RU2647708C1 - Синхронизированная аксиальная двухвходовая генераторная установка - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат - суммирование механической энергии вращения со световой энергией с преобразованием полученной энергии в электрическую. Синхронизированная аксиальная двухвходовая генераторная установка содержит боковой аксиальный магнитопровод с трехфазной обмоткой якоря основного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора. Обмотка возбуждения основного генератора подключена к обмотке якоря возбудителя через выпрямитель, основная обмотка возбуждения возбудителя подключена к обмотке якоря подвозбудителя через выпрямитель. Фотоэлектрический преобразователь подключен к дополнительной обмотке возбуждения возбудителя. Генераторная установка содержит также магнитный редуктор. 2 ил.

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и предназначено для суммирования механической энергии (например, энергии ветра), световой энергии (например, световой энергии Солнца, с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного тока высокого качества и может быть использовано для генерирования электрической энергии переменного тока параллельно с внешней трехфазной системой переменного тока.

Известен бесконтактный синхронный генератор с вращающимися выпрямителями (Кашин Я.М., Кириллов Г.А, Ракло А.В. Авиационное оборудование самолетов, Ч. 1, Мин-во обороны Рос. Федерации, Красн. высш. воен. авиац. уч-ще летчиков. - Краснодар: КВВАУЛ, 2006, с. 33-35), содержащий корпус, в котором на одном валу установлены три электрические машины цилиндрической конструкции: подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, при этом подвозбудитель, являющийся магнитоэлектрической синхронной машиной с вращающимся индуктором и неподвижной обмоткой якоря, состоит из постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя с радиально направленным магнитным полем и магнитопровода с неподвижной обмоткой якоря подвозбудителя; возбудитель, являющийся трехфазной синхронной машиной с неподвижной обмоткой возбуждения и вращающейся обмоткой якоря, состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя; основной генератор, являющийся трехфазной синхронной машиной с вращающейся обмоткой возбуждения и неподвижной обмоткой якоря, состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора.

Однако технология изготовления такого синхронного генератора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора, необходимости выполнения обмоточных работ внутри цилиндрического статора. Кроме того, конструкция магнитопроводов такого генератора не позволяет выполнить обмотку якоря симметричной и многофазной, что целесообразно для использования выходного напряжения подвозбудителя и возбудителя в качестве электрической энергии постоянного тока высокого качества - с низким коэффициентом пульсации выпрямленного напряжения. Стоимость известного генератора цилиндрической конструкции велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке.

Кроме того, конструкция такого генератора не позволяет суммировать механическую энергию вращения с электрической энергией постоянного тока.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и принятым авторами за прототип является аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор (пат. РФ №2450411, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащая корпус, подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, при этом подвозбудитель состоит из постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора, при этом постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, выполнены аксиальными, при этом боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя установлен с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод установлен между боковыми аксиальными магнитопроводами, внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого установлен постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянного многополюсного магнита подвозбудителя уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока, в пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная обмотка якоря возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная обмотка якоря основного генератора.

Жестко закрепленные посредством дисков на валу элементы магнитных систем подвозбудителя, возбудителя и основного генератора известной из пат. 2450411 машины-генератора (постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора) образуют ротор. Вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны.

Ротор вращается относительно элементов магнитных систем подвозбудителя, возбудителя и основного генератора (боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя), жестко установленных в корпусе.

Частота напряжения, снимаемого с обмотки якоря основного генератора известной из пат. РФ №2450411 машины-генератора зависит от скорости вращения элементов магнитных систем подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, установленных на роторе, относительно элементов магнитных систем подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, установленных в неподвижном корпусе, и определяется по формуле

где р - число пар полюсов, n - скорость вращения ротора относительно неподвижного корпуса, об/мин.

Скорость вращения ротора в свою очередь является функцией момента, создаваемого на валу известной электрической машины-генератора источником механической энергии вращения, например ветра, при этом момент в этом случае в свою очередь зависит от силы ветра, являющейся функцией скорости ветра.

В связи с тем, что интенсивность поступления механической энергии на вал электрической машины-генератора может быть неравномерной (например, при использовании в качестве источника механической энергии ветра из-за его недетерминированной скорости или другого источника механической энергии непостоянной скорости вращения), т.е. скорость вращения ротора может быть непостоянной, то частота напряжения, снимаемого с обмотки якоря основного генератора известной из пат. РФ №2450411 электрической машины является нестабильной. Это ограничивает область применения принятой за прототип известной аксиальной двухвходовой электрической машины-генератора, которая в связи с выше изложенным может быть использована только для питания локальных объектов без параллельного подключения к внешним трехфазным системам переменного тока.

Таким образом, известная из пат. РФ №2450411 электрическая машина не может работать параллельно с внешней трехфазной системой переменного тока.

Кроме того, в известной аксиальной двухвходовой электрической машине-генераторе невозможно прямое преобразование световой энергии (например, Солнца) в электрическую энергию постоянного тока для последующего суммирования полученной энергии с механической энергией вращения.

Задачей изобретения является создание синхронизированной аксиальной двухвходовой генераторной установки с расширенной областью применения за счет обеспечения возможности прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока и обеспечения возможности подключения генераторной установки к внешней трехфазной системе переменного тока и параллельной работы с ней.

Техническим результатом изобретения является суммирование механической энергии вращения со световой энергией с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию переменного тока и минимизация разности частоты выходного напряжения аксиальной генераторной установки и частоты напряжения внешней системы трехфазного напряжения переменного тока.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемой аксиальной двухвходовой генераторной установке, содержащей корпус, в котором установлены боковой аксиальный магнитопровод с трехфазной обмоткой якоря основного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, дополнительно устанавливаются в верхней части корпуса фотоэлектрический преобразователь, который подключается к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты, магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, а ведомый диск жестко закреплен на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, синхронизатор напряжения, состоящий из аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита, жестко закрепленного посредством диска на валу между аксиальным магнитопроводом синхронизатора и постоянным аксиальным многополюсным магнитом индуктора подвозбудителя, при этом аксиальный магнитопровод синхронизатора жестко закрепляется в корпусе, причем распределение фаз трехфазной обмотки синхронизации выполняется совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, и в нижней части корпуса блок коммутации, имеющий два входа, при этом к первому входу подключается трехфазная обмотка якоря основного генератора, ко второму входу подключается трехфазная обмотка синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока, при этом концы фаз трехфазной обмотки синхронизации выполняются с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора через блок коммутации.

Изобретение в отличие от прототипа позволяет расширить область применения аксиальной генераторной установки за счет обеспечения возможности прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока с последующим суммированием полученной энергии с механической энергией вращения, а также за счет обеспечения возможности подключения генераторной установки к внешней трехфазной системе переменного тока.

Возможность прямого преобразования световой энергии в электрическую энергию постоянного тока и суммирования ее с механической энергией вращения достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве в верхней части корпуса устанавливается фотоэлектрический преобразователь, который подключается к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты. Световая энергия преобразуется фотоэлектрическим преобразователем (и внешним фотоэлектрическим преобразователем при его подключении) в электрическую энергию постоянного тока. Постоянный ток, протекая по дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, создает магнитный поток, который по закону суперпозиции суммируется с магнитным потоком, создаваемым основной однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, обеспечивая соответственно суммирование вращающих моментов, создаваемых токами, протекающими в основной и дополнительной однофазных обмотках возбуждения возбудителя.

Возможность подключения генераторной установки к внешней трехфазной системе переменного тока обеспечивается за счет установки синхронизатора напряжения, состоящего из жестко закрепленного в корпусе аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита, жестко закрепленного посредством диска на валу между аксиальным магнитопроводом синхронизатора и постоянным аксиальным многополюсным магнитом индуктора подвозбудителя, причем распределение фаз трехфазной обмотки синхронизации выполняется совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, и блока коммутации, имеющего два входа, при этом к первому входу подключена обмотка якоря основного генератора, ко второму входу подключена трехфазная обмотка синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока.

Выполнение концов фаз трехфазной обмотки синхронизации с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора через блок коммутации и совместная работа синхронизатора напряжения с блоком коммутации позволяют минимизировать разность частот выходного напряжения аксиальной генераторной установки и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока, чем обеспечивается возможность выполнения одного из необходимых условий подключения генераторной установки к внешней трехфазной системе переменного тока - синхронизации выходного напряжения аксиальной генераторной установки с внешней трехфазной системой переменного тока.

Минимизация разности частот выходного напряжения аксиальной генераторной установки и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока обеспечивается за счет регулирования скорости вращения ротора с помощью синхронизатора напряжения.

Возможность суммирования механической энергии со световой энергией достигается за счет того, что в корпусе предлагаемого устройства устанавливаются фотоэлектрический преобразователь, который подключается к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты, и магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, а ведомый диск жестко закреплен на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса.

Механическая энергия вращения (момент вращения) подается от внешнего источника (например, ветра) на вал магнитного редуктора, через магнитный редуктор передается на вал ротора синхронизированной аксиальной двухвходовой генераторной установки. При вращении ротора синхронизированной аксиальной двухвходовой генераторной установки под действием вращающего момента полученная механическая энергия преобразуется в узле «постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя - многофазная обмотка якоря подвозбудителя» в электрическую энергию. В узле «основная и дополнительная однофазные обмотки возбуждения возбудителя - многофазная обмотка якоря возбудителя» электрическая энергия, полученная от преобразования механической энергии, суммируется с электрической энергией, полученной от преобразования световой энергии.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой синхронизированной аксиальной двухвходовой генераторной установки, на фиг. 2 - ее электрическая схема.

Синхронизированная аксиальная двухвходовая генераторная установка (САДГУ) содержит корпус 1, в котором установлены боковой аксиальный магнитопровод 20 с трехфазной обмоткой 22 якоря основного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод 29 с многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, основной 5 и дополнительной 6 однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу 23 которого посредством дисков 26 и 27 жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 16 с многофазной обмоткой 17 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 18 возбуждения основного генератора, а вал 23 ротора закреплен в подшипниковых узлах 24 и 25, закрыт крышкой 21 с одной стороны и выходит за пределы корпуса 1 с другой стороны, при этом однофазная обмотка 18 возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке 17 якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 19, основная однофазная обмотка 5 возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке 4 якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 28.

В верхней части корпуса 1 установлен фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 15, подключенный к дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю (на фиг. 1 и 2 не показан), через контакты 32 (фиг. 2).

На конце вала 23 ротора, выходящем за пределы корпуса 1, установлен магнитный редуктор 7, состоящий из вала 8 магнитного редуктора, ведущего 9 и ведомого 10 дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов 11 и 12, размещенных на ведущем 9 и ведомом 10 дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск 9 жестко закреплен на валу 8 магнитного редуктора 7, а ведомый диск 10 жестко закреплен на конце вала 23 ротора, выходящем за пределы корпуса 1.

В корпусе 1 предлагаемой САДГУ установлен синхронизатор напряжения, состоящий из аксиального магнитопровода 3 с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка 31 синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита 14, жестко закрепленного посредством диска 13 на валу 23 между аксиальным магнитопроводом 3 синхронизатора и постоянным аксиальным многополюсным магнитом 2 индуктора подвозбудителя, при этом аксиальный магнитопровод 3 синхронизатора жестко закреплен в корпусе 1, причем распределение фаз трехфазной обмотки 31 синхронизации выполнено совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора, а в нижней части корпуса 1 установлен блок коммутации 30, имеющий два входа, при этом к первому входу подключена трехфазная обмотка 22 якоря основного генератора, ко второму входу подключена трехфазная обмотка 31 синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока, при этом концы фаз трехфазной обмотки 31 синхронизации выполнены с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора через блок коммутации 30.

САДГУ работает следующим образом. Ротор САДГУ приводится во вращение от внешнего источника механической энергии (например, ветра) (вход механической энергии) через магнитный редуктор 7.

При вращении вала 8 магнитного редуктора 7 с установленным на нем ведущим диском 9 с постоянным магнитом 11 за счет силового взаимодействия постоянных магнитов 11 и 12, вызванного их стремлением притянуться противоположными полюсами, создается вращающий момент, который через ведомый диск 10 магнитного редуктора 7 передается на вал 23 ротора САД-ГУ, закрепленный в подшипниковых щитах 24 и 25 и закрытый с одной стороны крышкой 21. Этот вращающий момент вызывает вращение постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя, жестко закрепленного на валу 23 посредством диска 26, и аксиального вращающегося магнитопровода 16, жестко закрепленного на валу 23 посредством диска 27, с многофазной обмоткой 17 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 18 возбуждения основного генератора.

При вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя и аксиального вращающегося магнитопровода 16 с многофазной обмоткой 17 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 18 возбуждения основного генератора магнитный поток постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя взаимодействует с многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 29, жестко установленного в корпусе 1, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 28 и подается на основную однофазную обмотку 5 возбуждения возбудителя, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 29. При этом в основной однофазной обмотке 5 возбуждения возбудителя создается магнитный поток.

Одновременно в ФЭП 15 (и во внешнем ФЭП при его подключении, который в состав САДГУ не входит и на фиг. 1 и 2 не показан) (световой вход) происходит преобразование световой энергии в электрическую энергию постоянного тока. Протекающий по дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, подключенной к ФЭП 15 (и к внешнему ФЭП при его подключении к ней через контакт 32) (фиг. 2), постоянный ток создает магнитный поток, сонаправленный с магнитным потоком, создаваемым основной однофазной обмоткой 5 возбуждения возбудителя.

Созданный основной 5 и дополнительной 6 однофазными обмотками возбуждения возбудителя суммарный магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 17 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального вращающегося магнитопровода 16, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 19 и подается на однофазную обмотку 18 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы аксиального вращающегося магнитопровода 16.

Магнитный поток однофазной обмотки 18 возбуждения основного генератора взаимодействует с трехфазной обмоткой 22 якоря основного генератора, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 20, и наводит в ней трехфазную систему ЭДС, которая подается потребителям и на первый вход блок коммутации 30, второй вход которого подключен к трехфазной обмотке 31 синхронизации, уложенной в пазы аксиального магнитопровода 3 синхронизатора.

Блок коммутации 30 подключает САДГУ (фазы трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора) к внешней трехфазной системе переменного тока (к одноименным фазам внешней трехфазной системы переменного тока) при выполнении следующих условий:

1. Частота трехфазной ЭДС, снимаемой с трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора, равна частоте трехфазного напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

2. Величина трехфазной ЭДС, снимаемой с трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора, равна величине трехфазного напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

3. Порядок чередования фаз трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора и фаз трехфазной обмотки 31 синхронизации совпадает с порядком чередования фаз внешней трехфазной системы переменного тока.

Синхронизация выходного напряжения U_вых на выходе САДГУ осуществляется следующим образом.

При небольшом возмущающем момента синхронизирующий момент, создаваемый трехфазной обмоткой 22 якоря основного генератора, достаточен для того, чтобы генераторная установка не выпадала из синхронизма (оставалась в синхронизме).

При больших возмущающих воздействиях возникает существенное рассогласование между фазами напряжения, генерируемого трехфазной обмоткой 22 якоря основного генератора, и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока вследствие различных частот выходного напряжения генераторной установки, снимаемого с трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора, и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока. В этом случае блок коммутации 30, в котором осуществляется сравнение частот выходного напряжения генераторной установки и напряжения внешней трехфазной системы переменного тока, подключает фазы трехфазной обмотки 31 синхронизации к внешней трехфазной системе переменного тока. При этом по трехфазной обмотке 31 синхронизации под действием трехфазного напряжения внешней системы переменного тока протекает трехфазный электрический ток, который создает вращающееся с синхронной частотой магнитное поле.

При уменьшении частоты выходного напряжения, снимаемого с трехфазной обмотки якоря 22 основного генератора, вызванного уменьшением частоты вращения вала 23, по сравнению с частотой напряжения внешней трехфазной системы переменного тока, частота вращения жестко закрепленного на валу 23 посредством диска 13 постоянного аксиального многополюсного магнита 14 синхронизатора уменьшается. Это приводит к сдвигу (опережению) оси полюсов вращающегося магнитного поля трехфазной обмотки 31 синхронизации по отношению к осям полюсов постоянного аксиального многополюсного магнита 14 синхронизатора. Вследствие этого синхронизатор переходит в режим двигателя, то есть потребляет активную электрическую энергию из внешней трехфазной системы переменного тока. При этом магнитное поле, создаваемое электрическим током, протекающим по трехфазной обмотке 31 синхронизации, создает дополнительный вращающий момент, направленный согласно вращению ротора, вследствие чего скорость вращения ротора увеличивается, частота напряжения, снимаемого с трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора, увеличивается до частоты напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

При увеличении частоты выходного напряжения, снимаемого с трехфазной обмотки якоря 22 основного генератора, вызванного увеличением частоты вращения вала 23, по сравнению с частотой напряжения внешней трехфазной системы переменного тока, частота вращения жестко закрепленного на валу 23 посредством диска 13 постоянного аксиального многополюсного магнита 14 синхронизатора увеличивается. Это приводит к сдвигу (запаздыванию) оси полюсов вращающегося магнитного поля трехфазной обмотки 31 синхронизации по отношению к осям полюсов постоянного аксиального многополюсного магнита 14 синхронизатора. Вследствие этого синхронизатор переходит в режим генератора, то есть вырабатывает активную электрическую энергию, которую отдает во внешнюю трехфазную систему переменного тока. При этом магнитное поле, создаваемое электрическим током, протекающим по трехфазной обмотке 31 синхронизации, создает дополнительный вращающий момент, направленный встречно вращению ротора, вследствие чего скорость вращения ротора уменьшается, частота напряжения снимаемого с трехфазной обмотки 22 якоря основного генератора уменьшается до частоты напряжения внешней трехфазной системы переменного тока.

Таким образом, в предлагаемой САДГУ посредством электромагнитного преобразования осуществляется суммирование механической и световой энергий, поступающей на соответствующие входы САДГУ от двух разнородных источников энергии, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию трехфазного напряжения переменного тока, синхронизированного по частоте с напряжением внешней трехфазной системы переменного тока.

Синхронизированное напряжение переменного тока подается в сеть для питания потребителей и во внешнюю трехфазную систему переменного тока.

Предлагаемая стабилизированная аксиальная двухвходовая генераторная установка, выполняя функцию суммирования механической и электрической энергии постоянного тока с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию переменного тока, как и прототип, в то же время в отличие от него за счет обеспечения возможности прямого преобразования световой энергии и суммирования ее с механической энергией с последующим преобразованием полученной энергии в электрическую, обеспечения возможности подключения к внешней трехфазной системе переменного тока и минимизации разности частоты выходного напряжения аксиальной генераторной установки и частоты напряжения внешней системы трехфазного напряжения переменного тока позволяет обеспечить прямое преобразование световой энергии и параллельную работу генераторной установки с внешней трехфазной системой переменного тока.

Claims (1)

1. Синхронизированная аксиальная двухвходовая генераторная установка, содержащая корпус, в котором установлены боковой аксиальный магнитопровод с трехфазной обмоткой якоря основного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, отличающаяся тем, в корпусе установлены в верхней части фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, выполненной с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю через контакты, магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, а ведомый диск жестко закреплен на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, синхронизатор напряжения, состоящий из аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью, в пазы которого уложена трехфазная обмотка синхронизации, и постоянного аксиального многополюсного магнита, жестко закрепленного посредством диска на валу между аксиальным магнитопроводом синхронизатора и постоянным аксиальным многополюсным магнитом индуктора подвозбудителя, при этом аксиальный магнитопровод синхронизатора жестко закреплен в корпусе, а распределение фаз трехфазной обмотки синхронизации выполнено совпадающим с распределением фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора, и в нижней части корпуса блок коммутации, имеющий два входа, при этом к первому входу подключена трехфазная обмотка якоря основного генератора, ко второму входу подключена трехфазная обмотка синхронизации, а выход выполнен с возможностью подключения к внешней трехфазной системе переменного тока, при этом концы фаз трехфазной обмотки синхронизации выполнены с возможностью соединения с одноименными концами фаз трехфазной обмотки якоря основного генератора через блок коммутации.

Images