Электрический генератор

, 372515 9) о 4 Н 02 К 2906 С 0 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 13ИвЛИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(53) 621.313.13.0422621.382(088.8) (56) Путников В.В. и др. Реверсивные бесконтактные тахогенераторы постоянного тока. - Информэлектро, 1970, с.24.Зубов М.А. и др. Тахометрические устройства для низкооборотных БДПТ. - В сб. докладов 11 Всесоюзной научнотехнической конференции "Бесконтактные машины постоянного тока н их применение в промьппленности и народном хозяйстве", МАИ, 1977, с. 83-89Патент франции У 2447552,кл. С 01 Р 3/46, 1980.(57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным электрическим машинам постоянного и переменного тока, активная часть которых представляет собой многофазный синхронный электрический генератор и которые содержат вместо вентилей перемножители сигналов. Оно может быть использовано, например, в качестве тахогенератора следящих систем, в качестве простейшего датчика положенияротора или в качестве генератора переменного тока повышенной частоты.Цель изобретения - подавление пульсаций выпрямленного напряжения, повышение надежности работы и расширениефункциональных воэможностей устройства. Якорная обмотка генератора вы"полнена четырехсекционной, со смещением второй, третьей и четвертой секций относительно первой соответственно на 90, 135 и 225 эл.град. Генератор содержит функциональный преобразователь (ФП) и перемножители, соединенные выходами с входами ФП. Предложено также выполнить ФП в виде выходного сумматора. Для обеспечения реверса выходного напряжения генераторснабжен датчиком положения ротора.Датчик положения ротора может бытьвыполнен в виде генератора. К выходувыходного сумматора может быть подключено устр-во извлечения -корня К-йстепени. Генератор может быть снабжендвумя компараторами, входы которыхсоединены с выходами соответствующегоперемнозителя. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.,1 табл.Изобретение относится к электротехнике, в частности бесконтактным электрическим генераторам постоянного и переменного тока и может быть исФ5 пользовано, например, в качестве та 1 хогенератора следящих систем, простейшего датчика положения ротора или генератора переменного тока повышенной частоты. 10Целью изобретения является снижение пульсаций выпрямленного напряжения, повышение надежности и расширение функциональных возможностей генератора. 15На фиг.1,изображена функциональная схема генератора с переключателями и выключателями, позволяющими перестраивать структуру генератора, на фиг.2 - то же, вариант, 20Якорная обмотка на статоре генератора (фиг.1) имеет четыре секции с выводами, обозначенными А, В, С, Р, вторая, третья и четвертая секции (с выводами В, С и Р) смещены относи тельно первой секции соответственно на 90, 135 и 225 эл.град.Генератор содержит перемножители 1-4 сигналов, сумматоры 5-7, устройство 8 для извлечения корня К-й сте. 30 пени, ротор 9 генератора, ротор 10 датчика положения ротора (ДПР) с чувствительными элементами 11 - 14 на статоре, переключатели (выключатели) 15-21. Их положения для различных ва 35 риантов генератора указаны в таблице.Якорная обмотка на статоре генератора (фиг,2) имеет четыре секции, выводы которой обозначены А, В, С, Р. Генератор имеет ДПР, у которого на 40 роторе 23 число полюсов вдвое меньше, чем на роторе 22 генератора, а на статоре размещена якорная обмотка с четырьмя секциями, выводы которых обозначены а, Ь, с, Й. Вторая, третья и четвертая секции обмотки статора и ДПР с выводами В, С, Э и Ь, с, с 1 смещены относительно первой секции соответственно на 90, 135 и 225 эл. град. Выводы а и Ь, с и с 1 попарно соединены с входами перемножителей50 24 и 25, Выходы этих перемножителей соединены с входами перемножителей 26 и 27 и сумматоров 28 и 29, Выходы сумматоров соединены с входами пере- множителей 30 и 31. Входы перемножи 55 телей 26, 27 и 30, 31 соединены также с выводами обмотки А, В, С, П, а их выводы соединены с сумматором 32.выпрямленное напряжение;амплитуда напряжения на каждой из четырех секций якорной обмотки;угол между ротором и статором генератора. Как видно из формулы (1), в идеальном случае выпрямленное напряжение Б строго не зависит от положения роьтора. В то же время оно зависит от частоты вращения ротора и(2) Ц = 2 спВФ где с - коэффициент пропорциональности.Устройство для извлечения корня К-й степени необходимо для обеспечения желаемой зависимости Б ы от и.вылНапример, при К = 2 Ц ьыч КВ общем случае(4) Выход сумматора может быть соединен с входом устройства 33 для извлечения корня К-й степени с помощью выключателя 34.Генератор работает следующим образом.При вращении ротора приводным двигателем на секциях якорной обмотки с выводами А, В, С, Р, а также якорной обмотки ДПР (если он имеется) с выводами а, Ь, с, Й наводится ЭДС.у Ц 6) Цс у Б д синусоидальной (точ нее, почти синусоидальной) формы. Если имеется ДПР с чувствительными элементам 11-14 не в виде якорной обмотки, а как показано на фиг.1, то на них возникают почти синусоидальные сигналы Й, а ь, Й О , зависящие только от положения ротора, ЭДС с выводов А, В, С, О, а, Ъ, с, й и сигналы д, с 1 ь, дс, Йпоступают на входы перемножителей сигналов,В первом генераторе (по таблице) перемножители 1-4 возводят в квадрат напряжения Ц 4 Ц в Цс, Б д, а сумматор 7 складывает выходные сигналы этих перемножителей. В результате на выходе сумматора возникает постоянное выпрямление напряжения П котороеВфможно приближенно описать выражениями1372515 Генератор второй (см, таблицу) является реверсивным БГПТ. Реверсивность обеспечивается благодаря введению ДПР, у которого в отличие от синхронного генератора зависимости выходных напряжений от положения ротора не изменяются при изменении направления вращения ротора. Перемножители сигналов и сумматор являются выпрямителем. В идеальном случае выпрямитель производит преобразование в соответствии с формулой где 1) д - амплитуда каждого иэ четырех сигналов ДПР (одному иэ направлений вращения ротора соответствует знак "+", а другому - знак "-", выпрямленное напряжение пропорционально частоте вращения ротора и).Генератор третий - нереверсивный БГПТ с двухканальным фильтром для основной гармоники напряжений синхронного генератора (с частотой р.п.). Указанный фильтр выполнен в виде первого и второго перемножителей сигналов. Третий и четвертый перемножители и сумматор являются выпрямителем. Если имеется устройство для извлечения корня К-й степени, то его выходное напряжение линейно зависит от и при К = 4.Генератор четвертый является двухканальным датчиком положения ротора (ДПР), поскольку напряжения на выходе первого и второго перемножителей сигналов (пропорциональные соответственно з 1 п 2 Ы и оз 2 Ы в идеальном случае) как функции от углане зависят от направления вращения ротора. Эти же напряжения пропорциональны квадрату частоты вращения ротора и, но это обстоятельство не мешает испольэовать их для аналогового управления двумя взаимно перпендикулярными секциями обмотки вентильного двигателя (по законам синуса и косинуса) . Перемножители сигналов с третьегопо седьмой и общий для них выходной 55сумматор являются выпрямителем. Устройство для извлечения корня К-й степени необходимо для обеспечения желаемой зависимости выпрямленного напряжения от частоты вращения ротора, наЦп = П Цд р 81 п 2+ соз 2 +(если они имеются и срабатывают при нулевом входном сигнале) не зависят от и и имеют прямоугольную форму,удобную для дискретного управления двумя секциями обмотки вентильного двигателя или устройством для пере ключения полярности выпрямленногонапряжения вентильного генератора (взависимости от направления вращенияротора).Генератор пятый является четырехканальным ДПР, причем два сумматоранеобходимы для образования третьегои четвертого каналов. В идеальном 10 случае на выходе перемножителей сигналов напряжения пропорциональныз 1 п 2 Ы и соз 2 с (6) а на выходе первого и второго сумматоров напряжения пропорциональны соответственно-в 1 п( с ) и -здп( а + 45 ). (7) Как и положено ДПР, зависимостивсех четырех выходных напряжений от 20 угла Ы не изменяются при изменениинаправления вращения ротора. Уровеньвыходных напряжений пропорционаленквадрату частоты вращения ротора, Еслигенератор снабжен четырьмя компараторами, то их выходные напряжения дискретны и не зависят от частоты и направления вращения ротора. Их можноиспользовать для дискретного управления всеми секциями якорной обмотки 30 вентильных электрических машин с несимметричной четырехсекционной обмоткои,Генератор шестой является не толвко генератором переменного тока, нои мультипликатором, так как у неговыходное напряжение пропорциональноне з 1 пс, аз дп 4 с. (8)Генератор седьмой (фиг.2) является 40 реверсивным БГПТ благодаря применениюДПР в виде синхронного пятого генератора с числом полюсов, вдвое меньшимчисла полюсов основного синхронногогенератора беэ компараторов. Такое 45 соотношение полюсов необходимо длясогласования ДПР с синхронным генератором, поскольку выходные сигналы ДПРявляются функциями от двойного уг-ла Ы, Конструкция ДПР простая и это 50 обеспечивает повышенную надежностьгенератора.137255пример линейной зависимости соответствует К 3.Многообразие вариантов предлагаемого генератора с перемножителямисигналов и несимметричной четырехсек 5ционной якорной обмоткой свидетельствует о широте его функциональныхвозможностей, которое значительно шире, чем у аналогичных генераторов сдвух- и трехсекционной якорной обмоткой.Генераторы первый, второй, седьмойпо сравнению с известными имеют повышенную надежность благодаря тому, чтоони по существу представляют совокупность двух двухфазных БГПТ (с двухсекционной якорной обмоткой). При отказе одного иэ четырех перемножителей, связанных с одним и тем же сумматором, или при отказе у седьмого 20генератора одного из двух других сумматоров соответствующий двухфазныйБГПТ может быть отключен от выходного(основного) сумматора и одновременноможет быть повышен коэффициент усипения этого сумматора или устройствадля извлечения корня К-й степени (если оно имеется). В результате выпрямленное напряжение генератора сохраняет прежний уровень и имеет стабиль- ЗОность (по углу Ы), как у исправногодвухфазного БГПТ. Такой воэможностьюне обладают известные БГПТ,Генераторы первый, второй, третий,седьмой также обладают незначительной пульсацией выпрямленного напряжения в неидеальном случае благодаряновому механизму взаимовлияния всехпризнаков совокупности, обусловленному наличием в ней отличительных признаков. При наличии третьей гармоники в магнитном поле и в сигналах ДПР (если он имеется) выпрямленное напряжение 45 генераторов первого, второго, седьмого пропорционально функции Р от уг 3 ла между ротором и статором генератораР = (ядп с+ Ч здпЗс)2 + (соз О( - 5 О - ЧсозЗЫ) + -здп(Ы - 45) + Ч х х здп(3 Ы+ 45 О) + -соз(Ы - 45) - Ч соз(3 Ы+ 45 О)3= 2 + 2 Ч3 ю т.е. Р не зависит от положения ротора. 55При наличии пятой гармоники выпрямленное напряжение генераторов первого, второго, седьмого пропорционально функции Р 156Р = (ядп + Ч ядп 5 Ы) + (соя 1 + + Ч соз 5)+ -здп(- 45 ) + Чх х ядп(51 - 45 ) + (-соя( Ы - 45) + + Ч соя(5 с( - 45 Н= 2 + 2 Чакже не завс от положени ротора.Таким образом, в генераторах первом, втором, седьмом полностью подавляются в Пь третья и пятая гармоники, что не имеет места в известных генераторах.У третьего генератора напряжение на выходе, например, первого перемножителя (фильтра) при наличии в магнитном поле, например, третьей гармоники пропорционально функции Й от3 угла Ы, которая имеет следующий вид;г - (ядп 1+ Чз ядпЗЙ) (соя И - Чз х х созЗс) = (0,5 + Ч )здп 2 о - 0,5 Ч 2 х х ядпбо, т,е. на выходе первого фйльтра влияние третьей гармоники значительно ослаблено, поскольку Ч (Чзз (Ч и Ч - отношения амплитуд третьей и пятой гармоник к амплитуде первой гармоники)Поэтому на выходе второго фильтра и в выпрямленном напряжении значительно ослаблено влияние третьей гармоники. Аналогично ослаблено влияние и других гармоник на выходе фильтров и в выпрямленном напряжении третьего генератора.Если в первом генераторе имеется устройство для извлечения корня К-й степени, то напряжение на выходе этого устройства можно приближенно описать выражениями (3) или (4).Во втором генераторе перемножители 1-4 попарно перемножают напряжения Пр с Йд; Ч с с, П с с, 1) с ( а выпрямленное напряжение на выходе сумматоре 7 можно приближенно описать выражением (5).В третьем генераторе перемножители 1 и 2 перемножают попарно 1) с Пс ПП, а перемножители 3 и 4 возводят в квадрат выходные напряженияперемножителей 1 и 2, приближенно пропорциональные выражениям (6), и подают на сумматор 7. На выходе сумматора возникает выпрямленное напряжение с повышенной стабильностью поуглу поворота ротора.В четвертом генераторе произведения с перемножителей 1 и 2 могут подаваться на компараторы 3 и 4, которые срабатывают, как реле, при входных напряжениях, равных нулю. Напряжения на выходе перемножителей и ком 1372515параторов, как функции от , не зависят от направления (а у компараторов и от частоты) вращения ротора, как и положено для ДПР.В пятом генераторе произведения Цд Би Нс Бп, пропорциональные выражениям (6), подаются с перемножителей 1 и 2 на сумматоры 5 и 6. На выходе этих сумматоров сигналы пропорциональны выражениям (7). Если имеются компараторы, то они работают, как в четвертом генераторе.В шестом генераторе произведения У 0 пи Б, Н подаются на перемно житель 4, выходное напряжение которого пропорционально выражению (8).В седьмом генераторе перемножители 24 и 25 и сумматоры 28 и 29 работают, как соответственно перемножители 1 и 20 2 и сумматоры 5 и 6 в пятом генераторе. Выходные напряжения. этих сумматоров поступают на входы перемножителей 30 и 31. Выходные напряжения перемножителей 24 и 25 поступают также на 25 входы перемножителей 26 и 27. С выходов перемножителей 26, 27 и 30, 31 сигналы поступают на сумматор 32. Вь- ходные напряжения сумматора пропорциональны выражению (5). Устройство для 30 извлечения корня К-й степени работает так же, как и в других генераторах.Таким образом, выполнение якорной обмотки электрогенератора (с перемножителями сигналов) несимметричной позволяет подавлять или значительно ослаблять пульсации выпрямленного напряжения, повысить надежность и зна чительно расширить функциональные свойства генератора.40Формула изобретения1. Электрический генератор, содер. жащий ротор с полюсами, статор с об 45 моткой якоря, образованной первой и второй секциями, взаимно смещенными на 90 эл .град., первый и второй перемножители сигналов и функциональный преобразователь, каждая иэ секций соединена с входом одного из перемножителей, а выходы перемножителей соединены с входами функционального преобразователя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения пульсаций выпрямленного напряжения повьппения надежности и расширения функциональных возможностей, он снабжен второй аналогичной обмоткой якоря, смещенной относительно первой на 135 эл.град. и образованной третьей и четвертой секциями, каждая из секций соединена свходом одного из перемножителей сигналов.2. Генератор по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что он снабжен третьим и четвертым перемножителями сигналов, все секции обмотки соединены каждая с первым и вторым входами одноименного перемножителя, функциональный преобразователь снабжен третьим и четвертым входами, выходы дополнительных перемножителей соединены с одноименными входами функционального преобразователя, который выполнен в виде выходного сумматора.3. Генератор по п.1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения реверса выходного напряжения при изменении направления вращения ротора, он снабжен четырехканальным датчиком положения ротора, третьим ичетвертым перемножителями сигналов,датчик выполнен с возможностью формирования выходных сигналов второго,третьего и четвертого каналов со сдвигом по фазе относительно выходного сигнала первого канала, равным соответственно 90, 135 и 225 эл. град., каждая из секций обмоток соединена с первым входом одноименного перемножителя, выход каждого канала датчикасоединен с вторым входом одноименного перемножителя сигналов, выходы пере- множителей соединены с одноименными входами функционального преобразователя, выполненного в виде выходного сумматора.4, Генератор по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что первая и втораясекции обмотки соединены соответственно с одним и другим входом первогоперемножителя сигналов, третья и четвертая секции - соответственно с одним и другим входом второго перемножителя.5. Генератор по п,4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде третьего и четвертого перемножителей сигналов и выходного сумматора, выходы третьего и четвертого перемножителей соединены с третьим и четвертымвходами сумматора, выход первого перемножителя соединен с первым входом выходного сумматора и двумя входами15Левое Правое Правое Нейтральное Замкнуто Замкнуто Замкнутоили ра- зомкнуто Левое Левое Правое Правое Нейт- Крайнее ральное верхнееНижнее Верхнеене крайнее третьего перемножителя сигналов, выход второго перемножителя соединен с вторым входом сумматора и двумя входами четвертого перемножителя сигналов.6. Генератор по п.4, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде двух сумматоров, прямой вход первого сумматора и первый инверсный вход второго сумматора соединены с выходом второго перемножителя инверсный вход первого сумматора и второй инверсный вход второго сумматора соединены с выходом первого перемножителя сигналов.Генератор по п.4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что функциональный преобразователь выполнен в виде тре тьего перемножителя сигналов, первый и второй вход которого соединены соответственно с выходами первого и второго перемножителей сигналов,8. Генератор по п.3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что датчик положения ротора выполнен в виде устройства по пп.4 и 6 с числом полюсов, вдвое меньшим числа полюсов генератора. 9Генератор по пп.2,3,5 и 8, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что он дополнительно снабжен устройством для извлечения корня К-й степени, вход которого соединен с выходом выходного сумматора.10. Генератор по п.4, о т л и ч аю щ и й с я тем, что он снабжен двумя компараторами, вход одного из них соединен с выходом первого перемножителя, а вход другого - с выходом второго перемножителя.1372515 Составитель А.СанталовТехред А.Кравчук, Корректор С.Шекмар Редактор С.Пекарь Заказ 494/50 Тирал 665 Подпис ное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и о-.крытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5