Система генерирования постоянного тока



Система генерирования постоянного тока
Система генерирования постоянного тока
Система генерирования постоянного тока

 


Владельцы патента RU 2569668:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет" МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования постоянного тока. Технический результат - уменьшение амплитуды пульсаций выходного напряжения и улучшение массогабаритных показателей. Система генерирования постоянного тока содержит три трехфазные якорные обмотки [1, 2, 3] генератора, смещенные в пространстве относительно друг друга на угол 2π/9, три трехфазных выпрямительных моста [4, 5, 6] с выходными выводами [4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 6.2] и трехобмоточный трансфильтр [7] с обмотками [7.1, 7.2, 7.3], расположенными на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода [7.4]. Обмотки [7.1, 7.2, 7.3] одними своими одноименными по полярности концами объединены и подключены к одному выходному выводу [8] системы (к положительному в данном случае), а другие их концы подключены к одним одноименным по полярности (к положительным на фиг. 1) выводам [4.1, 5.1, 6.1] трехфазных выпрямительных мостов [4, 5, 6]. Другие одноименные по полярности выводы этих мостов [4.2, 5.2, 6.2] (отрицательные) объединены и подключены ко второму (отрицательному) выходному выводу [9] системы генерирования. Каждая из трех трехфазных якорных обмоток [1, 2, 3] генератора подключена к входам одного из выпрямительных мостов [4, 5, 6]. Нагрузку [10] подключают к выходным выводам [8, 9]. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования постоянного тока с улучшенными показателями качества.

Известна система генерирования постоянного тока, описанная в патенте РФ на полезную модель №81011, МПК НO2К 21/12, НO2Р 9/00, опубл. 27.02.2009. Система содержит генератор с двумя группами гальванически развязанных якорных обмоток, два трехфазных выпрямителя, выполненных по мостовой схеме, и трехфазный двухобмоточный трансформатор тока. При этом одна из групп якорных обмоток выполнена по схеме «звезда», а другая - по схеме «треугольник». По числу витков трехфазные якорные обмотки групп различаются в 3 раз. Каждая из этих трехфазных обмоток через обмотки трансформатора тока подключена к входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования. Система генерирования обеспечивает пульсность выпрямленного напряжения m=12. Недостатки этой системы заключаются в ее невысокой технологичности, которая обусловлена: во-первых, отношением чисел витков якорных обмоток разных групп в 3 раз (иррациональное число, затрудняющее реализацию), а во-вторых, сложностью схемы пофазного подключения обмоток трехфазного трансформатора к выводам якорных обмоток генератора и трехфазных мостовых выпрямителей.

Наиболее близкая по технической сущности к изобретению является система генерирования постоянного тока, описанная на стр. 29 в книге «Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения / Авторы: Н.М. Рожнов, А.М. Русаков, А.М. Сугробов, П.А. Тыричев; Под ред. П.А. Тыричева. - М.: Издательство МЭИ, 1996. - 280 с. В этой книге описаны системы генерирования постоянного тока, которые содержат электрический генератор с числом фаз якорной обмотки m (причем обмотка выполнена по лучевой схеме и число m кратно 3, конкретно: m=3; m=6) и выпрямительный блок, состоящий из N=m/3 трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования. При этом m фазная якорная обмотка генератора подключена к входам трехфазных выпрямителей.

Общим недостатком рассмотренных вариантов систем, в частности системы генерирования с числом фаз якорной обмотки m=6, является невысокое качество выпрямленного напряжения, характеризуемое эквивалентной пульсностью mЭ=6. Исследование вариантов генерирующих систем с такой структурой показало, что с ростом числа фаз m якорной обмотки параметр mЭ увеличивается, однако вместе с этим растет и габаритная мощность электрического генератора PЯ(ГАБ), достигая, например, при m=9 значения PЯ(ГАБ)9=1,53 Pd0, где Ρd0 - мощность нагрузки генерирующей системы постоянного тока. По сравнению с известным лучшим вариантом системы с m=3, при котором РЯ(ГАБ)3=1,047 Pd0, показатель PЯ(ГАБ)9 увеличивается в 1,46 раза, что соответствующим образом отрицательно отражается на массогабаритных показателях генерирующей системы.

Технической задачей изобретения является улучшение качества вырабатываемой системой электроэнергии.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении амплитуды пульсаций выходного напряжения и в улучшении массогабаритных показателей системы генерирования постоянного тока.

Это достигается тем, что система генерирования постоянного тока, содержащая электрический генератор с якорной обмоткой, выполненной по лучевой схеме с числом фаз m, кратным 3, и выпрямительный блок, состоящий из N=m/3 трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования, а к входам трехфазных выпрямителей подключены выводы якорной обмотки генератора, дополнительно снабжается N фазным трансфильтром, включающим в себя магнитосвязанные между собой обмотки числом N=m/3, m фазная якорная обмотка выполнена в виде N групп трехфазных обмоток, сдвинутых между собой в пространстве на угол 2π/m, одни одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей через обмотки трансфильтра подключены к одному (например, положительному) выходному выводу системы генерирования, а другие одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей объединены и образуют второй (например, отрицательный) выходной вывод этой системы.

Кроме того, в системе генерирования постоянного тока при m=9 обмотки трансфильтра числом N=3 расположены на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема системы генерирования постоянного тока с числом фаз якорной обмотки электрической машины (генератора) m=9 (число N=3), где m и N целые числа.

На фиг. 2 представлены осциллограммы процессов в системе генерирования постоянного тока: а) фазные напряжение и ток генератора; б) напряжение на обмотке трансфильтра и напряжение генератора; в) выпрямленное напряжение на выходе моста и системы генерирования; г), д) ток диода моста и обратное напряжение на нем.

Система генерирования постоянного тока содержит три трехфазные якорные обмотки 1, 2, 3 генератора, смещенные в пространстве относительно друг друга на угол 2π/9, три трехфазных выпрямительных моста 4, 5, 6 с выходными выводами 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 и трехобмоточный трансфильтр 7 с обмотками 7.1, 7.2, 7.3, расположенными на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода 7.4. Обмотки 7.1, 7.2, 7.3 одними своими одноименными по полярности концами объединены и подключены к одному выходному выводу 8 системы (к положительному в данном случае), а другие их концы подключены к одним одноименным по полярности (к положительным на фиг. 1) выводам 4.1, 5.1, 6.1 трехфазных выпрямительных мостов 4, 5, 6. Другие одноименные по полярности выводы этих мостов 4.2, 5.2, 6.2 (отрицательные) объединены и подключены ко второму (отрицательному) выходному выводу 9 системы генерирования. Каждая из трех трехфазных якорных обмоток 1, 2, 3 генератора подключена к входам одного из выпрямительных мостов 4, 5, 6. Нагрузку 10 подключают к выходным выводам 8, 9.

Введение трехфазного трансфильтра 7 в (одноканальную) структуру системы генерирования позволило преобразовать ее в трехканальную структуру. Каждый канал выпрямления напряжения при этом содержит одну трехфазную якорную обмотку 1, 2, 3 генератора и один выпрямительный мост 4, 5, 6 соответственно. Если в одноканальной структуре одновременно в проводящем состоянии находились только два диода, и весь ток нагрузки проходил через них, то в трехканальной структуре (по фиг. 1) ток нагрузки равномерно распределяется по трем каналам так, что в проводящем состоянии всегда находятся не два, а шесть диодов. Таким образом, каждый канал здесь работает независимо друг от друга в традиционном режиме работы якорной обмотки на трехфазный выпрямитель по мостовой схеме (см. ток iФ(t) на фиг. 2а). Действующее значение токов, протекающих через якорные обмотки генератора и диоды выпрямительных мостов, уменьшается при этом в 3 раз. За счет этого и достигается снижение габаритной мощности якорных обмоток в 1,46 раз и снижение потерь в диодах мостов в раз. На выходах трех мостов 4, 5, 6 формируются выпрямленные 6 пульсные напряжения (см. ud(6)(t) на фиг. 2в), сдвинутые между собой по фазе на угол 2π/9. После трансфильтра 7 на выходных выводах 8, 9 системы генерирования формируется 18 пульсное выпрямленное напряжение (ud(18)(t) на фиг. 2в).

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, выраженная через амплитудное значение линейного напряжения генератора UЛm (до трансфильтра) здесь равна:

а после трансфильтра (на нагрузке):

где Udm - максимальное значение напряжения на нагрузке.

1. С учетом (1), (2) уровень пульсаций напряжения на нагрузке в относительных единицах здесь равен:

что в 9,2 раза меньше, чем в известном решении (прототипе):

2. Благодаря введению трансфильтра габаритная мощность якорных обмоток генератора уменьшается в 1,44 раза (со значения PЯ(ГАБ)9=1,53 Pd0 до PЯ(ГАБ)9=1,064 Pd0

Использование изобретения позволяет уменьшить амплитуду пульсаций выходного напряжения и улучшить массогабаритные показатели системы генерирования постоянного тока.

1. Система генерирования постоянного тока, содержащая электрический генератор с якорной обмоткой, выполненной по лучевой схеме с числом фаз m, кратным 3, и выпрямительный блок, состоящий из N=m/3 трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования, а к входам трехфазных выпрямителей подключены выводы якорной обмотки генератора, отличающаяся тем, что она снабжена трансфильтром, включающим в себя магнитосвязанные между собой обмотки числом, равным числу трехфазных выпрямителей, фазная якорная обмотка электрического генератора выполнена в виде групп трехфазных обмоток, числом, равным числу трехфазных выпрямителей, сдвинутых между собой в пространстве на угол 2π/m, одни одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей через обмотки трансфильтра подключены к одному, например, положительному выходному выводу системы генерирования, а другие одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей объединены и образуют второй, например, отрицательный выходной вывод этой системы.

2. Система генерирования постоянного тока по п. 1, отличающаяся тем, что при m=9 обмотки трансфильтра числом N=3 расположены на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Система регулирования паровой турбины для поддержания синхронизации между электросетью (10) и электрогенератором (20), приводимым в действие паровой турбиной (30), после возникновения короткого замыкания сети в электросети, содержащая: регулятор (40), выполненный с возможностью управления клапанным механизмом (50) для регулирования потока пара в паровой турбине; средство (60) измерения падения напряжения на выходе электрогенератора; средство (70) измерения падения электрической мощности на выходе электрогенератора, при этом регулятор выполнен с возможностью приведения в действие клапанного механизма паровой турбины в ответ на падение напряжения, превышающее заданную величину, и на падение электрической мощности, превышающее заданную величину.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления инверторным генератором, оснащенным двигателем. Техническим результатом является улучшение массогабаритных показателей.

Изобретение относится к электротехнике, к системам автоматической стабилизации напряжения постоянного тока, вырабатываемого непосредственным преобразованием тепловой энергии внешней среды, например водных бассейнов, и может быть использовано в экологически чистой электроэнергетике.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании источников электропитания переменного тока для бортовых систем летательных аппаратов.

Изобретение: в области электротехники. Технический результат - снижение массы синхронного генератора за счет повышения входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для получения энергии нетрадиционным способом. .

Изобретение относится к области судовых энергетических установок. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в самолетостроении. .

Изобретение относится к электроэнергетике и силовой электронике. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении ресурсосберегающих систем электроснабжения общепромышленных объектов. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к генераторам с постоянными магнитами. Однофазный низкооборотный генератор тока содержит ротор с многополюсной системой постоянных магнитов, статор с обмотками, выводы которых подключены к соответствующим им выпрямительным блокам, статор выполнен односекционным, количество полюсов ротора отличается на один от количества обмоток статора, магнитопровод статора выполнен зубцовым, обмотки статора размещены на зубцах магнитопровода и разделены на две половины, причем обмотки статора в каждой половине соединены последовательно с изменением полярности на противоположную каждой последующей относительно полярности предыдущей, а полярность включения последней обмотки статора первой половины с первой обмоткой статора второй половины при их соединении выбирают из условия изменения полярности всех катушек второй половины, включенных с чередованием направления поля, на противоположную, при этом свободный конец соответствующей первой обмотки первой половины и свободный конец соответствующей последней обмотки второй половины являются выводами однофазной цепи генератора.

Изобретение относится к области электроэнергетики. Технический результат - уменьшение потерь от высокочастотных составляющих спектра полезной мощности, увеличение кпд преобразования механической энергии в электрическую, повышение удельных характеристик системы преобразования, улучшение технологичности устройства и повышение его надежности.

Настоящее изобретение относится к роторам вращающихся электрических машин, самим вращающимся электрическим машинам и способам изготовления роторов вращающихся электрических машин.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электромеханическим индукционным синхронным генераторам переменного тока. Технический результат заключается в создании малогабаритного генератора с высокой выходной мощностью.

Изобретение относится к электродвигателям и генераторам, в частности к регулированию положения постоянных магнитов и/или шунтирующих вкладышей, выполненных из магнитонепроводящего материала, в роторе.

Изобретение относится к области электротехники. Электромашина содержит корпус, в полости которого размещен шихтованный сердечник статора, снабженный пазами, в которых размещены катушки обмотки.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электронасосах с приводом на постоянных магнитах. Технический результат - предотвращение коррозии, вызываемой химической жидкостью, на компонентах герметичного электронасоса.

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к электродвигателям для привода мотор-колес транспортных средств с одновременной редукцией частоты вращения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электродвигателям с постоянными магнитами, применяемым, например, в погружном электроприводе для подъема пластовой жидкости.

Изобретение относится к области электротехники и преимущественно может быть использовано в конструкциях электрических машин, а именно вентильных электродвигателей и синхронных генераторов с возбуждением от постоянных магнитов.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к роторам электрических машин, содержащим постоянные магниты. Технический результат - повышение КПД электрической машины. Ротор электрической машины содержит магнитопровод и постоянные магниты, расположенные парами внутри магнитопровода в непосредственной близости к его наружной поверхности по окружности. Магниты пары образуют полюса ротора. Магнитопровод выполнен с перемычками между его наружной поверхностью и магнитами и между соседними парами, образующими полюса ротора. При этом в перемычке, выполненной в магнитопроводе между соседними парами магнитов, радиально установлены намагниченные в тангенциальном направлении постоянные магниты. Магнитопровод содержит зазоры, выполненные над торцевой частью радиальных магнитов, направленной в сторону, противоположную от оси вращения ротора, прорези, выполненные перпендикулярно торцевым частям полюсов магнитов, направленных в сторону оси вращения ротора, и по две прорези, выполненные в магнитопроводе непосредственно у торцевой части радиально установленных постоянных магнитов, направленной в сторону оси вращения ротора. 1 ил.
Наверх