions.
Указанные недостатки в значительной мере устранены в двухсетевой генераторной установке, взятой в качестве прототипа. These disadvantages are largely eliminated in the dual-network generator set, taken as a prototype.
Установка содержит корпус, роторный модуль, включающий установленный в подшипниковых опорах вал с ротором на нем, модуль возбуждения с обмоткой возбуждения в электроизолирующем каркасе и статор с двумя m-фазными якорными обмотками, одна из которых является началом основной электрической сети с последующими элементами - регулятором напряжения и выводными клеммами, а вторая обмотка - начало дополнительной сети. На полюсах ротора установлена дополнительная обмотка возбуждения, подключенная к контактным кольцам /2/. The installation comprises a housing, a rotor module, including a shaft installed in the bearing bearings with a rotor on it, an excitation module with an excitation winding in an electrically insulating frame, and a stator with two m-phase anchor windings, one of which is the beginning of the main electrical network with the following elements - a voltage regulator and output terminals, and the second winding is the beginning of an additional network. At the poles of the rotor has an additional field winding connected to the slip rings / 2 /.
Такая генераторная установка имеет ряд технических решений, которые не способствуют достижению максимальной компактности, надежности и долговечности. Наличие двух обмоток возбуждения, каждая из которых регулирует напряжение своей сети, значительно увеличивает общие габаритные размеры. Принципиально необходимое для данной конструкции требование, чтобы якорные обмотки статора имели различное число полюсов, приводит к неполному использованию магнитного потока ротора для создания электродвижущей силы (ЭДС), что снижает ее мощность. Так, наличие на полюсах ротора дополнительной обмотки возбуждения, подключенной к контактным кольцам, снижает надежность и долговечность генераторной установки. Such a generator set has a number of technical solutions that do not contribute to achieving maximum compactness, reliability and durability. The presence of two field windings, each of which regulates the voltage of its network, significantly increases the overall overall dimensions. Essentially necessary for this design, the requirement that the stator armature windings have a different number of poles leads to the incomplete use of the rotor magnetic flux to create an electromotive force (EMF), which reduces its power. Thus, the presence of an additional field winding at the poles of the rotor connected to the slip rings reduces the reliability and durability of the generator set.
Единой целью заявляемого изобретения является получение общего технического результата - достижение наивысшей компактности при высокой надежности и долговечности полисетевой генераторной установки. Компактность конструкции достигается либо снижением габаритных размеров при сохранении мощности, либо повышением мощности при неизменных габаритных размерах. Повышение компактности конструкции приводит также к снижению ее удельной массы, а следовательно, к улучшению массогабаритных показателей. The single purpose of the claimed invention is to obtain a common technical result - the achievement of the highest compactness with high reliability and durability of a multi-grid generator set. Compact design is achieved either by reducing overall dimensions while maintaining power, or by increasing power with constant overall dimensions. An increase in the compactness of the structure also leads to a decrease in its specific gravity, and, consequently, to an improvement in overall dimensions.
Первый шаг в достижении единой цели изложен в п.1 формулы изобретения. В нем предлагается усовершенствовать полисетевую генераторную установку, имеющую корпус, роторный модуль, включающий установленный в подшипниковых опорах вал с ротором на нем, модуль возбуждения с обмоткой возбуждения в электроизолирующем каркасе и статор с более чем одной m-фазной якорной обмоткой, одна из которых является началом основной электрической сети с последующими элементами - регулятором напряжения и выводными клеммами, а другие дополнительными. The first step in achieving a common goal is set forth in
Усовершенствование заключается в том, что дополнительные якорные обмотки выполнены с числом полюсов, равным числу полюсов основной. Такое техническое решение позволяет размещать на едином статоре любое количество якорных обмоток для обслуживания своих собственных сетей и регулировать их единой обмоткой возбуждения. Это позволяет значительно повысить компактность полисетевой генераторной установки. The improvement lies in the fact that additional anchor windings are made with the number of poles equal to the number of poles of the main. This technical solution allows you to place any number of anchor windings on a single stator to service your own networks and regulate them with a single field winding. This can significantly increase the compactness of the multi-grid generator set.
Следующие два пункта формулы являются вариантами исполнения по п.1 с тем же техническим эффектом. Первый из них, изложенный в п.2, заключается в том, что равное число полюсов на основной и дополнительных якорных обмотках статора реализовано конструктивной схемой, предусматривающей равный шаг катушечных групп во всех обмотках. Второй, изложенный в п.3, заключается в том, что равное число полюсов на основной и дополнительных якорных обмотках статора реализовано конструктивной схемой, предусматривающей равный относительный шаг катушечных групп во всех обмотках. Первый вариант предпочтительнее применять на однослойных обмотках, а второй - на обмотках с двумя и более слоями. The following two claims are embodiments according to
Следующее усовершенствование заключается в том, что в генераторной установке по п.п.1-3 хотя бы одна дополнительная сеть снабжена ограничителем напряжения. Это обеспечивает точность регулирования независимых сетей при перекосах нагрузки по сетям. Ограничитель напряжения компенсирует разницу в ЭДС, вызванную падением напряжения на внутреннем сопротивлении якорной обмотки. Наличие ограничителя напряжения позволяет уменьшить сечения проводов якорных обмоток, за счет этого снизить размеры статора и повысить компактность генераторной установки. The next improvement is that in the generator set according to items 1-3, at least one additional network is equipped with a voltage limiter. This ensures accurate regulation of independent networks in case of load distortions across networks. The voltage limiter compensates for the difference in the EMF caused by the voltage drop across the internal resistance of the armature winding. The presence of a voltage limiter can reduce the cross-section of the wires of the anchor windings, thereby reducing the size of the stator and increasing the compactness of the generator set.
Усовершенствование по п.5 заключается в том, что основная обмотка и по крайней мере одна дополнительная имеют фазовый сдвиг относительно друг друга. Благодаря этому уменьшается суммарная размагничивающая сила статора и увеличивается магнитная индукция в зазоре на режимах отбора мощности. За счет этого повышается мощность генераторной установки, а следовательно, и компактность. The improvement according to
Следующий шаг в достижении единой цели, повышение компактности, отражен в п. 6 формулы. Он заключается в том, что по крайней мере одна электрическая сеть с ограничителем напряжения снабжена выпрямителем. Это упрощает конструкцию ограничителя напряжения и уменьшает его габаритные размеры. The next step in achieving a common goal, increasing compactness, is reflected in
Следующее усовершенствование заключается в том, что в генераторной установке по п.6 диоды выпрямителя заменены стабилитронами, например диодами Зенера. При таком техническом решении функции ограничителя напряжения выполнят стабилитроны или диоды Зенера, и потребность в отдельном его устройстве отпадает. Соответственно уменьшаются общие габаритные размеры и повышается компактность. The next improvement is that in the generator set according to
Дополнительный шаг в достижении единой цели отражен в п.8 формулы изобретения. Он заключается в том, что в генераторной установке по п.п. 6 и 7 по крайней мере половина диодов выпрямителя, соединенных с одним из выходов выпрямителя, преимущественно с отрицательным, заменена тиристорами, а ограничитель напряжения заменен блоком управления, стабилизирующим напряжение сети, и каждый тиристор подсоединен к блоку управления. Такое техническое решение позволяет реализовывать в дополнительной сети значительно большую электрическую мощность и за счет этого повышать компактность. Замена тиристорами той половины диодов, что соединена с отрицательным выходом выпрямителя, позволяет монтировать их на едином радиаторе, а это дополнительно снижает габаритные размеры. Следует отметить, что тиристорами могут быть заменены все диоды выпрямителя, но по экономическим и конструктивным соображениям это не целесообразно. An additional step in achieving a common goal is reflected in
Следующий шаг в достижении единой цели отражен в п.9 формулы. Он заключается в том, что совокупность признаков с 1 по 8 п.п. формулы изобретения взаимосвязана конструктивно и функционально с роторным модулем, включающим вал с вращающимся магнитопроводом, на котором закреплен венец несущих когтей с расположенным в его промежутках венцом навесных когтей, имеющих фиксатор от окружных и осевых перемещений, внутри венцов несущих и навесных когтей соосно расположен, закрепленный на корпусе неподвижный магнитопровод с обмоткой возбуждения на нем в электроизолирующем каркасе, размещенной так, что сердечник обмотки составляют две втулки с зазором, одна из которых является частью неподвижного магнитопровода, а вторая - частью вращающегося магнитопровода. The next step in achieving a common goal is reflected in
При такой совокупности признаков возникает сверхсуммарный эффект, позволяющий питать обмотку возбуждения сетью с наиболее высоким напряжением. Это, в свою очередь, дает возможность снижения величины силы тока коммутируемого регулятором напряжения, что снижает мощность тепловыделения на нем. А это позволяет уменьшить его габаритные размеры, в том числе и за счет уменьшения его радиатора. Компактность при этом повышается. Увеличение напряжения требует снижения диаметра провода обмотки возбуждения, что при ее размещении на роторе приводило бы к снижению надежности из-за понижения механической прочности провода. За счет неподвижного размещения обмотки возбуждения в предлагаемом техническом решении снижения надежности не происходит. Отсутствие контактных колец освобождает пространство в центральной части за задней крышкой и позволяет размещать несколько диодных мостов для обслуживания двух и более сетей. With such a combination of features, an over-total effect arises, which allows the field winding to be powered by the network with the highest voltage. This, in turn, makes it possible to reduce the magnitude of the current switched by the voltage regulator, which reduces the power of heat generation on it. And this allows us to reduce its overall dimensions, including by reducing its radiator. Compactness increases. An increase in voltage requires a decrease in the diameter of the field winding wire, which, when placed on the rotor, would lead to a decrease in reliability due to a decrease in the mechanical strength of the wire. Due to the fixed placement of the field winding in the proposed technical solution, a decrease in reliability does not occur. The absence of slip rings frees up space in the central part behind the back cover and allows you to place several diode bridges for servicing two or more networks.
Усовершенствование по п.10 заключается в том, что в конструкцию вносится дополнительный признак конструктивно и функционально связанный с п.9 формулы. Оно заключается в том, что перемычки выполнены из диамагнитного материала с удельным электрическим сопротивлением ниже, чем у материала когтей, и образуют сплошной замкнутый контур, охватывающий боковые поверхности навесных когтей со всех сторон, а прилежащие к каждой торцевой стороне когтей перемычки соединены между собой так, что образуют замкнутые кольца. The improvement according to
При такой совокупности признаков перемычки образуют демпфирующую асинхронную обмотку ротора, которая, взаимодействуя с высшими гармониками от различных сетей, перераспределяет электрическую мощность по сетям в зависимости от их загруженности. Что увеличивает фактическую мощность каждой из сетей и генераторной установки в целом. With this set of signs, the jumpers form a damping asynchronous rotor winding, which, interacting with higher harmonics from various networks, redistributes the electric power across the networks depending on their load. Which increases the actual power of each of the networks and the generator set as a whole.
Следующее усовершенствование заключается в том, что в генераторной установке по п.п.9 и 10 на конце втулки неподвижного магнитопровода выполнен диск из магнитопроводного материала, наружная поверхность которого образует с поверхностью подвижного магнитопровода радиальное продолжение зазора между втулками, образующими сердечник обмотки возбуждения, а каркасом обмотки возбуждения является кольцевая поверхность неподвижного магнитопровода, защищенная электроизоляционным покрытием. A further improvement consists in the fact that in the generator set according to
Такое техническое решение позволяет отказаться от отдельного электроизолирующего каркаса, перенеся его функцию на неподвижный магнитопровод. Его материал позволяет повысить интенсивность теплоотвода от обмотки возбуждения и за счет этого повысить в ней плотность тока. Что в свою очередь при сохранении намагничивающей силы позволяет снизить диаметр провода и для этого используется сеть с наиболее высоким напряжением. Это приводит к снижению габаритных размеров обмотки возбуждения и электрической машины в целом. This technical solution allows you to abandon a separate electrical insulating frame, transferring its function to a fixed magnetic circuit. Its material makes it possible to increase the intensity of heat removal from the field winding and thereby increase the current density in it. Which, in turn, while maintaining the magnetizing force, allows to reduce the diameter of the wire and for this, the network with the highest voltage is used. This leads to a decrease in the overall dimensions of the field winding and the electrical machine as a whole.
Следующий шаг в достижении единой цели отражен в п.12 формулы Он заключается в том, что совокупность признаков п.п.9, 10 и 11 взаимосвязана конструктивно и функционально с роторным модулем, имеющим симметрично себе второй тождественный роторный модуль, и статором, выполненным общим для обеих половин ротора. Такое удвоение значительно повышает компактность. Мощность генератора удваивается, а длина машины возрастает в среднем на 25%. При этом часть длины обмоточного провода, приходящаяся на лобовые вылеты, уменьшается по отношению к активной части длины провода, находящегося в пазах статора. По этой причине внутреннее сопротивление всех якорных обмоток на единицу мощности снижается. В заявляемой полисетевой генераторной установке это приводит к появлению сверхсуммарного эффекта, заключающегося в повышении точности регулирования дополнительных сетей. Это приводит к уменьшению мощности ограничителей напряжений и за счет этого к дополнительному повышению компактности. The next step in achieving a common goal is reflected in
Усовершенствование по п.13 заключается в том, что совокупность признаков п. п.1-12 взаимосвязана конструктивно и функционально с измененным статором, выполненным с числом пазов Z = 2 • p • m, где 2 • р - количество полюсов ротора, m - число фаз, при этом фазные обмотки хотя бы одной якорной обмотки уложены со сдвигом на один паз, а ближайшие друг к другу выводы попарно соединены. The improvement according to
Такое техническое решение связано с принципиально большим количеством выводов у якорной обмотки полисетевого генератора, что затрудняет их размещение и присоединение к выводным клеммам. Предлагаемая конструкция формирует выводы якорной обмотки для одной сети максимально приближенными друг к другу, что позволяет разместить выводы всей якорной обмотки равномерно по окружности. При этом фазные обмотки соединяются в "треугольник" и не имеют концевого спая, наличие которого у соединения типа "звезда" увеличивает габариты и особенно в полисетевой генераторной установке. Все это позволяет уменьшить пространство, резервируемое для размещения и соединения выводов, а следовательно, повысить компактность. This technical solution is associated with a fundamentally large number of conclusions at the anchor winding of the multiset generator, which complicates their placement and connection to the output terminals. The proposed design forms the conclusions of the anchor winding for one network as close as possible to each other, which allows you to place the conclusions of the entire anchor winding evenly around the circumference. In this case, the phase windings are connected in a “triangle” and do not have an end junction, the presence of which in a star-type connection increases the dimensions, and especially in a multi-grid generator set. All this allows you to reduce the space reserved for the placement and connection of leads, and therefore, increase compactness.
Следующий шаг в достижении единой цели отражен в п.14 формулы. Он заключается в том, что вся якорная обмотка является началом одной сети с наибольшим напряжением, а, по крайней мере, одна часть этой же обмотки служит началом второй электрической цепи с меньшим напряжением. The next step in achieving a common goal is reflected in
При таком решении одна и та же часть якорной обмотки обслуживает две и более независимые сети за счет совмещения функций. Размеры статора уменьшаются, а компактность установки, соответственно, повышается. With this solution, the same part of the anchor winding serves two or more independent networks due to the combination of functions. The dimensions of the stator are reduced, and the compactness of the installation, respectively, increases.
Следующее усовершенствование заключается в том, что в генераторной установке по п. п. 1-13 минимум одна пара якорных обмоток соединена друг с другом так, что первая обмотка соединена m-фазной "звездой", а фазные обмотки второй являются продолжениями их лучей. При таком решении одна и та же часть якорной обмотки обслуживает две и более независимые сети за счет совмещения функций, также как и в п.14 формулы изобретения. Принципиальным отличием является то, что каждая часть такой обмотки размещена по всей окружности статора и взаимодействует со всем магнитным потоком ротора. При этом точность регулирования по сетям повышается и мощность ограничителя напряжения снижается. Размеры статора уменьшаются за счет совмещения функций проводами обмоток, а также за счет уменьшения размеров ограничителей напряжения. Компактность генераторной установки соответственно повышается. A further improvement is that in the generator set according to
Следующий шаг в достижении единой цели отражен в п.16 формулы. Он заключается в том, что минимум одна пара якорных обмоток соединены друг с другом так, что первая обмотка соединена m-фазным "треугольником", а фазные обмотки второй являются продолжениями их сторон. При этом достигаемый эффект аналогичен решению по 15 п. формулы изобретения. The next step in achieving a common goal is reflected in
Усовершенствование по п. 17 заключается в том, что по крайней мере две электрические сети снабжены выпрямителями и со стороны выпрямленного тока соединены последовательно. При этом достигаемый эффект аналогичен решению по 15 п. формулы изобретения. An improvement according to
Следующее усовершенствование заключается в том, что в полисетевой генераторной установке по п.17 якорная обмотка одной из двух электрических сетей, снабженных выпрямителями и соединенных последовательно со стороны выпрямленного тока, соединена в треугольник, а вторая - в звезду. При таком техническом решении переменный ток в обмотках сдвинут по фазе на 30o. Это приводит к тому, что уменьшается амплитуда пульсаций со стороны выпрямленного тока в сети, объединяющей обе обмотки. По этой причине снижается мощность сглаживающих фильтров и упрощается конструкция ограничителей напряжения, что приводит к уменьшению занимаемых ими габаритных размеров, а значит к повышению компактности всей генераторной установки.The next improvement consists in the fact that in the multi-grid generator set according to
Существо изобретения поясняют прилагаемые эскизные чертежи и схемы. The invention is illustrated by the accompanying outline drawings and diagrams.
На фиг.1 изображена конструкция, в которой реализован 1-ый вариант заявляемой полисетевой генераторной установки. Figure 1 shows the design in which the first embodiment of the inventive multi-grid generator set is implemented.
На фиг.2 изображена схема электрическая принципиальная, общая для обоих вариантов заявляемой полисетевой генераторной установки. Figure 2 shows an electrical circuit diagram common to both versions of the inventive multi-grid generator set.
На фиг.3 изображена схема электрическая принципиальная, реализующая 8 п. формулы изобретения, общая для обоих вариантов заявляемой полисетевой генераторной установки. Figure 3 shows a schematic electrical diagram that implements 8 p. Claims that is common to both versions of the inventive multi-grid generator set.
На фиг.4 изображен поперечный разрез полисетевой бесконтактной (бесщеточной) автомобильной генераторной установки, в которой реализован 2-ой вариант заявляемой конструкции. Figure 4 shows a cross section of a multi-network non-contact (brushless) automotive generator set, which implements the 2nd version of the claimed design.
На фиг. 5 изображен вариант схемы электрической принципиальной ограничителя напряжения последовательного типа. In FIG. 5 shows an embodiment of a circuit diagram of an electrical principle voltage limiter of a sequential type.
На фиг. 6 изображен вариант схемы электрической принципиальной ограничителя напряжения последовательного типа. In FIG. 6 shows an embodiment of a circuit diagram of an electrical principle voltage limiter of a sequential type.
На фиг. 7 изображена развертка наружной поверхности ротора генераторной установки по фиг.4. In FIG. 7 shows a scan of the outer surface of the rotor of the generator set of FIG.
На фиг.8 изображена электрическая схема соединения обмоток по пункту 14. On Fig shows an electrical diagram of the connection of the windings in
На фиг.9 изображена электрическая схема соединения обмоток по пункту 13. Figure 9 shows the electrical connection diagram of the windings according to
На фиг. 10 изображена электрическая схема соединения обмоток по пункту 15. In FIG. 10 shows a wiring diagram of the windings according to
На фиг. 11 изображена электрическая схема соединения обмоток по пункту 16. In FIG. 11 shows a wiring diagram of the windings according to
Заявляемые усовершенствования полисетевой генераторной установки достаточно легко, без принципиальных конструктивных изменений реализуются во всех видах синхронных генераторов. Первый пример реализации изобретения в классической конструкции синхронного генератора показан на фиг.1, а принципиальная схема на фиг.2 и 3. The claimed improvements to the multi-grid generator set are quite easy, without fundamental structural changes are implemented in all types of synchronous generators. The first example implementation of the invention in the classical design of a synchronous generator is shown in figure 1, and the circuit diagram in figure 2 and 3.
Полисетевая генераторная установка содержит корпус, имеющий переднюю 1 и заднюю 2 крышки, в котором установлен статор 3 и роторный модуль. Роторный модуль включает установленный в подшипниковых опорах 4 вал 5 и ротор 6. На роторе смонтирован модуль возбуждения с обмоткой возбуждения 7, размещенной на полюсах ротора в электроизолирующем каркасе 8. The multi-grid generator set comprises a housing having a
Статор 3 имеет сердечник с продольными пазами на внутренней поверхности. В пазах уложены n трехфазных обмоток (фиг.2). Одна обмотка 9 - основная и является началом основной электрической сети 10. На ней последовательно подключены регулятор напряжения 11 и выводные клеммы 12. Последующие электрические сети 13 являются дополнительными. Якорные обмотки 14, служащие началом дополнительных сетей 13, выполнены с числом полюсов, равным числу полюсов основной обмотки. Только в этом случае появляется возможность размещать на едином статоре две якорные обмотки и более. Равное число полюсов на основной и дополнительных обмотках обеспечивается, например, такими конструктивными путями:
- равным шагом катушечных групп во всех обмотках;
- равным относительным шагом обмоток.The
- equal pitch of coil groups in all windings;
- equal relative pitch of the windings.
Второй путь возможен для обмоток с двумя и более слоями. The second way is possible for windings with two or more layers.
Для уменьшения сечения проводов якорных обмоток дополнительная сеть 13 снабжена ограничителем напряжения 15. Реализация ограничителя напряжения 15 может быть двух типов - последовательного (фиг.5) и параллельного (фиг.6). Он включает систему управления 16, силовой ключ 17 и регулирующую нагрузку 18, в качестве которой может быть, например, резистор. Функции силового ключа может исполнять транзистор, например полевой, как показано на фиг.5 и 6. To reduce the cross-section of the wires of the anchor windings, the
При размещении обмоток на статоре 3 дополнительная обмотка 14 имеет фазовый сдвиг относительно основной обмотки 9. Тем самым уменьшается суммарная размагничивающая сила статора 3 и увеличивается магнитная индукция в зазоре в нагруженных режимах. When placing the windings on the
В целях упрощения конструкции ограничителя напряжения дополнительная сеть 13 с ограничителем напряжения 15 снабжена выпрямителем 19. In order to simplify the design of the voltage limiter, an
Диоды выпрямителя могут быть выполнены стабилитронами 20, например диодами Зенера. В этом случае сам выпрямитель 21 выполняет функции ограничителя напряжения и отдельная его конструкция не требуется. Это применено в конструкции, схема которой показана на фиг.2. The rectifier diodes can be made
Другим вариантом регулирования напряжения дополнительной сети 13 является техническое решение, показанное на фиг.3. Оно предусматривает, что по крайней мере половина диодов выпрямителя 19, соединенных с обозначенным на схеме как ХР3 отрицательным выходом выпрямителя, заменена тиристорами 22. Ограничитель напряжения заменен блоком управления 23, стабилизирующим напряжение сети, и каждый тиристор 22 подсоединен к блоку управления 23. Another option for regulating the voltage of the
Второй пример реализации изобретения в наиболее усовершенствованной конструкции синхронного генератора показан на фиг.4, а принципиальная схема на фиг.2 и 3. The second example implementation of the invention in the most advanced design of the synchronous generator is shown in figure 4, and the circuit diagram in figure 2 and 3.
Полисетевая генераторная установка содержит корпус, включающий переднюю 1 и заднюю 2 крышки, в котором установлен статор 3 и роторный модуль. The multi-grid generating set includes a housing including a
Статор 3 имеет сердечник с продольными пазами на внутренней поверхности. В пазах уложены n 3-фазных обмоток (фиг.2). Одна обмотка 9 - основная и является началом основной электрической сети 10. На ней последовательно подключены регулятор напряжения 11 и выводные клеммы 12. Последующие электрические сети 13 являются дополнительными. Якорные обмотки 14, служащие началом дополнительных сетей 13, выполнены с числом полюсов, равным числу полюсов основной обмотки. Для уменьшения сечения проводов якорных обмоток дополнительная сеть 13 снабжена ограничителем напряжения 15. The
При размещении обмоток на статоре 3 дополнительная обмотка 14 имеет фазовый сдвиг относительно основной обмотки 9. Тем самым уменьшается суммарная размагничивающая сила статора 3 и увеличивается магнитная индукция в зазоре в нагруженных режимах. When placing the windings on the
В целях упрощения конструкции ограничителя напряжения дополнительная сеть 13 с ограничителем 15 снабжена выпрямителем 19. Реализация ограничителя напряжения 15 может быть двух типов - последовательного (фиг.5) и параллельного (фиг.6). In order to simplify the design of the voltage limiter, the
Диоды выпрямителя могут быть выполнены стабилитронами 20, например диодами Зенера. В этом случае сам выпрямитель 21 выполняет функции ограничителя напряжения и отдельная его конструкция не требуется. Это применено в конструкции, схема которой показана на фиг.2. The rectifier diodes can be made
Другим вариантом регулирования напряжения дополнительной сети 13 является техническое решение, показанное на фиг.3. Оно предусматривает, что по крайней мере половина диодов выпрямителя 19, соединенных с отрицательным выходом выпрямителя, заменена тиристорами 22. Ограничитель напряжения заменен блоком управления 23, стабилизирующим напряжение сети, и каждый тиристор 22 подсоединен к блоку управления 23. Another option for regulating the voltage of the
Роторный модуль включает установленный в подшипниковых опорах 4 вал 5 с вращающимся магнитопроводом 24. На магнитопроводе закреплен или выполнен за одно целое венец 25 несущих когтей 26. В промежутках между когтями 26 расположены навесные когти 27, объединенные в венец 28. Навесные когти 27 имеют фиксатор 29 от окружных и осевых перемещений. Фиксатор 29 выполнен минимум у двух когтей хотя бы одного венца. Оптимальный вариант - у двух диаметрально противоположных когтей. При этом фиксатор 29 представляет собой созданную из магнитопроводного материала перемычку между торцевой частью когтя 26 и прилежащей к ней поверхностью выемки между соседними когтями 27. На фиг.4 и 7 показано другое исполнение фиксатора 29 с измененными перемычками. Они выполнены из диамагнитного материала с удельным электрическим сопротивлением ниже, чем у материала когтей, и образуют сплошной замкнутый контур, охватывающий боковые поверхности навесных когтей со всех сторон, а прилежащие к каждой торцевой стороне когтей перемычки, соединены между собой так, что образуют замкнутые кольца 30. При этом фиксатор 29 образует демпфирующую асинхронную обмотку ротора, которая, взаимодействуя с высшими гармониками от различных сетей, перераспределяет электрическую мощность по сетям в зависимости от их загруженности. The rotor module includes a
Внутри венцов 25 и 28 несущих и навесных когтей соосно расположен закрепленный на корпусе модуль возбуждения с неподвижным магнитопроводом 31 и обмоткой возбуждения 7, расположенной внутри электроизолирующего каркаса (фиг.4). Inside the
Обмотка возбуждения выполнена так, что сердечник обмотки составляет две втулки с зазором 32. Одна из втулок 33 является частью неподвижного магнитопровода 31, а вторая втулка 34 - частью вращающегося 24. The field winding is designed so that the core of the winding is two bushings with a
Повышает компактность машины и то, что поверхности втулок 33 и 34, образующие зазор 32, выполнены в форме соосных конусов (фиг.4). На конце втулки 33 неподвижного магнитопровода 31 выполнен диск 35 из магнитопроводного материала, например, за одно целое с неподвижным магнитопроводом 31. Его наружная поверхность образует с поверхностью вращающегося магнитопровода 24 зазор 36, являющийся радиальным продолжением зазора 32. При этом площадь воздушного зазора между вращающимся 24 и неподвижным 31 магнитопроводами увеличивается, а следовательно, снижается его сопротивление магнитному потоку. Increases the compactness of the machine and the fact that the surfaces of the
На фиг.4 показано следующее усовершенствование патентуемой генераторной установки. Каркасом обмотки возбуждения 7 является кольцевая поверхность 37 неподвижного магнитопровода 31, защищенная электроизоляционным покрытием, например лаком или грунтовкой. Это позволяет отказаться от отдельного электроизолирующего каркаса, перенеся его функции на неподвижный магнитопровод. Figure 4 shows the following improvement of a patented generator set. The frame of the field winding 7 is the
На фиг 4 показан в разрезе вариант компоновки заявляемой генераторной установки с удвоением роторного модуля и удвоением длины статора 3. В этом варианте роторныймодуль имеет симметрично себе второй тождественный роторный модуль, в результате чего ротор состоит из двух половин, расположенных по обе стороны плоскости симметрии, показанной линией А. Количество модулей возбуждения также удваивается. Статор 3 выполнен общим для обеих половин ротора. Такое удвоение значительно повышает компактность. Мощность генератора удваивается, а длина машины возрастает в среднем только на 25%. Дополнительным эффектом является снижение размеров ограничителя напряжения. In Fig. 4, a sectional view of an arrangement of the inventive generator set with doubling of the rotor module and doubling of the length of the
Статор 3 выполнен с числом пазов Z=2•р•m, где 2•р - количество полюсов ротора, m - число фаз. При этом фазные обмотки хотя бы одной якорной обмотки уложены со сдвигом на один паз, а ближайшие друг к другу выводы попарно соединены. При этом повышается компактность размещения выводов якорных обмоток за счет их равномерного распределения по окружности. Схема выполнения одной такой якорной обмотки в 36-пазовом статоре в трехфазном варианте с равным шагом катушечных групп показана на фиг.9.
Следующими усовершенствованиями, направленными на повышение компактности полисетевой генераторной установки, являются варианты исполнения и соединения якорных обмоток статора. The following improvements aimed at increasing the compactness of the multi-grid generator set are options for the execution and connection of the stator armature windings.
По первому варианту (фиг.8) вся якорная обмотка 9 является началом одной сети, например основной 10, с наибольшим напряжением, а по крайней мере одна часть этой же обмотки служит началом второй электрической цепи 13 с меньшим напряжением. According to the first embodiment (Fig. 8), the entire anchor winding 9 is the beginning of one network, for example, the main 10, with the highest voltage, and at least one part of the same winding serves as the beginning of the second
По второму варианту (фиг.10) минимум одна пара якорных обмоток соединена друг с другом так, что первая обмотка соединена m-фазной "звездой", а фазные обмотки второй являются продолжениями их лучей. According to the second variant (Fig. 10), at least one pair of anchor windings is connected to each other so that the first winding is connected by an m-phase "star", and the phase windings of the second are extensions of their rays.
По третьему варианту (фиг.11) минимум одна пара якорных обмоток соединены друг с другом так, что первая обмотка соединена m-фазным "треугольником", а фазные обмотки второй являются продолжениями их сторон. According to the third variant (Fig. 11), at least one pair of anchor windings are connected to each other so that the first winding is connected by an m-phase "triangle", and the phase windings of the second are extensions of their sides.
По четвертому варианту (фиг.2 и 3) по крайней мере две электрические сети снабжены выпрямителями 19 или 21 и со стороны выпрямленного тока соединены последовательно. According to the fourth embodiment (FIGS. 2 and 3), at least two electric networks are equipped with
По пятому варианту (фиг.2 и 3) якорная обмотка одной из электрических сетей, снабженных выпрямителями 19 или 21 и соединенных последовательно со стороны выпрямленного тока, соединена в треугольник, а вторая - в звезду. According to the fifth embodiment (FIGS. 2 and 3), the anchor winding of one of the electrical networks equipped with
Во всех этих вариантах происходит совмещение функций - один проводник обслуживает две и более сетей. Начиная со второго варианта у генераторной установки проявляется дополнительный эффект, позволяющий уменьшить мощность ограничителей напряжения 15 и снизить их габариты. Начиная с четвертого варианта, конструкция ограничителей напряжения 15 упрощается, что приводит к дополнительному снижению их размеров. In all of these cases, functions are combined - one conductor serves two or more networks. Starting from the second option, the generating set exhibits an additional effect, which makes it possible to reduce the power of
Вышеописанный второй пример реализации заявляемого изобретения осуществлен в виде действующих опытных образцов предельно компактных полисетевых генераторных установок (фиг.4). Она работает в следующем порядке. На вал 5 подают механическую энергию вращения от внешнего источника. Вращение передают на вал, например, через шкив 38, через муфту или любое иное кинематическое средство. Вал 5 приводит в движение вращающийся магнитопровод 24 и выполненные на нем венец 25 несущих когтей и венец 28 навесных когтей. The above-described second example of the implementation of the claimed invention is implemented in the form of existing prototypes of extremely compact multi-grid generator sets (Fig. 4). She works in the following order. On the
За счет остаточной намагниченности магнитопровода и когтей или в результате подачи пускового импульса тока на обмотку возбуждения 7 в когтях возникает начальный магнитный поток, который, "сцепляясь" с якорными обмотками 9 и 14 статора 3, наводит в них ЭДС. Этот начальный ток через регулятор напряжения 11 и в некоторых вариантах выпрямитель 19 (фиг.2) подводится к выводным клеммам 12. От них часть тока идет потребителю, а другая часть через регулятор напряжения 11 подается на выводы 39 обмотки возбуждения 7. Регулятор напряжения 11 управляет силой тока в параллельной обмотке возбуждения для стабилизации напряжения электрического тока, направляемого потребителю основной сетью. Due to the residual magnetization of the magnetic circuit and claws or as a result of applying a starting current pulse to the excitation winding 7, an initial magnetic flux appears in the claws, which, “mating” with the
Электрический ток в обмотке возбуждения 7 индуцирует в ее сердечнике однонаправленный магнитный поток. При выходе из сердечника магнитный поток раздваивается. Одно направление идет по магнитопроводу 24 к периферии и к несущим когтям 26, а другое через воздушный зазор 32 в сердечнике по неподвижному магнитопроводу 31 через зазор 40 в венец навесных когтей 28 и непосредственно в навесные когти 27. При этом на несущих когтях 26 образуется один магнитный полюс, а на навесных когтях 27 - другой полюс. An electric current in the field winding 7 induces a unidirectional magnetic flux in its core. When leaving the core, the magnetic flux bifurcates. One direction goes along the
При вращении ротора сквозь все якорные обмотки 9 и 14 протекает один и тот же магнитный поток чередующейся полярности. Во всех якорных обмотках наводится ЭДС. Нагрузка генератора может быть различной и по мощности нагружения сетей и по распределению нагрузки между сетями. Во всех случаях регулятор напряжения 11 обеспечивает стабильность напряжения основной сети 10. При равномерном нагружении сетей, т. е. при равном отношении нагрузок к располагаемой мощности сети, обеспечивается стабилизация напряжения по всем сетям. Однако при значительных перекосах загруженности сетей напряжение на дополнительных сетях 13, не оборудованных ограничителем напряжения 15, может повышаться до значения на 30% большего номинального. Такие сети могут использоваться для нагрузок, не боящихся скачков напряжения. Для более ответственных нагрузок сети снабжают ограничителями напряжения 15, например такими, схемы которых приведены на фиг.5 и 6. Они работают следующим образом. Система управления 16 отслеживает напряжение дополнительной сети 13 и при превышении номинала она подает управляющий сигнал на силовой ключ 17, который замыкает сеть на регулирующее сопротивление 18. Оно нагружает сеть и компенсирует перекос нагрузок. При наличии выпрямителя 21 функции ограничителя напряжения могут выполнять стабилитроны 20. При этом ограничение напряжения осуществляется автоматически. Применение стабилитронов 20 исключает появление дополнительных пульсаций напряжения. Примером реализации таких стабилитронов 20 являются диоды Зенера. Наличие ограничителя напряжения, в самом худшем случае, уменьшает КПД генераторной установки на 1-2% процента. When the rotor rotates through all the
Другим вариантом регулирования напряжения дополнительной сети 13, позволяющим реализовывать большие электрические мощности, является техническое решение, показанное на фиг.3. Оно работает следующим образом. Блок управления 23 отслеживает напряжение сети 13 и при меньшем напряжении формирует сигналы на управляющие электроды тиристоров 22 на их открытие. При этом тиристоры 22 работают как обычные диоды и их сопротивление электрическому току низкое. При превышении напряжения над номиналом блок управления 23 не подает управляющего сигнала на тиристоры 22, и они остаются закрытыми. При этом электрический ток течет в цепи через закрытые тиристоры 22, которые в этом режиме имеют значительно высокое сопротивление. Соответственно напряжение на выходе выпрямителя снижается. Another option for regulating the voltage of the
Охлаждение генераторной установки осуществляется, например, вентилятором 41, который может быть расположен на валу 5, как показано на фиг.1, или на роторе 6, как показано на фиг.4. The generator set is cooled, for example, by a
Электроток для питания обмотки возбуждения 7 подается в первом варианте конструкции, например, через щетки 42 на кольцевые контакты 43 на валу 5 (фиг.1), а во втором варианте непосредственно по проводам (фиг.4). The electric current for supplying the field winding 7 is supplied in the first embodiment, for example, through the brushes 42 to the ring contacts 43 on the shaft 5 (Fig. 1), and in the second embodiment, directly by wire (Fig. 4).
В полисетевой генераторной установке существует специфика определения мощности, Мощность, определяемая при одновременной и равномерной загрузке сетей, называется полная мощность, а общая сумма мощностей, получаемая при поочередном нагружении каждой сети в отдельности, называется суммарной мощностью. Как правило, суммарная мощность превышает полную в 2 и более раза. Этот эффект осуществляется из-за способности к глубокому перераспределению энергии между сетями в заявляемой полисетевой генераторной установке. В прототипе и аналоге вышеуказанный эффект не реализуется. In a multi-grid generator set, there is a specificity of determining power, the power determined by simultaneously and uniformly loading the networks is called the total power, and the total amount of power obtained by alternately loading each network separately is called the total power. As a rule, the total power exceeds the full power by 2 or more times. This effect is due to the ability to deeply redistribute energy between networks in the inventive multi-grid generator set. In the prototype and analogue, the above effect is not realized.
Настоящей заявкой патентуется полисетевая генераторная установка в двух вариантах. По первому варианту на основе синхронной машины с контактными кольцами, а по второму на основе бесщеточной синхронной электрической машине. Из патентуемых 18 п.п. все реализованы в работающих опытных образцах. This application patented a multi-grid generator set in two versions. In the first embodiment, based on a synchronous machine with slip rings, and in the second, based on a brushless synchronous electric machine. Of the patentable 18 pp all are implemented in working prototypes.
Испытания опытных образцов заявляемой электрической машины доказали не только работоспособность всех патентуемых существенных отличий, но и явную технико-экономическую эффективность объекта в целом. Tests of prototypes of the claimed electric machine proved not only the performance of all patented significant differences, but also the obvious technical and economic efficiency of the facility as a whole.
Объект заявки изготавливался в опытных образцах как выполняющий функции автомобильного генератора, трехфазного генератора общепромышленного назначения и генератора сварочного тока. Опытные образцы охватывают диапазон мощностей от 0,5 кВт до 14 кВт. The object of the application was made in prototypes as performing the functions of an automobile generator, a three-phase generator for general industrial use and a welding current generator. Prototypes cover a power range from 0.5 kW to 14 kW.
Источники информации
1. А.с. СССР N 1385199, Н 02 К 19/34 - аналог.Sources of information
1. A.S. USSR N 1385199, N 02
2. А.с. СССР N 974516, Н 02 К 19/34, 47/24 - прототип. 2. A.S. USSR N 974516, N 02
Claims (18)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000113710/09A RU2194351C2 (en) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | Multiple-network generator plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000113710/09A RU2194351C2 (en) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | Multiple-network generator plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000113710A RU2000113710A (en) | 2002-04-10 |
| RU2194351C2 true RU2194351C2 (en) | 2002-12-10 |
Family
ID=20235492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000113710/09A RU2194351C2 (en) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | Multiple-network generator plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2194351C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452635C1 (en) * | 2011-02-14 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Transport vehicle generator plant |
-
2000
- 2000-05-26 RU RU2000113710/09A patent/RU2194351C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2452635C1 (en) * | 2011-02-14 | 2012-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ГОУ ВПО "ЮРГУЭС") | Transport vehicle generator plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7615904B2 (en) | Brushless high-frequency alternator and excitation method for three-phase AC power-frequency generation | |
| US8076814B2 (en) | Brushless high-frequency alternator and excitation method for DC, single-phase and multi-phase AC power-frequency generation | |
| EP0425132B1 (en) | Alternating current generator | |
| US6093986A (en) | Method and apparatus for powering shaft-mounted sensors on motors and generators | |
| CN103208893B (en) | Induced excitation formula composite excitation brushless synchronous motor | |
| US3319100A (en) | Dynamoelectric machines | |
| US6097124A (en) | Hybrid permanent magnet/homopolar generator and motor | |
| US7397157B2 (en) | Tandem rotary electric machine | |
| CN103730997B (en) | A kind of excitation integrated form brushless synchronous machine | |
| JPH0288500U (en) | ||
| US6407476B1 (en) | A.C. generator for use in a vehicle | |
| US4647806A (en) | Brushless alternator | |
| US3912958A (en) | Flux-switched inductor alternator | |
| KR920704401A (en) | Multiple stator induction synchronous motor | |
| CN104038004A (en) | Alternator for power generation system | |
| Beik et al. | High voltage generator for wind turbines | |
| RU2194351C2 (en) | Multiple-network generator plant | |
| JPS61167359A (en) | Alternating current generator | |
| US6291921B1 (en) | Automotive alternator | |
| US5239254A (en) | Series-exciting device for synchronous generators | |
| CN100405709C (en) | Coarmature type AC-DC brushless electric generator | |
| US20050006972A1 (en) | Twin coil claw pole rotor with segmented stator winding for electrical machine | |
| JPH0532983B2 (en) | ||
| CN209948920U (en) | Double 12 pulse wave double current brushless generator | |
| KR101472056B1 (en) | Brushless synchronous generator having flat exciter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040527 |