КОММУТИРУЕМЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ

КОММУТИРУЕМЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ


RU (11) 2103800 (13) C1

(51) 6 H02P9/42 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 96116554/09 
(22) Дата подачи заявки: 1996.08.13 
(45) Опубликовано: 1998.01.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1978, с. 235. 2. FR, патент, 2303410, кл. H 02 F 9/14, 1976. 
(71) Заявитель(и): Колесников Николай Кузьмич; Семергей Сергей Васильевич; Руденко Николай Валерьевич; Сажнев Михаил Васильевич 
(72) Автор(ы): Колесников Николай Кузьмич; Семергей Сергей Васильевич; Руденко Николай Валерьевич; Сажнев Михаил Васильевич 
(73) Патентообладатель(и): Колесников Николай Кузьмич; Семергей Сергей Васильевич; Руденко Николай Валерьевич; Сажнев Михаил Васильевич 

(54) КОММУТИРУЕМЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ 

Использование: для генерирования напряжения стабильной частоты в электроэнергетических установках с переменной скоростью вращения вала. Сущность изобретения: генератор имеет многосекционную замкнутую обмотку возбуждения, конструктивно выполненную по типу якорной обмотки машины постоянного тока. Стабилизация выходной частоты генератора при частотах вращения ротора, отличных от синхронной, осуществляется с помощью регулятора частоты вращения путем поочередного подключения с помощью коммутатора выводов диаметрально противоположных секций обмотки возбуждения к управляемому источнику постоянного тока с частотой коммутации, пропорциональной частоте скольжения и числу секций на пару полюсов. Это позволяет обеспечить расширение рабочего диапазона изменения частоты вращения, в котором обеспечивается постоянство частоты генерируемого напряжения. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерирования напряжения стабильной частоты в электроэнергетических установках с переменной скоростью вращения вала приводного двигателя, например в ветроэнергетических установках, малых гидроэлектростанциях, дизель-электроустановках с регулированием частоты вращения в зависимости от нагрузки, в электроустановках с приводом от маршевого двигателя.

Известен электромеханический преобразователь энергии с полупроводниковым коммутатором [1] , в котором вращение магнитного потока статора создается в результате согласованного с вращением ротора последовательного подключения секций обмотки статора к источнику постоянного тока с помощью управляемых прлупроводниковых вентилей. Данная машина надежна в работе, однако при использовании ее в режиме генератора переменного тока стабильной частоты (при переменной скорости вращения ротора) коммутатором, выступающим в этом случае в качестве преобразователя частоты, будет преобразовываться полный поток выходной мощности машины, что обусловливает завышенную установленную мощность вентилей и снижает КПД устройства.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является генератор переменного тока [2], предназначенный для производства переменного электрического тока постоянной частоты при переменной скорости вращения вала приводного двигателя и содержащий полупроводниковый коммутатор, замкнутую многосекционную обмотку возбуждения, секции которой равномерно распределены по окружности статора, соединены последовательно-согласно, а их выводы подключены через полупроводниковый коммутатор к управляемому источнику постоянного тока, датчик частоты вращения, механически связанный с валом генератора. Однако данное устройство не обеспечивает стабилизацию частоты выходного напряжения в широком диапазоне изменения скорости вращения вала генератора, поскольку в этом устройстве отсутствуют признаки, направленные на возможность поочередного подключения коммутатором с частотой коммутации, пропорциональной частоте скольжения, диаметрально противоположных выводов секций многосекционной замкнутой обмотки возбуждения к источнику постоянного ток.

Изобретение направлено на расширение рабочего диапазона изменения скорости вращения вала устройств генерирования электроэнергии стабильной частоты с переменной скоростью вращения привода.

Сущность изобретения состоит в том, что от известного генератора предлагаемый коммутируемый синхронный генератор стабильной частоты, содержащий датчик частоты вращения, механически связанный с валом генератора, управляемый источник постоянного тока, полупроводниковый коммутатор, силовой вход которого связан с выходом управляемого источник постоянного тока, многосекционную замкнутую обмотку возбуждения, секции которой равномерно распределены по окружности индуктора, соединены последовательно-согласно, а их выводы подключены к выходам полупроводникового коммутатора, регулятор возбуждения, выход которого связан с входом управляемого источника постоянного тока, датчик напряжения, выход которого связан с первым входом регулятора возбуждения, а вход - с выходом генератора, задатчик напряжения, выход которого связан с вторым входом регулятора возбуждения, отличается тем, что расширение рабочего диапазона изменения скорости вращения вала генератора достигается за счет того, что в него дополнительно введены задатчик частоты и регулятор частоты, первый вход которого соединен с выходом задатчика частоты, а второй - с выходом датчика частоты вращения, а выходы регулятора частоты связаны с управляющими входами полупроводникового коммутатора, выполненного с возможностью поочередного подключения коммутатором с частотой коммутации, пропорциональной частоте скольжения и числу секций обмотки возбуждения на пару полюсов, диаметрально противоположных выводов секций обмотки возбуждения к управляемому источнику постоянного тока, причем в состав регулятора частоты входят схема сравнения и компаратор, первые входы которых соединены с выходом задатчика частоты, а вторые - с выходом датчика частоты, управляемый генератор импульсов, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, распределитель импульсов, первый вход которого соединен с выходом управляемого генератора импульсов, а второй - с выходом компаратора, выходы распределителя импульсов связаны с соответствующими управляющими входами полупроводникового коммутатора.

На фиг. 1 представлена схема коммутируемого синхронного генератора стабильной частоты, на фиг. 2 - схема регулятора частоты.

Коммутируемый синхронный генератор стабильной частоты (фиг. 1) содержит два контура регулирования. Первый контур служит для стабилизации выходной частоты генератора 1 с многосекционной замкнутой обмоткой возбуждения 2 и включает в себя датчик частоты вращения 3, механически связанный с валом 4 генератора 1, регулятор частоты 5, полупроводниковый коммутатор 6 и генератор 1. Задание требуемой выходной частоты осуществляется с помощью задатчика частоты 7, сигнал с которого поступает на первый вход регулятора частоты 5. Информация о текущей частоте вращения вала 4 поступает с датчика частоты 3 на второй вход регулятора частоты 5. Второй контур служит для стабилизации генерируемого напряжения и включает датчик напряжения 8, своим входом подключенный к выходу 9 генератора 1, регулятор возбуждения 10, управляющий источником постоянного тока 11, полупроводниковый коммутатор 6 и генератор 1. Задание требуемого значения выходного напряжения осуществляется с помощью задатчика напряжения 12, сигнал с которого поступает на второй вход регулятора возбуждения 10.

Регулятор частоты 5 (фиг. 1, 2) служит для управления ключами полупроводникового коммутатора 6, для чего в составе последнего имеются схема сравнения 13, управляемый генератор импульсов 14, компаратор 15 и распределитель импульсов 16.

Задатчик частоты 7, задатчик напряжения 12, регулятор возбуждения 10, датчик частоты вращения 3, датчик напряжения 8, схема сравнения 13 и компаратор 15 могут быть реализованы по известным схемам, в том числе и с применением цифровой техники. В качестве управляемого генератора импульсов 14 может использоваться, например, преобразователь напряжения в частоту. Распределитель импульсов 16 может быть выполнен на основе реверсивных сдвиговых регистров. Полупроводниковый коммутатор 6 представляет собой коммутатор на полностью управляемых ключах двустороннего действия и может быть реализован с использованием комплементарных транзисторных пар. Число ключей двустороннего действия коммутатора 6 соответствует числу m соединенных с его выходами секций обмотки возбуждения 2, которое является кратным числу полюсов 2p. Обмотка возбуждения 2 конструктивно может быть выполнена по типу якорной обмотки машины постоянного тока. Вращение магнитного потока возбуждения при частотах вращения ротора, отличных от синхронной, в предлагаемом устройстве создается в результате согласованного с частотой скольжения последовательного подключения секций обмотки возбуждения 2 к источнику постоянного тока 11 аналогично созданию вращающегося магнитного потока статора в известном электромеханическом преобразователе энергии с полупроводниковым коммутатором. Обмотка якоря генератора 1 может быть выполнена в обычных для синхронных машин исполнениях.

Электропитание системы возбуждения генератора 1 может осуществляться как от выхода 9 устройства с использованием в качестве источника постоянного тока 11 управляемого выпрямителя (режим самовозбуждения коммутируемого синхронного генератора стабильной частоты), так и от некоторого независимого источника, например от отдельного электромашинного возбудителя, находящегося на одном валу 4 с генератором 1.

Рассмотрим работу устройства (фиг. 1, 2).

В исходном состоянии на выходах задатчиков частоты 7 и напряжения 12 имеют место сигналы, соответствующие требуемым значениям частоты и напряжения на выходе генератора 1, а на одном из выходом распределителя импульсов 16 должен присутствовать сигнал управления полупроводниковым коммутатором 6, удерживающий в открытом состоянии соответствующую пару полупроводниковых ключей и тем самым обеспечивающий подключение выводов диаметрально противоположных секций обмотки возбуждения 2 к управляемому источнику постоянного тока 11. При работе устройства на вторые входы устройства сравнения 13 и компаратора 15 поступает информация с датчика частоты вращения 3, а на первые - с задатчика частоты 7. Сигнал с выхода схемы сравнения 13 поступает на вход управляемого генератора импульсов 14, на выходе которого возникают прямоугольные импульсы управления с частотой следования, пропорциональной величине этого сигнала, то есть пропорциональной модулю скольжения. Импульсы управления поступают на первый (тактовый) вход распределителя импульсов 16, на второй вход которого поступает сигнал с выхода компаратора 15, управляющий в зависимости от знака скольжения направлением распределения импульсов. В зависимости от этого направления полупроводниковым коммутатором 6 осуществляется подключение выводов диаметрально противоположных секций обмотки возбуждения 2 к управляемому источнику постоянного тока 11 поочередно либо в направлении, совпадающем с направлением вращения вала 4, если частота вращения последнего выше синхронной, либо в противоположном направлении, если частота вращения вала 4 ниже синхронной. При вращении ротора генератора 1 с синхронной частотой сигнал на выходе схемы сравнения 13 отсутствует, и импульсов на выходе управляемого генератора импульсов 14 нет, следовательно, состояния выходов распределителя импульсов 16 не меняются и открытой остается та пара полупроводниковых ключей коммутатора 6, на управляющий вход которой поступает сигнал с одного из выходов распределителя импульсов 5. В этом случае генератор 1 работает как обычный синхронный генератор.

Стабилизация генерируемого напряжения в предлагаемом устройстве осуществляется с помощью регулятора возбуждения 10 известными способами.

Таким образом, предлагаемый коммутируемый синхронный генератор стабильной частоты позволяет обеспечивать поддерживание постоянства частоты на его выходе в расширенном диапазоне изменения частот вращения вала. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Коммутируемый синхронный генератор стабильной частоты, содержащий датчик частоты вращения, механически связанный с валом генератора, управляемый источник постоянного тока, полупроводниковый коммутатор, силовой вход которого связан с выходом управляемого источника постоянного тока, многосекционную замкнутую обмотку возбуждения, секции которой равномерно распределены по окружности индкуктора, соединены последовательно согласно, а их выводы подключены к выходам полупроводникового коммутатора, регулятор возбуждения, выход которого связан с входом управляемого источника постоянного тока, датчик напряжения, выход которого связан с первым входом регулятора возбуждения, а вход с выходом генератора, задатчик напряжения, выход которого связан с вторым входом регулятора возбуждения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены задатчик частоты и регулятор частоты, первый вход которого соединен с выходом задатчика частоты, а второй с выходом датчика частоты вращения, а выходы регулятора частоты связаны с управляющими входами полупроводникового коммутатора, выполненного с возможностью поочередного подключения коммутатором с частотой коммутации, пропорциональной частоте скольжения и числу секций обмотки возбуждения на пару полюсов, диаметрально противоположных выводов секций обмотки возбуждения к управляемому источнику постоянного тока, причем в состав регулятора частоты входят схема сравнения и компаратор, первые входы которых соединены с выходом задатчика частоты, а вторые с выходом датчика частоты, управляемый генератор импульсов, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, распределитель импульсов, первый вход которого соединен с выходом управляемого генератора импульсов, а второй

с выходом компаратора, выходы распределителя импульсов связаны с соответствующими управляющими входами полупроводникового коммутатора.




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