RU2392724C1 - Single-phased electric generator - Google Patents

Single-phased electric generator Download PDF

Info

Publication number
RU2392724C1
RU2392724C1 RU2009123367/09A RU2009123367A RU2392724C1 RU 2392724 C1 RU2392724 C1 RU 2392724C1 RU 2009123367/09 A RU2009123367/09 A RU 2009123367/09A RU 2009123367 A RU2009123367 A RU 2009123367A RU 2392724 C1 RU2392724 C1 RU 2392724C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inductor
poles
cores
armature
core
Prior art date
Application number
RU2009123367/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Чернухин (RU)
Владимир Михайлович Чернухин
Original Assignee
Владимир Михайлович Чернухин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Михайлович Чернухин filed Critical Владимир Михайлович Чернухин
Priority to RU2009123367/09A priority Critical patent/RU2392724C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2392724C1 publication Critical patent/RU2392724C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electric engineering, in particular to single-phased electric generators with electromagnetic excitation executed via contact rings directly from source of DC voltage and may be used in autonomous systems of electric equipment, in automatics and household appliances, on aviation and motor transport, as wind power generators, high-frequency electric generators, synchronous converters of single-phase alternating current frequency, and also in rectification of alternating EMF with the help of uncontrolled and controlled semiconductor valves - as DC generators, contactless exciters of synchronous generators of mobile mini-power stations and low-capacity power stations. Proposed single-phase electric generator comprises stator, anchor core of which is assembled from insulated sheets of electrotechnical steel with high magnetic permeability and has explicit poles with coil single-phase winding of anchor, each coil of which is arranged on according explicit pole of anchor, and rotor comprising inductor with even and odd cores with identical number of explicit poles on each core, even and odd cores of inductor are arranged in the form of packets assembled from insulated sheets of electrotechnical steel with high magnetic permeability, number of inductor cores is at least two, even inductor cores are displaced relative to odd ones in tangential direction by half of pole division of inductor core, inductor cores are placed onto magnetic conductor of inductor, between cores of inductor there are ring-like coils of inductor excitation winding arranged as supplied by DC (rectified) current via brushes and contact rings. At the same time certain ratios must be maintained between number of explicit poles of anchor, number of explicit poles on each inductor core, width of pole arc of explicit anchor poles and width of pole arc of explicit poles of each inductor core.
EFFECT: provides for high power and operational indices of single-phased electric generator.
12 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к однофазным электрическим генераторам с электромагнитным возбуждением, осуществляемым через контактные кольца и непосредственно от источника постоянного напряжения, и может быть использовано в автономных системах электрооборудования, в автоматике и бытовой технике, на авиационном и автомобильном транспорте, в качестве ветрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты однофазного переменного тока, а также при выпрямлении переменной ЭДС при помощи неуправляемых и управляемых полупроводниковых вентилей - в качестве генераторов постоянного тока, бесконтактных возбудителей синхронных генераторов передвижных мини-электростанций и электростанций небольшой мощности.The invention relates to electrical engineering, in particular to single-phase electric generators with electromagnetic excitation, carried out through slip rings and directly from a constant voltage source, and can be used in stand-alone electrical equipment systems, in automation and household appliances, in aviation and automobile transport, as wind generators , high-frequency electric generators and synchronous frequency converters of single-phase alternating current, as well as when rectifying AC th EMF with the help of uncontrolled and controlled semiconductor gates - as direct current generators, contactless exciters of synchronous generators of mobile mini-power plants and small power plants.

Известны конструкции синхронных машин с трехфазной обмоткой якоря и обмоткой возбуждения индуктора (Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. Стр. 490÷513). Якорь выполняется неявнополюсным, несущим трехфазную распределенную разноименнополюсную p-периодную обмотку, индуктор выполняется явнополюсным или неявнополюсным, несущим разноименнополюсную p-периодную обмотку возбуждения. Электрическая связь с источником питания осуществляется непосредственно и при помощи щеточно-контактного узла. Наибольшее распространение получили синхронные машины, у которых обмотка якоря подключается к нагрузке (в режиме генератора) или к источнику трехфазного напряжения (в режиме двигателя) непосредственно, а обмотка возбуждения индуктора соединена с контактными кольцами и подключается к постоянному источнику напряжения через скользящие контакты при помощи щеток. Синхронные машины малой мощности могут изготавливаться и в обращенном исполнении, когда электрический контакт с обмоткой возбуждения осуществляется непосредственно, а с обмоткой якоря - через щеточно-контактный узел. Недостатком этих электрических машин является сложность выполнения распределенной обмотки якоря, которая имеет меньшую надежность по сравнению с катушечной сосредоточенной обмоткой якоря.Known designs of synchronous machines with a three-phase winding of the armature and the excitation winding of the inductor (Ivanov-Smolensky A.V. Electric machines: Textbook for high schools. - M .: Energy, 1980. P. 490 ÷ 513). The armature is carried out by an implicit pole carrying a three-phase distributed opposite pole p-period winding, the inductor is carried out by an explicit pole or non-polar pole carrying a opposite pole p-period field winding. Electrical communication with the power source is carried out directly and using a brush-contact unit. Synchronous machines are most widely used, in which the armature winding is connected to the load (in generator mode) or to a three-phase voltage source (in motor mode) directly, and the inductor excitation winding is connected to slip rings and connected to a constant voltage source through sliding contacts using brushes . Low-power synchronous machines can also be manufactured in reverse design, when electrical contact with the field winding is carried out directly, and with the armature winding through the brush-contact unit. The disadvantage of these electric machines is the difficulty of performing a distributed winding of the armature, which has less reliability compared to the coil concentrated winding of the armature.

Известна принятая за прототип сверхпроводниковая вентильная индукторная машина (Патент RU 2178942 C1, МПК 7 H02K 55/00, H02K 55/02, авторы: Ковалев Л.К., Илюшин К.В., Полтавец В.Н., Семенихин B.C., Пенкин В.Т., Ковалев К.Л., Егошкина Л.А., Ларионов А.Е., Конеев С.М.-А., Модестов К.А., Ларионов С.А.), содержащая статор с шихтованным сердечником, размещенную на его полюсных выступах многофазную катушечную обмотку, цилиндрический ротор, содержащий шихтованный сердечник с полюсными выступами, снабженная вторым статором с шихтованным сердечником, на полюсных выступах которого расположена многофазная катушечная обмотка, и вторым ротором, расположенным на одном валу с первым ротором, на валу между двумя роторами размещена цилиндрическая вставка из высокотемпературного сверхпроводникового (ВТСП) материала с «вмороженным" магнитным потоком, представляющая собой криомагнит, намагниченный в осевом направлении и обеспечивающий однополярность полюсных выступов первого и второго роторов, на статорах установлен соленоид, охватывающий вышеуказанную цилиндрическую вставку для «вмораживания» в нее магнитного потока, статоры соединены цилиндрическим магнитопроводом, а их многофазные катушечные обмотки снабжены коммутатором, обеспечивающим однополярность намагничивания полюсов каждого статора, разнополярность полюсов первого и второго статоров, совпадение направления магнитного потока в полюсах статоров с направлением магнитного потока вышеуказанной вставки, а также поочередность включения катушечных обмоток каждой фазы в заданной последовательности. Недостатком описанного технического устройства является сложность конструкции ротора, наличие двух статоров с соленоидом между ними, каждый статор имеет свою многофазную обмотку якоря, низкая ремонтопригодность при пробое какой-либо из обмоток из-за расположения всех обмоток (якоря и возбуждения) только на статоре.Known adopted for the prototype superconducting valve induction machine (Patent RU 2178942 C1, IPC 7 H02K 55/00, H02K 55/02, authors: Kovalev L.K., Ilyushin K.V., Poltavets V.N., Semenikhin BC, Penkin V.T., Kovalev K.L., Egoshkina L.A., Larionov A.E., Koneev S.M.-A., Modestov K.A., Larionov S.A.), containing a stator with a lined core a multiphase coil winding located on its pole projections, a cylindrical rotor comprising a lined core with pole projections, provided with a second stator with a lined core, on which pole protrusions a multiphase coil winding is located, and a second rotor located on the same shaft as the first rotor, on the shaft between the two rotors is a cylindrical insert of high-temperature superconducting (HTSC) material with a “frozen-in” magnetic flux, which is a cryomagnet magnetized in the axial direction and providing unipolarity of the pole protrusions of the first and second rotors, a solenoid is installed on the stators, covering the above-mentioned cylindrical insert for “freezing” magnetic field into it current, the stators are connected by a cylindrical magnetic circuit, and their multiphase coil windings are equipped with a switch that provides unipolar magnetization of the poles of each stator, different polarity of the poles of the first and second stators, the coincidence of the direction of the magnetic flux in the poles of the stators with the direction of the magnetic flux of the above insert, and the alternating turns of the coil windings of each phase in a given sequence. The disadvantage of the described technical device is the complexity of the rotor design, the presence of two stators with a solenoid between them, each stator has its own multiphase armature winding, low maintainability when any of the windings is broken due to the location of all the windings (armature and excitation) only on the stator.

Целью настоящего изобретения является создание новой, простой, надежной, технологичной и высокоремонтопригодной конструкции однофазного электрического генератора с высокими энергетическими показателями.The aim of the present invention is to provide a new, simple, reliable, technologically advanced and highly repairable design of a single-phase electric generator with high energy performance.

Задачей настоящего изобретения является оптимальный выбор числа полюсов якоря, числа полюсов индуктора, оптимальной ширины полюсной дуги полюсов якоря и полюсной дуги полюсов индуктора, определение схемы соединений катушек, сосредоточенных на полюсах якоря, однофазной катушечной обмотки якоря однофазного электрического генератора.The objective of the present invention is the optimal choice of the number of poles of the armature, the number of poles of the inductor, the optimal width of the pole arc of the poles of the armature and the pole arc of the poles of the inductor, the definition of the connection circuit of the coils focused on the poles of the armature, single-phase coil winding of the armature of a single-phase electric generator.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение надежной и технологичной конструкции с высокими энергетическими показателями и эксплуатационными характеристиками однофазного электрического генератора. С этой целью статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами, катушечную однофазную обмотку якоря, катушки которой размещены на соответствующих явно выраженных полюсах якоря по одной на каждом полюсе, катушки однофазной обмотки якоря соединены между собой согласно в магнитном отношении, ротор содержит индуктор с нечетными и четными сердечниками с одинаковым числом явно выраженных полюсов на каждом сердечнике, сердечники индуктора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число сердечников индуктора не менее двух, активная длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, при наличии пакетов индуктора более двух активная длина сердечников индуктора в аксиальном направлении, находящихся между крайними сердечниками индуктора, в два раза больше активной длины крайних сердечников индуктора, четные сердечники индуктора смещены относительно нечетных сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления сердечника индуктора, сердечники индуктора напрессованы на втулку, являющуюся магнитопроводом индуктора, выполненную из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и насаженную на немагнитный вал ротора, явно выраженные полюса якоря и явно выраженные полюса индуктора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором, между сердечниками индуктора расположена обмотка возбуждения индуктора, выполненная в виде охватывающих магнитопровод индуктора кольцеобразных катушек, число которых на одну меньше числа сердечников индуктора, кольцеобразные катушки обмотки возбуждения индуктора при наличии их более одной соединяются между собой таким образом, чтобы при протекании по ним постоянного (выпрямленного) тока полюса нечетных сердечников индуктора, намагничиваясь, образовывали магнитные полюса одной полярности, например южной «S», а полюса четных сердечников индуктора, намагничиваясь, образовывали магнитные полюса другой полярности, например северной «N», число явно выраженных полюсов якоря определяется равенством: Z1P=2·k, число явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора определяется равенством: Z2P=k, где k=2, 3, 4, 5, … - целое положительное число, начиная с двух, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении определяется выражением b1P=(0,76÷1,0)·t1P, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении определяется выражением: b2P=(0,38÷0,5)·t2P, при этом t1P=360°/Z1P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении, t2P=360°/Z2P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении.The technical result of the present invention is to obtain a reliable and technological design with high energy performance and operational characteristics of a single-phase electric generator. To this end, the stator contains a lined core of the armature with distinct poles, a single-phase coil winding of the armature, the coils of which are placed on the corresponding distinct pole of the armature, one at each pole, coils of the single-phase armature coil are magnetically connected, the rotor contains an odd inductor and even cores with the same number of pronounced poles on each core, the cores of the inductor are made in the form of packets drawn from insulated sheets of electrical hoists with high magnetic permeability, the number of inductor cores is at least two, the active length of the end cores of the inductor in the axial direction is the same, in the presence of packages of the inductor more than two, the active length of the cores of the inductor in the axial direction located between the end cores of the inductor is two times the active length inductor cores, even inductor cores are offset relative to the odd inductor cores in the tangential direction by half of the pole division of the core inductor, inductor cores are pressed onto the sleeve, which is the inductor’s magnetic circuit, made of soft magnetic steel with high magnetic permeability and mounted on the non-magnetic rotor shaft, pronounced armature poles and pronounced inductor poles are facing each other and separated by an air gap, between the inductor cores there is a winding excitation of the inductor, made in the form of ring-shaped coils covering the magnetic circuit of the inductor, the number of which is one less than the number of cores of the inductor, If there are more than one of them, the shaped coils of the inductor field winding are connected to each other so that, when a constant (rectified) current flows through them, the poles of the odd core of the inductor magnetize to form magnetic poles of the same polarity, for example, the southern “S”, and the poles of even core of the inductor magnetizing, form a magnetic pole of the other polarity, for example north «N», the number of armature poles express determined by the equation: Z 1P = 2 · k, the number of salient poles each cardiac Single inductor defined by the equation: Z 2P = k, where k = 2, 3, 4, 5, ... - a positive integer, beginning with two pole arc width express armature poles in the angular dimension defined by the expression b 1P = (0,76 ÷ 1,0) · t 1P , the width of the pole arc of the pronounced poles of each inductor core in the angular measurement is determined by the expression: b 2P = (0.38 ÷ 0.5) · t 2P , with t 1P = 360 ° / Z 1P represents the pole division of the pronounced poles of the armature in an angular dimension, t 2P = 360 ° / Z 2P represents the pole division of the pronounced poles of each core inductor in angular measurement.

В настоящем изобретении возможны исполнения однофазного электрического генератора как с внешним якорем, являющимся статором, и внутренним индуктором, являющимся ротором, так и с внутренним якорем, являющимся ротором, и внешним индуктором, являющимся статором (например, для возбудителя синхронного генератора с вращающимися полупроводниковыми выпрямительными устройствами). В первом случае возбуждение индуктора может осуществляться при питании обмотки возбуждения постоянным (выпрямленным) током через щетки и контактные кольца непосредственно от источника постоянного напряжения или от источника выпрямленного напряжения, а также может осуществляться при питании обмотки возбуждения выпрямленным током от обмотки якоря при вращении ротора генератора через полупроводниковое выпрямительное устройство, щетки и контактные кольца (принцип самовозбуждения). Во втором случае возбуждение индуктора осуществляется при питании обмотки возбуждения постоянным (выпрямленным) током либо непосредственно от источника постоянного напряжения, либо от источника выпрямленного напряжения. При этом однофазный электрический генератор при применении его в качестве возбудителя синхронного генератора с вращающимся полупроводниковым выпрямительным устройством является бесконтактным.In the present invention, it is possible to design a single-phase electric generator with both an external armature, which is a stator, and an internal inductor, which is a rotor, and with an internal armature, which is a rotor, and an external inductor, which is a stator (for example, for a synchronous generator exciter with rotating semiconductor rectifier devices ) In the first case, the inductor can be excited when the field winding is supplied with direct (rectified) current through brushes and contact rings directly from the DC voltage source or from the rectified voltage source, and can also be carried out when the field winding is supplied with rectified current from the armature winding during rotation of the generator rotor through semiconductor rectifier device, brushes and slip rings (principle of self-excitation). In the second case, the inductor is excited by supplying the field winding with a constant (rectified) current either directly from a constant voltage source or from a rectified voltage source. In this case, a single-phase electric generator when used as a pathogen of a synchronous generator with a rotating semiconductor rectifier device is non-contact.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

фиг.1 - общий вид с продольным разрезом однофазного электрического генератора с внешним якорем, являющимся статором, и внутренним индуктором, являющимся ротором,figure 1 is a General view with a longitudinal section of a single-phase electric generator with an external armature, which is a stator, and an internal inductor, which is a rotor,

фиг.2 - пример реализации изобретения в виде поперечных разрезов сердечников якоря и индуктора при протекании постоянного (выпрямленного) тока по обмотке возбуждения (активный индуктор),figure 2 is an example implementation of the invention in the form of cross sections of the cores of the armature and inductor when a constant (rectified) current flows through the field winding (active inductor),

фиг.3 - схема соединения катушек однофазной обмотки якоря при получении переменной ЭДС якоря на выходе при питании обмотки возбуждения индуктора от источника постоянного напряжения,figure 3 - connection diagram of the coils of a single-phase armature winding when receiving a variable EMF of the armature at the output when the excitation winding of the inductor is powered from a constant voltage source,

фиг.4 - схема соединения катушек однофазной обмотки якоря при получении переменного напряжения на выходе генератора при питании обмотки возбуждения индуктора от обмотки якоря через неуправляемые полупроводниковые выпрямители, щетки и контактные кольца,figure 4 - connection diagram of the coils of a single-phase armature winding when receiving alternating voltage at the output of the generator when feeding the excitation coil of the inductor from the armature winding through uncontrolled semiconductor rectifiers, brushes and contact rings,

фиг.5 - схема соединения катушек однофазной обмотки якоря при получении постоянного (выпрямленного) напряжения на выходе генератора через неуправляемые полупроводниковые выпрямители при питании обмотки возбуждения индуктора от обмотки якоря через неуправляемые полупроводниковые выпрямители, щетки и контактные кольца,5 is a diagram of the connection of the coils of a single-phase armature winding when receiving a constant (rectified) voltage at the generator output through uncontrolled semiconductor rectifiers when feeding the excitation coil of the inductor from the armature winding through uncontrolled semiconductor rectifiers, brushes and contact rings,

фиг.6 - схема соединения катушек однофазной обмотки якоря при получении постоянной (выпрямленной) ЭДС на выходе генератора через неуправляемые полупроводниковые выпрямители при питании обмотки возбуждения индуктора непосредственно от источника постоянного напряжения.6 is a diagram of the connection of the coils of a single-phase armature winding when receiving a constant (rectified) EMF at the output of the generator through uncontrolled semiconductor rectifiers when feeding the inductor winding directly from a constant voltage source.

На фиг.2 показаны положения сердечников индуктора относительно сердечника якоря в тот момент времени, когда в катушках однофазной обмотки якоря индуктируется максимальная ЭДС, направление которой в каждой катушке показано стрелками на фиг.3÷6.Figure 2 shows the position of the core of the inductor relative to the core of the armature at that time when the maximum EMF is induced in the coils of the single-phase armature winding, the direction of which in each coil is shown by arrows in figure 3 ÷ 6.

На фиг.4÷6 в электрическую цепь параллельно выходу неуправляемых полупроводниковых выпрямителей для сглаживания пульсаций выходного напряжения (фиг.4, фиг.5) и выходной ЭДС (фиг.6) генератора включен конденсатор «С».In Fig. 4 ÷ 6, in the electric circuit parallel to the output of uncontrolled semiconductor rectifiers to smooth the ripple of the output voltage (Fig. 4, Fig. 5) and the output EMF (Fig. 6) of the generator, the capacitor “C” is turned on.

На фиг.3÷6 в электрическую цепь обмотки возбуждения включен реостат RB для регулирования постоянного (выпрямленного) тока возбуждения.In Fig. 3 ÷ 6, a rheostat R B is included in the electric circuit of the field winding to control a constant (rectified) field current.

На фиг.1÷6 буквой и цифрой обозначены катушки однофазной обмотки якоря, расположенные на соответствующих полюсах якоря. Например, A3 - это катушка фазы «A», расположенная на третьем полюсе якоря.In Fig.1 ÷ 6, the letters and numbers indicate the coils of a single-phase armature winding located at the corresponding poles of the armature. For example, A3 is a phase “A” coil located at the third pole of the armature.

Рассмотрим конструкцию исполнения однофазного электрического генератора с внешним якорем, являющимся статором, и внутренним индуктором, являющимся ротором (фиг.1, фиг.2). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 2 якоря выполнен шихтованным из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью и запрессован в магнитопроводе 1, являющемся корпусом, выполненным из стали с высокой магнитной проницаемостью. Сердечник 2 якоря имеет явно выраженные полюса 3 якоря, на которых размещена катушечная однофазная обмотка якоря, выполненная катушками 4, расположенными на соответствующих явно выраженных полюсах 3 якоря по одной на каждом полюсе. Катушки 4 однофазной обмотки якоря выполняются из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины. Катушки 4 однофазной обмотки якоря могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно, но всегда согласно в магнитном отношении, т.е. чтобы при протекании по катушкам 4 электрического тока явно выраженные полюса 3 якоря образовывали в воздушном зазоре чередующуюся полярность магнитных полюсов. Индуктор при помощи подшипников 15, вала 5 и подшипниковых щитов 16 позиционирован относительно якоря. Вал 5 выполнен из немагнитной стали или из титана. На валу 5 насажена втулка 6, выполненная из стали с высокой магнитной проницаемостью и являющаяся магнитопроводом индуктора. На втулке 6 напрессованы нечетные 7 и 9 и четный 8 сердечники индуктора. Активная длина двух крайних сердечников 7 и 9 индуктора в аксиальном направлении одинакова, активная длина находящегося между ними сердечника 8 индуктора в аксиальном направлении в два раза больше длины крайних сердечников 7 и 9. Сердечники 7, 8 и 9 индуктора представляют собой пакеты, набранные из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, и имеют одинаковое число на каждом сердечнике равномерно распределенных по окружности явно выраженных полюсов 10. С целью удешевления конструкции сердечники 7, 8 и 9 индуктора могут быть выполнены металлообработкой из цельных кусков стали с высокой магнитной проницаемостью. В этом случае они могут изготавливаются с втулкой 6 единой деталью. Четный 8 сердечник индуктора смещен относительно нечетных 7 и 9 сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления сердечника индуктора. Между сердечниками 7, 8 и 9 индуктора расположена обмотка возбуждения индуктора, выполненная в виде двух охватывающих магнитопровод индуктора кольцеобразных катушек 11 и 12, соединенных между собой как показано на фиг.3÷6.Consider the design of a single-phase electric generator with an external armature, which is the stator, and an internal inductor, which is the rotor (figure 1, figure 2). Anchor core 2 remagnetized with a high frequency is made of batch made of electrical steel with high magnetic permeability and is pressed into the magnetic circuit 1, which is a body made of steel with high magnetic permeability. The core 2 of the armature has pronounced pole 3 of the armature, on which the single-phase coil winding of the armature is located, made by coils 4 located on the corresponding distinct pole of the armature 3, one at each pole. Coils 4 of a single-phase armature winding are made of a winding copper wire or a winding copper bus. Coils 4 of a single-phase armature winding can be interconnected in series, parallel and mixed, but always magnetically, i.e. so that when the electric currents flow through the coils 4, the pronounced poles 3 of the armature form an alternating polarity of the magnetic poles in the air gap. The inductor with bearings 15, shaft 5 and bearing shields 16 is positioned relative to the armature. The shaft 5 is made of non-magnetic steel or titanium. A sleeve 6 is mounted on the shaft 5, made of steel with high magnetic permeability and which is the magnetic circuit of the inductor. Odd 7 and 9 and even 8 inductor cores are pressed onto sleeve 6. The active length of the two extreme cores 7 and 9 of the inductor in the axial direction is the same, the active length of the core 8 of the inductor between them in the axial direction is twice the length of the extreme cores 7 and 9. The cores 7, 8 and 9 of the inductor are packages drawn from isolated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, and have the same number on each core evenly distributed around the circumference of pronounced poles 10. In order to reduce the cost of the design, the cores 7, 8 and 9 nduktora metal processing can be performed from a single piece of steel with high magnetic permeability. In this case, they can be manufactured with a sleeve 6 as a single part. An even 8 core of the inductor is offset relative to the odd 7 and 9 core of the inductor in the tangential direction by half the pole division of the core of the inductor. Between the cores 7, 8 and 9 of the inductor is located the excitation coil of the inductor, made in the form of two ring-shaped coils 11 and 12 spanning the magnetic core of the inductor, interconnected as shown in Figs. 3 ÷ 6.

Рассмотрим работу однофазного электрического генератора (фиг.1÷3).Consider the operation of a single-phase electric generator (figure 1 ÷ 3).

От источника постоянного напряжения на обмотку возбуждения индуктора через щетки и контактные кольца подают постоянное напряжение. По обмотке возбуждения индуктора протекает постоянный электрический ток, намагничивая нечетные полюса индуктора одной полярностью, например южной «S», а четные полюса индуктора другой полярностью, например северной «N». При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора, созданный протекающим по кольцеобразными катушками 11 и 12 обмотки возбуждения индуктора постоянным током, пронизывает воздушный зазор и явно выраженные полюса 3 якоря то со стороны индуктора, то со стороны якоря, создавая при этом в явно выраженных полюсах 3 якоря переменный магнитный поток, наводящий в катушках 4 однофазной обмотки якоря переменную во времени ЭДС. Направление индуктированной ЭДС в каждой катушке 4 однофазной обмотки якоря в момент времени, соответствующий положению сердечников индуктора относительно сердечника якоря (фиг.2), показано стрелками на фиг.3÷6. Переменная ЭДС однофазной обмотки якоря равна сумме индуктированных ЭДС в каждой катушке 4. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по однофазной обмотке якоря протекает переменный электрический ток, электрическая мощность отдается потребителю. Частота f (Гц) переменной ЭДС однофазной обмотки якоря связана с частотой вращения n (об/мин) ротора и определяется равенством: f=n·Z2P/60.A constant voltage is supplied from the DC voltage source to the field coil of the inductor through brushes and contact rings. A constant electric current flows through the excitation winding of the inductor, magnetizing the odd poles of the inductor with one polarity, for example, the southern “S”, and the even poles of the inductor with the other polarity, for example, the northern “N”. When the rotor rotates with an external source of torque with a rotation frequency n, the constant magnetic flux of the inductor created by the direct current flowing through the annular coils 11 and 12 of the inductor excitation coil penetrates the air gap and the pronounced pole 3 of the armature from the side of the inductor, then from the side of the armature, creating this in the pronounced poles of the 3 armature variable magnetic flux, inducing in the coils 4 of a single-phase winding of the armature EMF time-variable. The direction of the induced EMF in each coil 4 of the single-phase armature winding at a point in time corresponding to the position of the inductor cores relative to the armature core (Fig. 2) is shown by arrows in Figs. 3 ÷ 6. The variable EMF of the single-phase armature winding is equal to the sum of the induced EMF in each coil 4. If the external circuit - the load circuit is closed, then alternating electric current flows through the single-phase winding of the armature, the electric power is given to the consumer. The frequency f (Hz) of the variable EMF of the single-phase armature winding is related to the rotational speed n (r / min) of the rotor and is determined by the equation: f = n · Z 2P / 60.

Следует отметить, что у описанного генератора при работе магнитный поток возбуждения индуктора остается постоянным при любом положении ротора из-за выбранных соотношений ширины полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря и полюсного деления явно выраженных полюсов якоря и ширины полюсной дуги явно выраженных полюсов индуктора и полюсного деления явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора. При работе генератора под нагрузкой по обмотке якоря протекает переменный ток, создавая в явно выраженных полюсах сердечника якоря магнитное поле реакции якоря, которое замыкается через воздушный зазор, явно выраженные полюса индуктора, сердечники и магнитопровод индуктора в радиальном направлении, не наводя в катушках обмотки возбуждения индуктора ЭДС реакции якоря и не создавая при этом перенапряжений в обмотке возбуждения индуктора (особенно при резко переменной и „ударной" нагрузке в режиме короткого замыкания генератора). Это обстоятельство является одним из определяющих высокой надежности конструкции описанного однофазного электрического генератора.It should be noted that in the described generator during operation the magnetic flux of excitation of the inductor remains constant at any position of the rotor due to the selected ratios of the width of the pole arc of the pronounced pole of the armature and the pole division of the explicit pole of the armature and the width of the pole arc of the pole of the inductor and pole division of the explicit pronounced poles of each core of the inductor. When the generator is operating under load, an alternating current flows through the armature winding, creating in the pronounced poles of the armature core the armature reaction magnetic field, which closes through the air gap, pronounced inductor poles, cores and inductor magnetic circuit in the radial direction, without inducing inductor excitation coils EMF of the armature reaction and without creating overvoltages in the field winding of the inductor (especially with a sharply variable and “shock” load in the generator short circuit mode). toyatelstvo is one of the determinants of high reliability structure described single-phase electrical generator.

Claims (12)

1. Однофазный электрический генератор, содержащий статор с шихтованным сердечником с явно выраженными полюсами и с сосредоточенной обмоткой якоря, выполненной в виде катушек, охватывающих полюса статора, и ротор, содержащий шихтованные сердечники, отличающийся тем, что статор содержит шихтованный сердечник якоря с явно выраженными полюсами и катушечной однофазной обмоткой якоря, катушки которой размещены на соответствующих явно выраженных полюсах якоря по одной на каждом полюсе, катушки однофазной обмотки якоря соединены между собой согласно в магнитном отношении, ротор содержит индуктор с нечетными и четными сердечниками с одинаковым числом явно выраженных полюсов на каждом сердечнике, сердечники индуктора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью, число сердечников индуктора не менее двух, активная длина крайних сердечников индуктора в аксиальном направлении одинакова, четные сердечники индуктора смещены относительно нечетных сердечников индуктора в тангенциальном направлении на половину полюсного деления сердечника индуктора, сердечники индуктора напрессованы на втулку, являющуюся магнитопроводом индуктора, выполненную из магнитомягкой стали с высокой магнитной проницаемостью и насаженную на немагнитный вал ротора, явно выраженные полюса якоря и явно выраженные полюса индуктора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором, между сердечниками индуктора расположена обмотка возбуждения индуктора, выполненная в виде охватывающих магнитопровод индуктора кольцеобразных катушек, число которых на одну меньше числа сердечников индуктора, кольцеобразные катушки обмотки возбуждения индуктора при наличии их более одной соединяются между собой таким образом, чтобы при протекании по ним постоянного (выпрямленного) тока полюса нечетных сердечников индуктора, намагничиваясь, образовывали магнитные полюса одной полярности, а полюса четных сердечников индуктора, намагничиваясь, образовывали магнитные полюса другой полярности, электрическая связь обмотки возбуждения индуктора с источником постоянного (выпрямленного) напряжения осуществляется через контактные кольца и щетки, число явно выраженных полюсов якоря определяется равенством: Z1P=2·k, число явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора определяется равенством: Z2P=k, где k=2, 3, 4, 5, … - целое положительное число, начиная с двух, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении определяется выражением b1P=(0,76÷1,0)·t1P, ширина полюсной дуги явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении определяется выражением: b2P=(0,38÷0,5)·t2P, при этом t1P=360°/Z1P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов якоря в угловом измерении, t2P=360°/Z2P представляет собой полюсное деление явно выраженных полюсов каждого сердечника индуктора в угловом измерении.1. A single-phase electric generator containing a stator with a lined core with distinct poles and a concentrated armature winding made in the form of coils spanning the stator poles, and a rotor containing lined cores, characterized in that the stator contains a lined armature core with distinct poles and a single-phase coil winding of the armature, the coils of which are located on the corresponding clearly defined poles of the armature, one at each pole, the coils of the single-phase armature winding are interconnected according to a magnetic relation, the rotor contains an inductor with odd and even cores with the same number of distinct poles on each core, the cores of the inductor are made in the form of packets drawn from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, the number of cores of the inductor is at least two, the active length axial direction of the inductor core is the same; even inductor cores are offset relative to the odd inductor cores in the tangential direction by half of the pole division of the inductor core, the inductor cores are pressed onto the sleeve, which is the inductor’s magnetic circuit, made of magnetically soft steel with high magnetic permeability and mounted on the non-magnetic rotor shaft, pronounced armature poles and pronounced inductor poles face each other and are separated by an air gap, between the core of the inductor is located the excitation coil of the inductor, made in the form of ring-shaped coils covering the magnetic circuit of the inductor, the number of which is one before the number of inductor cores, the ring-shaped coils of the excitation coil of the inductor, if there are more than one, are interconnected in such a way that, when a constant (rectified) current flows through them, the poles of the odd cores of the inductor magnetize to form magnetic poles of the same polarity, and the poles of even cores of the inductor, being magnetized, they formed magnetic poles of a different polarity, the electrical connection of the field coil of the inductor with the source of constant (rectified) voltage provides I through slip rings and brushes, the number express armature poles is defined by the equation: Z 1P = 2 · k, the number of each core inductor poles express determined by the equation: Z 2P = k, where k = 2, 3, 4, 5, ... - a positive integer starting from two, the width of the pole arc of the pronounced anchor poles in the angular dimension is determined by the expression b 1P = (0.76 ÷ 1.0) · t 1P , the width of the pole arc of the pronounced poles of each inductor core in the angle dimension is determined by the expression : b 2P = (0.38 ÷ 0.5) · t 2P , while t 1P = 360 ° / Z 1P represents the pole the division of the pronounced poles of the armature in the angular dimension, t 2P = 360 ° / Z 2P is the pole division of the pronounced poles of each core of the inductor in the angular dimension. 2. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что при наличии пакетов индуктора более двух, активная длина сердечников в аксиальном направлении, находящихся между крайними сердечниками индуктора, в два раза больше активной длины крайних сердечников.2. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that when there are more than two inductor packets, the active length of the cores in the axial direction between the extreme cores of the inductor is two times the active length of the extreme cores. 3. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что якорь расположен снаружи и является статором, индуктор - внутри и является ротором.3. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that the armature is located outside and is a stator, the inductor is inside and is a rotor. 4. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что якорь расположен внутри и является ротором, индуктор - снаружи и является статором.4. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that the armature is located inside and is a rotor, the inductor is outside and is a stator. 5. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что обмотка возбуждения индуктора питается непосредственно от источника постоянного (выпрямленного) напряжения.5. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that the field winding of the inductor is powered directly from a constant (rectified) voltage source. 6. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что обмотка возбуждения индуктора питается от однофазной обмотки якоря через полупроводниковые выпрямители, щетки и контактные кольца.6. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that the field winding of the inductor is powered by a single-phase armature winding through semiconductor rectifiers, brushes and slip rings. 7. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что при наличии сердечников индуктора более двух катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой последовательно.7. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that in the presence of inductor cores of more than two coils of the field winding of the inductor are interconnected in series. 8. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что при наличии сердечников индуктора более двух катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой параллельно.8. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that in the presence of inductor cores more than two coils of the field coil of the inductor are connected together in parallel. 9. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что при наличии нечетного числа сердечников индуктора более трех катушки обмотки возбуждения индуктора соединены между собой смешанно.9. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that in the presence of an odd number of cores of the inductor more than three coils of the field winding of the inductor are interconnected mixed. 10. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что катушки обмотки якоря соединены между собой последовательно.10. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that the armature winding coils are interconnected in series. 11. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что катушки обмотки якоря соединены между собой параллельно.11. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that the armature winding coils are interconnected in parallel. 12. Однофазный электрический генератор по п.1, отличающийся тем, что катушки обмотки якоря соединены между собой смешанно. 12. The single-phase electric generator according to claim 1, characterized in that the armature winding coils are interconnected mixed.
RU2009123367/09A 2009-06-19 2009-06-19 Single-phased electric generator RU2392724C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123367/09A RU2392724C1 (en) 2009-06-19 2009-06-19 Single-phased electric generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123367/09A RU2392724C1 (en) 2009-06-19 2009-06-19 Single-phased electric generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2392724C1 true RU2392724C1 (en) 2010-06-20

Family

ID=42682938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009123367/09A RU2392724C1 (en) 2009-06-19 2009-06-19 Single-phased electric generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2392724C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467453C1 (en) * 2011-04-15 2012-11-20 Иван Иванович Михайлов Controlled single-phase motor
RU2520610C2 (en) * 2012-06-18 2014-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Axial inductor electric machine with electromagnet excitation
RU2532250C1 (en) * 2013-05-27 2014-11-10 Сергей Григорьевич Игнатьев Electric generator based on permanent magnets
RU2809510C1 (en) * 2022-12-14 2023-12-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Electric machine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИВАНОВ-СМОЛЕНСКИЙ A.B. Электрические машины. Учебник для вузов. - М.: Энергия, с.490-513. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467453C1 (en) * 2011-04-15 2012-11-20 Иван Иванович Михайлов Controlled single-phase motor
RU2520610C2 (en) * 2012-06-18 2014-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" Axial inductor electric machine with electromagnet excitation
RU2532250C1 (en) * 2013-05-27 2014-11-10 Сергей Григорьевич Игнатьев Electric generator based on permanent magnets
RU2809510C1 (en) * 2022-12-14 2023-12-12 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Electric machine
RU2822213C1 (en) * 2023-10-27 2024-07-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Electric machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7134180B2 (en) Method for providing slip energy control in permanent magnet electrical machines
US10992190B2 (en) Self-exciting synchronous reluctance generators
RU2402858C1 (en) Axial contactless direct current generator
EP3044860A1 (en) Electric machine
CN109716618A (en) Rotating electric machine
RU2437202C1 (en) Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation
RU2437201C1 (en) Non-contact electric machine with axial excitation
US20100295397A1 (en) Electromechanical Machine
RU2392724C1 (en) Single-phased electric generator
RU2407135C2 (en) Contactless reducer electromagnetic machine
RU2390086C1 (en) Contactless reductor electric machine with combined excitation
RU2356154C1 (en) Electrical machine with double-pack inductor (versions)
RU2393615C1 (en) Single-phase contact-free electromagnetic generator
CN111262411A (en) Double-harmonic winding brushless excitation direct-current generator with wide voltage regulation range
RU2414039C1 (en) Modular synchronous electric machine
RU2416858C1 (en) Electric reduction machine with salient-pole armature
CN102013779B (en) Hybrid excitation permanent magnet motor of quintuple harmonic excitation
RU2478250C1 (en) Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor
RU2437198C1 (en) Electric reduction machine with axial excitation
RU2392723C1 (en) Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor
RU2437200C1 (en) Non-contact reduction machine with axial excitation
RU2436221C1 (en) Contactless magnetoelectric machine with axial excitation
RU2416860C1 (en) Non-contact magnetic electric reduction machine with salient-pole armature
RU2414790C1 (en) Synchronous electric machine with modulated magnetomotive force of armature
RU2414791C1 (en) Modular electrical machine

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 17-2010

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120620