Бесконтактный генератор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 П Н 02 К 19 ПИСАНИЕ НИ МУ СВИД. АВТО ЛЬСТ ет МеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Научно-исследовательский проектно-конструкторский:и технологический институт. тяжелого электромашиностроения Харьковского завода Электротяжмаш им. В. И, Ленина и Украинский заочный политехнический институт(56) 1, Авторское свидетельство СССРВ 868937, кл. Н 02 К 19/34, 1980.2. Авторское свидетельствоСССРР 304887, кл. Н 02 К 3/28, 1968.3. Авторское свидетельство СССРМ 315503, кл. Н. 02 К 19/36, 1968.4. Авторское свидетельство СССР9 803098, кл. Н 02 К 19/36, 1978. ЯО 1054859 А(54)(57) БЕСКОНТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОР, содержащий на статоре две трехфазные обмотки, соединенные по схеме звез.д)да с йулевыми выводами, смещенные одна относительно другой, каждая из которых подключена к трехфаэным мостовым выпрямителям, соединенным между собой на стороне постоянного тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД и расширения функциональных возможностей, генератор дополнительно снабжен третьей обмоткой статора, соединенной по схеме звезда с нулевым выводом, и подключенным к ней трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным с указанными выпрямителями рС на стороне постоянного тока, причем вторая и третья обмотки статора смещены относительно первой обмотки на 200 н 40 вд. град. соответственно,Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашиностроению, и касается генераторов,обеспечивающих питанием электропотребители на постоянном и переменномтоках. 5При неизменности величины напряжения на зажимах потребителей как постоянного, так и переменного тока, питание осуществляется известными способами, заключающимися в параллельном подключении к шинам генератораразделительного трансформатора иливентильного выпрямителя соответствующей схемы.В случае, когда законы изменениянапряжения на зажимах потребителейпостоянного Ос и переменного тока Офсущественно различны, требуется применение специальных мероприятий,обеспечивающих в достаточной степенинезависимую их регулировку. В качест 20,ве примера можно привести системуэлектроснабжения тепловозов, где необходимо изменять напряжение постоянного тока Ос по тяговой (гиперболической функции тока) характеристике, а напряжение переменного тока,используемого для питания моторвентиляторов и отопления поезда,поддерживать постоянным. Известныетехнические решения, реализующиепитание потребителей постоянного тока и переменного тока по основнойчастоте генератора такие как установка отдельного генератора или применение компаундных трансформаторов, 35достаточно сложны и экономическине эффективны.Известен самовозбуждающийся двухчастотный генератор в котором осуществляется регулирование постоянного и переменного напряжений по разным частотам, Согласно данному техническому решению большую часть мощности, идущую, например, для питанияпотребителей постоянного тока, отбирают с зажимов генератора по егоосновной частоте, а меньшую частьмощности (до 10-20 основнойснимаютс дополнительной обмотки, использующей энергию наиболее существеннойтретьей гармонической поля возбуждения, Дополнительная обмотка, уложенная на полюсах с шагом, отличным отосновной, обеспечивает в достаточнойстепени независимое регулированиепостоянного и переменного напряжений,55допуская изменение первого из них,например, по тяговой характеристике,а второе, сохраняя неизменным по величине,.Однако наличие дополнительной 60обмотки на статоре заметно затрудняет реализацию данного техническогорешения в производстве вследствиевозрастания трудоемкости обмоточныхработ, а также ведет к некоторому увеличению активной зубцовой эоныстатора.Известно техническое решение,согласно которому эффект совмещенияфункций обмоток нескольких частотв одной обмотке достигается за счетвыполнения параллельных ветвей однойчастоты из пространственно сдвинутыхкатушек, число витков в которых пропорционально синусу их координаты,при этом выводы средних точек упомянутых параллельных ветвей используются в качественачал фаз другой частоты (,2 3,Недостатками данного техническогорешения являются наличие в производстве большого числа разнотипных катушек, а также недостаточно полноеиспользование активного объема машины.Известна синхронная электрическаямашина, в которой эффект совмещенияфункций обмоток нескольких частотдостигается за счет дискриминацииобмоточных коэффициентов параллельных ветвей обмотки по различным частотам.Параллельные ветви обмотки выполняются с одинаковыми для первойгармонической обмоточными коэффициентами и минимально различнымидля третьей гармонической ( 3 .Недостатками данного техническогорешения являются сложность выполнения обмотки с различными шагами ичислом витков в одном статоре, ограниченность применения областью однофазных нагрузок и невозможностьиспользования в генераторах, поскольку гармонические составляющие ихполя возбуждения четного порядкачрезвычайно малы.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является техническое решение,в соответствии скоторым дополнительная обмотка статора выполнена той же полюсности,что и основная, но смещена относительно основной обмотки на 30 эл,град,и подключена к ней через неуправляемые вентили,Энергия третьей гармоническойвыделяется между нулевыми точкамиосновной и дополнительной обмоток,Достоинством данного техническогорешения является простота выполнениядополнительной обмотки, посколькуее секции оказываются однотипны ссекциями основной обмотки, а такжевозможность использования энергиидополнительной обмотки по основнойчастоте как на стороне постоянного,так и на стороне переменного напряжения 4 .Недостатком данного техническогорешения является ограниченность егоприменения областью однофазных нагрузок переменного тока, в частности,оказывается невозможным органиэо. вать питание трехфазной моторвентиляторной нагрузки, например, в тепловозе.Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия генератора и расширение его функциональных воэможностей.Укаэанная цель достигается тем, что бесконтактный генератор, содержащий на статоре две трехфазные 10 обмотки, соединенные по схеме 1 звезда с нулевыми выводами, смещенные одна относительно другой, каждая из которых подключена к. трехфазным мостовым выпрямителям, сое диненным между собой на стороне по. - стоянного тока, дополнительно снабжен третьей трехфазной обмоткой статора, соединенной по схеме фзвезда с нулевым выводом, и подклю О ченным к ней трехфазным мостовым выпрямителем, соединенным с указанными выпрямителями на стороне постоянного тока, причем вторая и третья обмотки статора смещены относительно первой обмотки на 200 и 40 зл. град. соответственно. 45 г = 18 ра где р - число пар полюсов генератора; число пазов на полюс и Фазу. На чертеже приведена схема соединения обмоток статора предлагаемого генератора, а также подключе- ЗО ние к нему нагрузок в случае использования в качестве транспортной электроэнергетической установки.Генератор содержит первую трехфазную обмотку (А.В.С) 1, вторую 35 трехфазную обмотку (А., В 1, С 1) смещенную относительно первой обмотки на 200 эл. град третью трехфазную обмотку (А 2,В 2, С 2) 3, смещенную относительно первой на 40 эл. 4 р град, Начала Фаз обмотки 1, 2 и 3 подсоединены к 3-трехфазному мостовому выпрямителю 4, от зажимов которого запитан двигатель постоянного тока 5Между нулевыми выводами обмотон 1, 2 и 3 подключена- трехфазная мотор- вентиляторная нагрузка 6, запитанная по утроенной частоте,Первая, вторая и третья обмотки выполняются на одинаковое фазное напряжение, т,е. имеют равное число витков и равные по всем частотам обмоточные .коэффициенты, Целесообразно также симметрировать обмотки по токовой нагрузке как для основной, 55 так и для утроенной частот. Обмотка статора выполняется 18-зонной со сдвигом осей каждой из зон по отношению друг к другу в 20 эл. град. по основной частоте; число пазов бО статора окажется равным Нечетные фазные эоны образуюттрехфазные обмотки 1 и 3, смещенныеотносительно друг друга по основнойчастоте на 40 эл, град, Для утроенной частоты относительное смещениенечетных эон составляет 120 эл. град.Четные фазные зоны смещены относительно нечетных на + 20 эл. град.по основной частоте и на + б 0 эл,град.по утроенной, поэтому для получениятребуемого фазового сдвига по утроенной частоте соединение катушек четных Фазных осуществляется с переворотом их на 180 эл. град,по основнойи утроенной частотам, как это показано на фиг .1. Вследствие описанногоразбиения и соединения фазных зонфазные напряжения первой обмотки 1опережают Фазные напряжения третьейобмотки 3 на 40 эл. град. по основнойчастоте, а второй обмотки 2 на200 эл, град.Работа устройства заключается вследующем,фазные напряжения первой обмотки1 и обмоток 2 и 3 по частоте первойгармонической магнитного поля возбуждения, являющегося основной,рабочей частотой, не взаимодействуют,поскольку в их цепи находятся разъединительные диоды, проводящее и непроводящее состояние которых определяется известным циклом трехфазномостовой схемы,В то же самое время, для фазныхнапряжений утроенной частоты каждаяфаза любой из трех обмоток представляет собой эквивалентную параллельную, ветвь, в цепях которых всегдасуществует несколько проводящих .диодов, образующих нулевую точку длятрехфазной системы токов утроеннойчастоты. При включении между нулевыми точками обмоток 1, 2 и 3 трехфазной нагрузки реакция якоря образует вращающееся с синхронной скоростью магнитное поле, неподвижноеотносительно поверхности полюсов индуктора. Это обстоятельство пзволяет существенно увеличить мощностьснимаемой по утроенной частоте нагрузки, не вызвав нежелательных потерь от перемагничивания пульсирующим полем в ферромагнитных частяхиндуктора генератора.При работе двухчастотногЬ генератора с частичной выпрямительнойнагрузкой его обмотки 2 и 3 рассчитываются на 2/3 мощности постоянного тока, а обмотка 1 на 1/3 этоймощности, вследствие чего резкоуменьшается засоренность сетиосновной частоты высшими гармоничес,кими напряжения, вызванными коммутацией и управлением вентилями. Нулевые точки обмоток 1, 2 и 3 могутбыть использованы также для питаниявысокочастотного инструмента, цепей1054859 Составитель Т. Калашникова1Редактор А. Долинич Техред В.Далекорей Корректор А. Зимокосов Тираж 687. Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д 4/5Заказ 9115/55 филиал ППП Патент,; г, Ужгород, ул. Проектная, 4 управления и защиты, а также в других целях,Предлагаемая конструкция двухчастотного генератора переменно-постоянного тока позволяет заменить применяемые в настоящее время на тепловозах двухмашинные агрегаты, состоящие иэ двух генераторов, один иэ которых обеспечивает питание тяговых двигателей постоянного тока а друРгой питание трехфаэной,мотор-вентиляторной нагрузки. Получаемый при этом технико-экономический эффект заключается в резком снижении материалоемкости, трудоемкости и габаритов (вместо 2-х генераторов габарит ной мощностью Р и Р устанавливается один генератор мощностью Р), повышением КПД за счет использования энергии третьей гармонической поля возбуждения, а также повышение надежности за счет упрощения конструкции по сравнению с агрегатом.