Генератор вентильного типа

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей выполнения генераторов постоянного тока вентильного типа. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в упрощении коммутации и управления при одновременном уменьшении количества элементов коммутации и расширении области использования генератора. Сущность изобретения состоит в том, что рабочие обмотки, включенные параллельно на нагрузку, образуют между собой замкнутый контур, который может подпитываться от источника питания. При этом часть обмоток со своей группой полюсов работает в режиме генерации, компенсируя своим током убывающий магнитный поток, другая часть в режиме двигателя, подкручивая генератор и создавая противоЭДС первой группе. За цикл оборота сумма ЭДС генерации и противоЭДС равны, но из-за активного сопротивления контур нуждается в небольшой подпитке от источника питания: инвертора, микрогенератора, аккумулятора или от колебаний магнитного потока в полюсах статора, которое снимается дополнительными обмотками и после выпрямления подается в контур возбуждения. Кроме того, магнитный поток будет вынужденно возникать перед смыкающимися полюсами, если часть витков размещенной на них обмотки будут замыкать в это время на один из выводов генератора. Для этой цели можно использовать коллектор, коммутатор, работающий от шторочного коллектора или от датчиков поворота или скорости вала. При этом наличие токовых обмоток, передающих возбуждение в полюса, которым предстоит генерировать, обеспечивает возбуждение без источника питания и коммутатора при выходе на номинальный режим после получения первого токового импульса от аккумулятора или остаточной намагниченности. Генератор с токовым возбуждением может использоваться для сварки, причем фазироваться обмотка будет в любую сторону, как прибавляя, так и убавляя магнитный поток в зависимости от режима сварки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Известны генераторы вентильного типа, где начальное магнитное поле возбуждения передается по цепи в обмотку, которой предстоит генерация, с выхода через какой-то буфер-накопитель емкостно-индуктивного типа. Обмотка в момент сдвижения группы полюсов, на которых она расположена, коммутаторами (транзисторами, щетками) соединяется с «+» и «-» выхода, получая импульс тока. В момент, когда полюса начнут размыкаться, коммутаторы выключаются и обмотка генерирует. (US patent 5705918, Кузнецов «Вентильно-индукторные двигатели», МЭИ, 2003 г., ru 2179779, [e-mail]).

Начальное магнитное поле возбуждения происходит от аккумулятора или от остаточной намагниченности магнитопровода.

Недостаток этих схем в том, что у обмоток нет общего контура возбуждения для управляющего воздействия, отсутствие обратной связи и возбуждения по току.

Цель изобретения - уменьшить количество элементов коммутации, упростить управление, расширить область применения.

Указанная цель достигается тем, что рабочие обмотки образуют цепь возбуждения и последовательно соединены между собой через диоды возбуждения, которые соединяют конец одной обмотки с началом другой, к началу первой и к концу последней подключен источник питания цепи возбуждения, так что диод возбуждения последней обмотки включен встречно с напряжением питания источника возбуждения, а все остальные - попутно, выходы на нагрузку подключены один к началу, другой к концу каждой обмотки через силовые диоды, включенные встречно к диодам возбуждения. Появляется возможность по контуру из обмоток пустить ток, источником может быть запитанный с выхода генератора инвертор, микрогенератор, аккумулятор. При этом часть обмоток со своей группой полюсов работает в режиме генерации, компенсируя своим током убывающий магнитный поток, другая часть в режиме двигателя (пассивные обмотки) - подкручивая генератор и создавая противоЭДС первой группе. За цикл оборота сумма ЭДС генерации и противоЭДС равны, но из-за активного сопротивления контур нуждается в небольшой подпитке от источника питания: инвертора, микрогенератора, аккумулятора.

Рабочие обмотки имеют выводы возбуждения, которые через управляемые вращением вала коммутаторы возбуждения подключаются к выходу генератора - общей точке силовых диодов, подключенных к началам обмоток - это увеличивает надежность. В момент коммутации одной из пассивных обмоток образуется цепь из генерирующей и пассивной обмоток, при этом в пассивной вынужденно растет ток и магнитный поток так, чтобы уравнять своей противоиндукцией ЭДС генерирующей обмотки. Число витков при этом в пассивной обмотке меньше, чем в активной и равенство ЭДС по контуру будет при ΔФпасс≥ΔФген, где ΔФпасс и ΔФген - рост и падение магнитных потоков в пассивной и генерирующей обмотках. В принципе генератор может работать с одним коммутатором, периодично возбуждающим цепь возбуждения.

Для самоподпитки возбуждения, исключения из схемы возбуждения коммутаторов, источника питания - в генераторах для сварки, где напряжение холостого хода может быть минимальным - вводится возбуждение по току. Ток с генерирующей обмотки проходит по полюсам соседней обмотки в момент их смыкания и отдает им намагничивание. Для этого схема сделана так, что в цепях между выходами генератора последовательно с каждой рабочей обмоткой соединена токовая обмотка возбуждения - располагается она на той группе полюсов, где соседняя по очереди работы - рабочая обмотка. При больших выходных токах (сварка) одного-двух витков достаточно для начального намагничивания сомкнутых полюсов.

При возможности на полюсах размещаются обмотки питания так, что на каждой группе полюсов находится эта обмотка, включенная через диоды подпитки в питание цепи возбуждения: выходы выпрямленного тока встречно с любым диодом цепи возбуждения. Любые колебания магнитного потока в полюсах наводят ЭДС, которое выпрямленным поступает в цепь возбуждения, т.е. встречно к любому из диодов, запирая его, и согласно с остальным контуром, наводя в нем ток возбуждения.

Все варианты возбуждения могут работать вместе или отдельно, подпитывая замкнутый контур возбуждения.

На фиг.1 дан вид генератора сбоку, где 8 - статор, 7 - ротор, 3 и 6 - катушки обмотки 23, 14 - вал, 18 - датчик поворота вала, 19 - коллектор датчика поворота вала, 9 и 10 - крышки с подшипниками. Известная конструкция - 18 - датчик поворота вала, 19 - коллектор датчика поворота вала - отвечают за своевременное включение коммутаторов обмоток и индуцирования в них тока.

На фиг.2 изображен поперечный разрез генератора, где: 1-4; 2-5; 3-6 - надетые на полюса статора катушки, составляющие рабочие обмотки 21, 22, 23; 11, 12, 13 - токовые обмотки возбуждения; 7 - ротор, 8 - статор; обмотки питания возбуждения - 31, 32, 33 не показаны (см. фиг.3).

На фигуре 3 показана схема работы генератора. Здесь: 21, 22, 23 - рабочие обмотки VD1-VD6 - силовые диоды. VD7-VD9 - диоды возбуждения, включенные встречно с силовыми диодами конца одной и начала соседней обмоток; 31,32,33 - обмотки питания возбуждения, питают выпрямительный блок 9, который в свою очередь питает цепь возбуждения К1-К3 - коммутаторы рабочих обмоток, между выводами возбуждения и общей точкой схемы. Каждая обмотка может иметь свой коммутатор. При вращении открываются по очереди коммутаторы соседних к генерирующим обмоток, которые в это время получают импульс намагничивания. Для позиции на фиг.2 - генерирующая обмотка (23) из катушек 3 и 6. При вращении ротора против часовой стрелки обмотка 21 из катушек 1 и 4 принимает намагниченность от обмотки 23. Коммутатор (К1), замыкая выводы возбуждения с одним из выводов генератора, оставляют генерирующую (23) и « пассивную» (21) обмотки один на один. Наибольшая ЭДС тогда, когда полюса почти разорваны и в тот же момент соседние полюса имеют наименьшую энергию намагничивания. Включившись, коммутатор замкнет цепь: выход соседней генерирующей обмотки (23) - диод возбуждения VD9 - своя обмотка (21) - вывод возбуждения - коммутатор (К1) - от схемы - диод VD6 - обмотка 23.

Возбуждение обмоток постоянным током и коммутаторами относятся к п.4 и п.2 формулы. Способов коммутации много и здесь они не рассматриваются.

На фиг.4 - электрическая схема возбуждения по току, где: 11, 12, 13 - токовые обмотки возбуждения; 21, 22, 23 - рабочие обмотки; VD1+VD6 - силовые диоды;

VD7+VD9 - диоды возбуждения. При возрастании тока через нагрузку токовые обмотки намагнитят сомкнутые полюса, на которых находятся. Применимо для сварки.

1. Генератор вентильного типа, содержащий явнополюсные статор и ротор, рабочие обмотки, расположенные каждая на своей группе полюсов статора, силовые диоды, диоды возбуждения, источник питания цепи возбуждения, токовую обмотку возбуждения, коммутаторы возбуждения, отличающийся тем, что рабочие обмотки образуют цепь возбуждения и последовательно соединены между собой через диоды возбуждения, которые соединяют конец одной обмотки с началом другой, к началу первой и к концу последней подключен источник питания цепи возбуждения так, что диод возбуждения последней обмотки включен встречно с напряжением питания источника возбуждения, а все остальные - попутно, выходы на нагрузку подключены один к началу, другой к концу каждой обмотки через силовые диоды, включенные встречно к диодам возбуждения.

2. Генератор вентильного типа по п.1, отличающийся тем, что рабочие обмотки имеют выводы возбуждения, которые через управляемые вращением вала коммутаторы возбуждения подключаются к выходу генератора - общей точке силовых диодов, подключенных к началам обмоток.

3. Генератор вентильного типа по п.1, отличающийся тем, что в цепях между выходами генератора последовательно с каждой рабочей обмоткой соединена токовая обмотка возбуждения - располагается она на той группе полюсов, где соседняя по очереди работы рабочая обмотка.

4. Генератор постоянного тока вентильного типа по п.1, отличающийся тем, что на каждой группе полюсов находится обмотка питания возбуждения, включенная через выпрямительный блок в питание цепи возбуждения - выходы выпрямленного тока встречно с любым диодом цепи возбуждения.