RU2760562C2

RU2760562C2 - Control of a generator by means of connecting and disconnecting generator windings

Info

Publication number: RU2760562C2
Application number: RU2020115909A
Authority: RU
Inventors: Ярослав Владимирович Наговицын
Original assignee: Ярослав Владимирович Наговицын
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2021-11-29
Also published as: RU2020115909A3; RU2020115909A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: according to the invention, activation and deactivation of generation on the generating windings of the generator from the load is controlled. The power is only collected at the moments of "magnetisation" of the magnetic pole (a magnet or an electromagnet) to the magnetic core of the generating coils, and at the moment when the magnet or electromagnet stops interacting with the magnetic core, the generating coils are disconnected. The connection and disconnection of the generating coils is controlled by means of a mechanical brush assembly, executing activation using transistor or thyristor switches or by any other means.

EFFECT: reduced power consumption required to drive the rotation of the generator due to the absence of significant moments of resistance to the rotation of the rotor.

1 cl, 10 dwg

Description

1. Название изобретения: Управление генератором методом подключения и отключения генераторных обмоток.1. Name of the invention: Generator control by connecting and disconnecting generator windings.

2. Область техники: Изобретение относится к электротехнике, электрическим машинам, генераторам электрической энергии.2. Field of technology: The invention relates to electrical engineering, electrical machines, generators of electrical energy.

3. Уровень техники: Изобретение может применяться с любыми генераторами.3. State of the art: The invention can be applied to any generator.

4. Раскрытие изобретения: Изобретение относится к управлению электрическим генератором, электромеханическим машинам с управляемым включением и отключением генерирующих обмоток генератора в заданном секторе вращения ротора относительно статора.4. Disclosure of the invention: The invention relates to the control of an electric generator, electromechanical machines with controlled switching on and off of the generating windings of the generator in a given sector of rotation of the rotor relative to the stator.

5. Смыслом управления является отключение генерации на генерирующих обмотках генератора от нагрузки в фазе выхода магнита (электромагнита) из зоны взаимодействия с сердечником генерирующих обмоток и обратным включением в фазе примагничивания, (приближения) магнита (электромагнита) к сердечнику генерирующих обмоток, во время кругового циклического движения вращающейся части генерирующей электромашины. Подключением и отключением генерирующих катушек можно управлять посредством механического щеточного узла, управляемыми при помощи различных датчиков или систем положения ротора, с осуществлением включения при помощи транзисторных или тиристорных ключей или любыми другими способами. Ввиду того, что съем энергии происходит только в моменты «примагничивания» магнитного полюса (магнита или электромагнита) к магнитопроводу сердечника генерирующих катушек, а в момент выхода магнита или электромагнита из взаимодействия с магнитопроводом генерирующие катушки отключены, то значительных моментов сопротивления вращению ротора не возникает.5. The meaning of the control is to turn off the generation on the generating windings of the generator from the load in the phase of the exit of the magnet (electromagnet) from the zone of interaction with the core of the generating windings and reverse switching on in the phase of magnetization, (approach) of the magnet (electromagnet) to the core of the generating windings, during the circular cyclic movement of the rotating part of the generating electric machine. The connection and disconnection of the generating coils can be controlled by means of a mechanical brush assembly, controlled by various sensors or rotor position systems, with the implementation of switching on using transistor or thyristor switches or in any other way. Due to the fact that energy is taken off only at the moments of "magnetization" of the magnetic pole (magnet or electromagnet) to the magnetic circuit of the core of the generating coils, and at the moment when the magnet or electromagnet leaves the interaction with the magnetic circuit, the generating coils are disconnected, significant moments of resistance to the rotation of the rotor do not arise.

6. Преимущества: При увеличении потребления электрической нагрузки на приводном вале генератора не возникает значительных тормозящих моментов, остаются только моменты естественного залипания магнитов (электромагнитов) на полюсах магнитопровода. Значительно уменьшаются ударные нагрузки при генерации, что значительно увеличивает срок службы генератора.6. Advantages: With an increase in the consumption of the electrical load on the drive shaft of the generator, there are no significant braking moments, only the moments of natural sticking of magnets (electromagnets) at the poles of the magnetic circuit remain. Shock loads during generation are significantly reduced, which significantly increases the generator's service life.

7. Недостатками является невозможность кратковременной работы генератора при возникновении перегрузок выше номинальных значений.7. The disadvantages are the impossibility of short-term operation of the generator in the event of overloads higher than the nominal values.

Снижение вырабатываемой максимальной электроэнергии 50% и более от номинальной возможности генератора при классическом подключении.Decrease of the generated maximum electricity by 50% or more of the rated capacity of the generator with a classic connection.

При реализации управления на щеточном узле возникает повышенный износ и искрение щеток, так как отключение происходит в момент максимального нарастания генерируемого напряжения.When implementing control on the brush assembly, increased wear and sparking of the brushes occurs, since the shutdown occurs at the moment of the maximum increase in the generated voltage.

При реализации управления на силовых транзисторах ключах возникают дополнительные требования к настройке моментов из-за возникновения задержек срабатывания силовых транзисторов в максимальный момент нарастания генерируемого напряжения. Возникает дополнительный расход электроэнергии, необходимый для запитывания схем управления подключения генерирующих обмоток.When implementing control on power transistors for keys, additional requirements arise for setting the moments due to the occurrence of delays in the operation of power transistors at the maximum moment of rise of the generated voltage. An additional power consumption occurs, which is necessary to power the control circuits for connecting the generating windings.

При реализации управления на тиристорах требуется сложная электронная схема управления. Возникает дополнительный расход электроэнергии, необходимый для запитывания схем управления подключением генерирующих обмоток.When implementing control on thyristors, a complex electronic control circuit is required. An additional power consumption occurs, which is necessary to power the control circuits for connecting the generating windings.

8. Техническим результатом, на решение которого направленно предлагаемое изобретение, является значительное снижение энергетических затрат, необходимых для привода вращения генератора.8. The technical result, the solution of which is directed by the proposed invention, is a significant reduction in energy costs required to drive the rotation of the generator.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

Рис 1. Схематичный эскиз управления однофазным генератором. С обозначением включения или отключения генераторных обмоток в секторах относительно вращения полюсов ротора и статора.Fig 1. Schematic sketch of a single-phase generator control. With the designation of turning on or off the generator windings in the sectors relative to the rotation of the rotor and stator poles.

Рис 2. График выходного напряжения однофазного генератора, изображенного на Рис. 1 с обозначением состояния подключения генераторных обмоток на графике.Fig 2. The graph of the output voltage of the single-phase generator shown in Fig. 1 with the designation of the connection status of the generator windings on the graph.

Рис 3. График действующих сил на привод ротора генератора при реализации управления генератором методом подключения и отключения генераторных обмоток и возникающих напряжений, изображенных на Рис. 1 и Рис. 2.Fig 3. The graph of the acting forces on the generator rotor drive when the generator is controlled by the method of connecting and disconnecting the generator windings and the arising voltages shown in Fig. 1 and Fig. 2.

Рис. 4. График действующих сил на привод ротора однофазного генератора при классическом подключении нагрузки.Rice. 4. The graph of the acting forces on the rotor drive of a single-phase generator with a classic load connection.

Рис. 5. Схематичный эскиз реализации трехфазного генератора с реализацией управления подключения нагрузки к генерирующим обмоткам. Пунктиром выделен сектор включения обмотки для Фазы С согласно положению магнитного ротора.Rice. 5. A schematic sketch of the implementation of a three-phase generator with the implementation of control for connecting the load to the generating windings. The dotted line indicates the sector for turning on the winding for Phase C according to the position of the magnetic rotor.

Рис. 6. График выходных напряжений трехфазного генератора с реализацией управления подключения нагрузки к генерирующим обмоткам.Rice. 6. Diagram of the output voltages of a three-phase generator with the implementation of control of connecting the load to the generating windings.

Рис. 7. Схематичный пример управления на базе стандартного автомобильного генератора.Rice. 7. Schematic example of control based on a standard car generator.

Рис. 8. График выходных напряжений при управления на базе стандартного автомобильного генератора.Rice. 8. Diagram of output voltages when controlled based on a standard automobile generator.

Рис. 9. Изображение стенда (аксиального трехфазного генератора), на котором были проведения испытаний, измерений и подтверждение предлагаемого изобретения.Rice. 9. Image of the stand (axial three-phase generator), where tests, measurements and confirmation of the proposed invention were carried out.

Рис. 10. Изображение стенда (аксиального трехфазного генератора), на котором были проведения испытаний, измерений и подтверждение предлагаемого изобретения.Rice. 10. Image of the stand (axial three-phase generator), where tests, measurements and confirmation of the proposed invention were carried out.

Claims

A method for controlling a generator by turning on and off the generating windings depending on the position of the magnetic fields of the exciting system relative to the magnetic cores of the generating windings, which consists in the fact that the connection and disconnection of generation on the generating windings of the generator is performed by the method of closing and opening the circuit of the generating windings, the proposed system is designed to turn off the generation on the generating windings of the generator from the load in the phase of the exit of the magnet or electromagnet from the zone of interaction with the core of the generating windings, and by reverse connection - in the phase of magnetizing the magnet or electromagnet to the core of the generating windings until the moment of maximum approach to the pole of the generating coils during the circular cyclic movement of the rotating parts of the generating electric machines, while when the energy is transferred to the consumer, only the rising front of the electric voltage generated at the moment of the approach of the magnet or and an electromagnet to the cores of the generating windings, and at the moment of the falling edge of the electric voltage, when the magnet or electromagnet leaves the interaction with the magnetic circuit of the core of the generating windings, when a significant resistance to rotation of the rotor relative to the stator occurs, the generating windings are disconnected-open from the consumer of electrical energy.