СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР

СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР


RU (11) 2088030 (13) C1

(51) 6 H02K19/36 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93019794/07 
(22) Дата подачи заявки: 1993.04.15 
(45) Опубликовано: 1997.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Вольдек А.П. Электрические машины. - М.-Л.: Энергия, 1966, с. 355-357, 363-370, рис. 1-8б. 
(71) Заявитель(и): Уральский филиал Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства 
(72) Автор(ы): Кабанов И.Д.; Дорм А.Г.; Епишков Н.Е.; Ужва И.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Уральский филиал Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства 

(54) СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к универсальным электрическим машинам. Сущность изобретения состоит в том, что синхронный генератор содержит статор с трехфазной обмоткой и ротор с обмоткой возбуждения на валу. Ветки фаз обмотки статора с помощью переключателя имеют возможность их последовательно-параллельного включения и переключения их из "звезды" в "треугольник". Обмотка возбуждения на роторе выполнена из двух параллельных ветвей, одна из которых имеет возможность подключения к источнику постоянного тока, а друга подключена к системе автоматического регулирования возбуждения. Обе ветви обмотки ротора связаны с контактными кольцами щеточно-контактного узла и соединены между собой. Муфта 10, предназначенная для соединения вала с приводным двигателем 12, снабжена редуктором скорости вращения 11. Особенностью данного синхронного генератора является то, что одна и та же единица оборудования может использоваться как генератор с частотой 50 Гц, а также и других частот, например, 200 Гц, для электроснабжения потребителей, и как генератор выпрямленного тока для сварочных работ. Такой сварочный генератор обладает крутопадающей внешней характеристикой в рабочей зоне. Изобретение позволяет также создать универсальные электрические машины с уменьшенными массогабаритными показателями, сопоставимыми с асинхронными и синхронными машинами нормального исполнения. 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам специального использования, в частности к универсальным синхронным генераторам, работающим в автономном режиме.

В настоящее время имеется острая потребность, особенно в условиях фермерского хозяйства, в электрической машине, способной осуществлять несколько функций, например, вырабатывать электрический ток промышленной частоты (50 Гц), работать в режиме генератора сварочного тока и др.

Разработка такого технического решения и является целью настоящего изобретения.

Известен неявнополюсный синхронный генератор, описанный в книге А.П.Вольдека "Электрические машины", М-Л. Энергия, 1966, с.355-357, рис.1-8б и с. 363-370.

Это устройство является генератором электрического тока промышленной частоты (50 Гц) и приводится механическим двигателем, с которым связано соединительным устройством.

Данный генератор содержит статор с трехфазной двухполюсной обмоткой. Ротор снабжен однослойной обмоткой с концентрическими катушками, размещенной на 2/3 части полюсного деления. Эта обмотка соединена с регулируемым источником постоянного тока и системой автоматического регулирования возбуждения, включающей трансформаторы тока с выпрямителем, включенным последовательно в цепь нагрузки. Обмотка возбуждения питается через контактные кольца и щетки от источника постоянного тока.

Обмотка ротора размещена в открытых пазах и закреплена в них немагнитными металлическими клиньями.

Для получения жесткой линейной внешней характеристики генератора и максимального ослабления реакции якоря воздушный зазор между ротором и статором выполняют большим, достигающим, например, в промышленных турбогенераторах, 30 мм.

Известное техническое решение не может быть реализовано в устройствах различной мощности, в том числе и в несколько киловатт.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, выражается в создании электрогенератора с новыми потребительскими свойствами. Эти свойства выражаются в том, что при реализации изобретения одна и та же единица оборудования может использоваться как источник электроснабжения с частотой 50 Гц и других частот, например, 200 Гц, и как источник выпрямленного тока дуговой сварки. При этом такой сварочный источник обладает крутопадающей внешней характеристикой в рабочей зоне, что обеспечивает сварочные свойства, сопоставимые с известным трехобмоточным коллекторным сварочным генератором постоянного тока.

Для решения поставленной технической задачи синхронный генератор, содержащий ротор с обмоткой возбуждения на валу, статор с трехфазной обмоткой, подключенной к коммутатору нагрузки, систему автоматического регулирования, включенную между обмоткой статора и обмоткой возбуждения, щеточно-контактный узел и устройство для соединения вала ротора с приводным двигателем, согласно изобретению, выполнен с уменьшенным воздушным зазором, каждая фаза обмотки статора выполнена из ветвей, число которых равно числу пар полюсов, обмотка возбуждения выполнена из двух параллельных ветвей, одна из которых имеет возможность подключения к источнику постоянного тока через щеточно-контактный узел, а другая подключена к системе автоматического регулирования возбуждения, при этом коммутатор нагрузки выполнен с возможностью последовательно-параллельного включения ветвей фаз обмотки статора и переключения их из "звезды" в "треугольник", а устройство для создания вала ротора с приводным двигателем снабжено редуктором скорости вращения.

Заявитель, изучив научно-техническую и патентную информацию, не обнаружил другого технического решения, содержащего совокупность признаков патентуемого изобретения, и пришел к выводу о соответствии заявляемого решения критерию охраноспособности "новизна".

По мнению заявителя, изобретение не следует явным образом из уровня техники, хотя отдельные его признаки известны на момент составления заявки. Однако предложенная совокупность признаков и их взаимосвязь, по мнению заявителя, является новой.

На фиг. 1 изображена схема патентуемого устройства; на фиг. 2 схема расположения полузакрытых пазов на статоре и роторе; на фиг. 3 схема пересоединения обмотки статора из последовательного в параллельное и ветвей из соединения по схеме "звезда" в соединение по схеме "треугольник";

на фиг. 4 схема переключения с шинами:

а) нижняя колодка с выводом обмотки статора;

б) верхняя съемная колодка с шинами для переключения в последовательное соединение ветвей обмотки статора по схеме "звезда";

в) вторая верхняя съемная колодка с шинами для переключения обмотки в параллельное соединение ветвей по схеме "треугольник";

на фиг. 5 изображена принципиальная электрическая схема статора, ротора, системы компаундирования;

на фиг. 6 представлены графические изображения внешних характеристик патентуемого синхронного генератора.

Пример конкретного осуществления изобретения.

Синхронный генератор (фиг.1,2) представляет собой неявнополюсную электрическую машину 1, включающую статор 2, ротор 3, установленные с зазором 0,35 мм. Обмотки генератора уложены в полузакрытых пазах, которые равномерно распределены по окружности ротора 3 и статора 2. Эти обмотки связаны между собой системой токового компаундирования 4 (фиг.1). Кроме того, обмотка статора снабжена переключателем 5 и через выпрямитель сварочного тока 6 соединена с кабелями 7 сварочного устройства 8. Обмотка ротора 3 подключена к регулируемому источнику постоянного тока 9.

Вал ротора 3 с помощью соединительных муфт 10 связан с редуктором скорости 11 и валом приводного двигателя 12. В качестве последнего используется, например, двигатель трактора МТЗ-80.

Обмотка статора 2 (фиг.3) является трехфазной и выполнена шестиполюсной из обмоточного провода 0,85 мм. Особенностью этой обмотки является возможность изменения числа параллельных ветвей каждой фазы и схемы их соединения со "звезды" в "треугольник". В режиме работы генератора 50 Гц с помощью специального переключателя 5 формируется одна ветвь каждой фазы обмотки (фиг. 3а) и фазы обмотки соединяются по схеме "звезда". Для этого используется первая съемная верхняя колодка (фиг. 4б) с расположением шин, позволяющим сделать такое переключение при соединении этой колодки (4б) с нижней колодкой (фиг. 4а), на которую выведены концы витков обмотки статора 2.

Для настройки генератора для работы в режиме сварки или для выработки тока повышенной частоты используется третья колодка (фиг. 4в) переключателя 5. При ее использовании обмотка статора 2 имеет схему соединения, изображенную на фиг. 3б.

В нашем примере формируется три ветви каждой фазы (по числу пар полюсов) и фазы обмотки статора 2 соединены по схеме "треугольник".

Обмотка ротора 3 также имеет особенность в исполнении.

Во-первых, она расщеплена на две параллельные ветви 13, которые выполнены однослойными из концентрических катушек. Для их изготовления использованы, как и для обмотки статора, провод o 0,85 мм.

Во-вторых, ветви 13 размещены также в полузакрытых пазах, равномерно распределенных по поверхности ротора 3, который, в свою очередь, выполнен из стальных дисков толщиной 3 мм. Пазы ротора и статора закрыты немагнитопроводными клиньями.

В-третьих, обмотки ротора и статора имеют одинаковое число полюсов.

Ветви 13 обмотки ротора 3 (фиг.5) включены в два контура. Первая ветвь включена в контур возбуждения по средством контактных колец 14, 15, щеточно-контактного узла, насажанных на вал ротора 3. В контур возбуждения включен также источник постоянного тока 9 (фиг. 1, на фиг. 5 не показан).

Контур токового компаундирования, кроме второй из ветвей 13 обмотки ротора и третьего контактного кольца, содержит трехстержневой шихтованный магнитопровод 17 с обмотками. Первичные обмотки магнитопровода 17 включены последовательно в цепь нагрузки генератора, а вторичные соединены в "звезду" и подсоединены к трехфазному выпрямителю 18, который, в свою очередь, с одной стороны подключен к регулятору компаундирования 19, а с другой к отрицательному полюсу ветвей 13 через контактное кольцо 15. Оба контура (возбуждения и компаундирования) имеют дополнительную связь между собой через полупроводниковый диод 20, соединяющий положительные полюса ветвей 13 обмотки ротора.

Для работы генератора в режиме выработки тока повышенных частот его ротор 3 соединен посредством одной из муфт 10 с выходным валом механического редуктора скоростей 11, первичный (входной) вал которого, в свою очередь, соединен посредством другой муфты 10 с валом отбора мощности двигателя трактора 12 (фиг.1).

Патентуемое устройство используют следующим образом.

1. Режим работы синхронного генератора тока с частотой 50 Гц.

Для этого обмотку статора 2 приводят в вид, соответствующий фиг.3а, устанавливая на переключателе 5 колодку с расположением шин, изображенным на фиг.4б. В результате обмотка статора будет содержать по одной ветви в каждой фазе, а фазы соединены по схеме "звезда". Затем включают выпрямитель 6. При этом включается в работу система автоматического регулирования возбуждения, поддерживая заданную величину напряжения (220 В). Редуктор скоростей 11 устанавливают в положение, обеспечивающее номинальную частоту вращения ротора 3, определенную выражением мин-1. При этом ток возбуждения от независимого источника постоянного тока 9 соответствует номинальному напряжению обмотки статора в режиме холостого хода. С увеличением тока нагрузки ток возбуждения возрастает за счет системы токового компаундирования 4 (фиг. 1), что обеспечивает поддержание напряжения на уровне номинального. При этом внешняя характеристика генератора представлена кривой 1 на фиг.6. Вырабатываемый генератором ток с частотой 50 Гц подается к электроприемникам от выходных клемм генератора.

2. Режим работы сварочного синхронного генератора.

На переключателе 5 колодку б) заменяют колодкой в) (фиг.4). При этом обмотка статора будет собрана по схеме, приведенной на фиг.3б. Кроме того, эту обмотку подключают к выпрямителю сварочного тока 6. Ротор 3 приводят во вращение приводным двигателем с номинальной частотой, аналогичной режиму работы генератора с частотой 50 Гц. При появлении тока в цепи сварки система компаундирования дополнительно подпитывает обмотку возбуждения. При увеличении тока сварки выше определенного значения магнитная система генератора переходит в ненасыщенное состояние из-за действия реакции якоря, что обеспечивает крутопадающую внешнюю характеристику в зоне рабочего тока сварки (фиг.6, поз.2). Величина рабочего тока сварки устанавливается и изменяется с помощью регулятора 19.

3. Режим работы синхронного генератора с повышенной частотой, например, f=200 Гц.

Схему обмотки статора 2 собирают такой же, как для работы в режиме сварочного генератора (фиг.3б), используя переключатель 5. Схему питания обмотки ротора 3 собирают так же, как и в случае использования генератора с частотой 50 Гц.

Повышенная частота тока обеспечивается включением в схему привода ротора 3 генератора повышающего редуктора 11, который обеспечивает вращение ротора с частотой согласно формуле:



При этом достигается частота вращения генератора, равная 200 Гц, то есть в 4 раза большая, чем в режиме 50 Гц, и обеспечивается внешняя характеристика генератора, изображенная кривой 3 на фиг.6.

Изобретение позволяет создавать универсальные электроагрегаты с уменьшенными массогабаритными показателями, что облегчает их агрегатирование с трактором. Это особенно важно для фермерских хозяйств и других предприятий, которые находятся вдали от населенных пунктов и не подключены к централизованным электрическим сетям. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Синхронный генератор, содержащий ротор с обмоткой возбуждения на валу, статор с трехфазной обмоткой, подключенной к коммутатору нагрузки, систему автоматического регулирования выходного напряжения, включенную между обмоткой статора и обмоткой возбуждения, щеточно-контактный узел и устройство для соединения вала ротора с приводным двигателем, отличающийся тем, что генератор выполнен с уменьшенным воздушным зазором, каждая фаза обмотки статора выполнена из ветвей, число которых равно числу пар полюсов, обмотка возбуждения выполнена из двух параллельных ветвей, одна из которых имеет возможность подключения к источнику постоянного тока через щеточно-контактный узел, а другая подключена к системе автоматического регулирования возбуждения, при этом коммутатор нагрузки выполнен с возможностью последовательно-параллельного включения ветвей фаз обмотки статора и переключения их из "звезды" в "треугольник", а устройство для соединения вала ротора с приводным двигателем снабжено редуктором скорости вращения.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru