Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка



Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка
Стабилизированная трёхвходовая аксиальная генераторная установка

 


Владельцы патента RU 2633359:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для суммирования механической энергии, световой энергии, с предварительным преобразованием ее в электрическую энергию и тепловой энергии с предварительным преобразованием ее в электрическую энергию. С одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества. Стабилизированная трехвходовая аксиальная генераторная установка содержит корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора. Однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю. В верхней части корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя. В нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления. Выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее, при этом дополнительная многофазная обмотка выполнена с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и предназначено для суммирования механической энергии (например, энергии ветра), световой энергии (например, световой энергии Солнца, с предварительным преобразованием ее фотоэлектрическими преобразователями в электрическую энергию постоянного тока) и тепловой энергии (например, тепловой энергии Земли или Солнца, с предварительным преобразованием ее тепловым преобразователем в электрическую энергию постоянного тока) с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию постоянного тока высокого качества и может быть использовано для генерирования электрической энергии постоянного тока для нужд локальных объектов, например, фермерских хозяйств и др.

Известна аксиальная двухвходовая бесконтактная электрическая машина-генератор (пат. РФ №2450411, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащая корпус, подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, при этом подвозбудитель состоит из постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря подвозбудителя, возбудитель состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя, основной генератор состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора, при этом постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, выполнены аксиальными, при этом боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя установлен с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод установлен между боковыми аксиальными магнитопроводами, внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого установлен постоянный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянного многополюсного магнита подвозбудителя уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и дополнительная обмотка возбуждения возбудителя, подключенная к источнику постоянного тока, в пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя и дополнительной обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная обмотка якоря возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная обмотка якоря основного генератора.

Однако известная из пат. РФ №2450411 электрическая машина не может суммировать энергию разного вида (механическую, световую и тепловую), поступающую от трех различных источников с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию, так как имеет только два входа: один механический вход - вал ротора, один электрический - контакты для подключения дополнительной обмотки возбуждения возбудителя.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является трехвходовая аксиальная генераторная установка (ТАГУ) (пат. РФ №2589730, авторы Кашин Я.М., Кашин А.Я., Князев А.С.), содержащая корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителяи аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю. В верхней части корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления, а на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, установлен магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, ведомый диск жестко закреплен на валу ротора трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее, при этом дополнительная многофазная обмотка выполнена с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю.

Блок управления ТАГУ содержит дифференциально-минимальное реле, блок питания, выполненный с возможностью подключения посредством дифференциально-минимального реле к тепловому преобразователю, к внешнему тепловому преобразователю или к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее и имеющий выходы высокого уровня и низкого уровня напряжения, и блоки формирования импульсов по одному для каждой фазы дополнительной многофазной обмотки.

Каждый из блоков формирования импульсов ТАГУ содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый ограничительные резисторы, первый и второй управляющие транзисторы, первую и вторую пары переключающих транзисторов и два транзистора, образующих логический элемент «НЕ».

Логический элемент «НЕ» каждого блока формирования импульсов ТАГУ через пятый ограничительный резистор подключен к низкоуровневому выходу блока питания, а его вход и база первого управляющего транзистора подключены к сигнальной обмотке датчика положения ротора, при этом база второго управляющего транзистора подключена к выходу логического элемента «НЕ», а коллекторы первого и второго управляющих транзисторов через первый и третий ограничительные резисторы подключены к низкоуровневому выходу блока питания, при этом эмиттеры первого и второго управляющих транзисторов заземлены, а базы каждой пары переключающих транзисторов соединены между собой, при этом базы первой пары переключающих транзисторов подключены к коллектору первого управляющего транзистора, а базы второй пары переключающих транзисторов подключены к коллектору второго управляющего транзистора, при этом коллекторы переключающих транзисторов по одному из каждой пары подключены к высокоуровневому выходу блока питания, а их эмиттеры через второй и четвертый ограничительные резисторы подключены к соответствующим выводам соответствующей фазы дополнительной многофазной обмотки и к коллекторам переключающих транзисторов другой пары.

Однако, выходное напряжение известной из пат. РФ №2589730 генераторной установки зависит от скорости вращения ротора, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора:

где С - конструктивный коэффициент, w - скорость вращения ротора, Φ - магнитный поток возбуждения.

В связи с тем, что интенсивность поступления механической, световой и тепловой энергии может быть неравномерной, величина выпрямленного (выходного) напряжения ТАГУ является нестабильной. Это ограничивает область применения принятой за прототип известной ТАГУ, которая может быть использована только для питания потребителей, некритичных к качеству выпрямленного напряжения.

Задачей предполагаемого изобретения является расширение области применения трехвходовой аксиальной генераторной установки.

Техническим результатом заявленного изобретения является стабилизация выпрямленного напряжения.

Технический результат достигается тем, что в блоке управления предлагаемой стабилизированной трехвходовой аксиальной генераторной установки, содержащей корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, при этом однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю. В верхней части корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления, а на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, установлен магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, ведомый диск жестко закреплен на валу ротора стабилизированной трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее, при этом дополнительная многофазная обмотка выполнена с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю, при этом блок управления содержит дифференциально-минимальное реле, блок питания, выполненный с возможностью подключения посредством дифференциально-минимального реле к тепловому преобразователю, к внешнему тепловому преобразователю или к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее и имеющий выходы высокого уровня и низкого уровня напряжения, и блоки формирования импульсов по одному для каждой фазы дополнительной многофазной обмотки, а каждый из блоков формирования импульсов содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый ограничительные резисторы, первый и второй управляющие транзисторы, первую и вторую пары переключающих транзисторов и два транзистора, образующих логический элемент «НЕ», вход которого и база первого управляющего транзистора подключены к сигнальной обмотке датчика положения ротора, при этом база второго управляющего транзистора подключена к выходу логического элемента «НЕ», а эмиттеры первого и второго управляющих транзисторов заземлены, при этом базы каждой пары переключающих транзисторов соединены между собой, базы первой пары переключающих транзисторов подключены к коллектору первого управляющего транзистора, а базы второй пары переключающих транзисторов подключены к коллектору второго управляющего транзистора, при этом коллекторы переключающих транзисторов по одному из каждой пары подключены к высокоуровневому выходу блока питания, а их эмиттеры через второй и четвертый ограничительные резисторы подключены к соответствующим выводам соответствующей фазы дополнительной многофазной обмотки и к коллекторам переключающих транзисторов другой пары, дополнительно устанавливается стабилизатор напряжения, содержащий блок сравнения, блок формирования пилообразного сигнала, выход которого подключается к инвертирующему входу блока сравнения, блок формирования управляющего сигнала, выход которого подключается к неинвертирующему входу блока сравнения, к выходу которого через пятый ограничительный резистор подключается логический элемент «НЕ», через первый ограничительный резистор подключается коллектор первого управляющего транзистора, а через третий ограничительный резистор подключается коллектор второго управляющего транзистора каждого блока формирования импульсов.

Блок сравнения (БСР) предлагаемой СТАГУ выполняется на первом операционном усилителе, а блок формирования пилообразного сигнала (БФПС) содержит:

- генератор прямоугольных импульсов, состоящий из второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов, первого резистора положительной обратной связи, подключенного к выходу и неинвертирующему входу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов;

- генератор пилообразного сигнала, состоящий из третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала, второго резистора положительной обратной связи, подключенного к выходу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала и неинвертирующему входу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов, интегрирующего конденсатора отрицательной обратной связи, подключенного к выходу и инвертирующему входу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала;

- подключенный к низкоуровневому выходу блока питания делитель напряжения, состоящий из первого и второго резисторов делителя напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов и к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала;

- резистор, подключенный к выходу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов и инвертирующему входу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала.

Блок формирования управляющего сигнала (БФУС) содержит

- четвертый операционный усилитель формирования управляющего сигнала;

- регулировочный резистор, подключенный к низкоуровневому выходу блока питания;

- первый понижающий резистор, подключенный к положительному выходу многофазного двухполупериодного выпрямителя и инвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала;

- второй понижающий резистор, подключенный к регулировочному резистору и неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала;

- резистор отрицательной обратной связи, подключенный к выходу и инвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала;

- резистор смещения, подключенный к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала, определяющий величину смещения напряжения на неинвертирующем входе четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала.

Блоки формирования импульсов предлагаемой СТАГУ выполняются двухвходовыми, при этом первый вход каждого блока формирования импульсов сформирован соединением базы его первого управляющего транзистора с входом его логического элемента «НЕ», а второй вход каждого блока формирования импульсов сформирован соединением первого, третьего и пятого ограничительных резисторов, при этом со вторым входом через пятый ограничительный резистор каждого блока формирования импульсов соединяется его логический элемент «НЕ», через его первый ограничительный резистор соединяется коллектор его первого управляющего транзистора, а через его третий ограничительный резистор соединяется коллектор его второго управляющего транзистора, при этом первый вход каждого блока формирования импульсов подключается к сигнальной обмотке соответствующего ДПР, а второй вход каждого блока формирования импульсов подключается к выходу блока сравнения.

Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, позволяет расширить область применения трехвходовой аксиальной генераторной установки за счет стабилизации выпрямленного (выходного) напряжения.

Возможность стабилизации выпрямленного (выходного) напряжения обеспечивается за счет регулирования скорости вращения ротора путем изменения скважности импульсов, подаваемых на фазы дополнительной многофазной обмотки. Для этого в блоке управления предлагаемой СТАГУ дополнительно устанавливается стабилизатор напряжения, в блоке сравнения которого осуществляется сравнение пилообразного сигнала, формируемого блоком формирования пилообразного сигнала, выход которого подключается к инвертирующему входу БСР, с управляющим сигналом постоянного напряжения, формируемым блоком формирования управляющего сигнала в зависимости от величины отклонения фактического значения выпрямленного напряжения от заданного регулировочным резистором. Для этого выход БФУС подключается к неинвертирующему входу БСР, к выходу которого через пятый ограничительный резистор подключаются логические элементы «НЕ», через первые ограничительные резисторы подключаются коллекторы первых управляющих транзисторов, а через третьи ограничительные резисторы подключаются коллекторы вторых управляющих транзисторов каждого блока формирования импульсов.

ШИМ-сигнал с выхода БСР через пятый ограничительный резистор поступает на логические элементы «НЕ», через первые ограничительные резисторы поступает на коллекторы первых управляющих транзисторов, а через третьи ограничительные резисторы поступает на коллекторы вторых управляющих транзисторов каждого блока формирования импульсов, которые формируют импульсы требуемой скважности, подаваемые на фазы дополнительной многофазной обмотки.

В зависимости от скважности импульсов за период импульса меняется время протекания тока в дополнительной многофазной обмотке, что приводит к изменению величины среднего крутящего момента, приводящего во вращение ротор предлагаемой СТАГУ. При этом меняется частота вращения ротора, что, в свою очередь, вызывает изменение значения напряжения на выходе предлагаемой СТАГУ.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой стабилизированной трехвходовой аксиальной генераторной установки, на фиг. 2 - структурная схема предлагаемой стабилизированной трехвходовой аксиальной генераторной установки, на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема блока управления, на фиг. 4 - принципиальная электрическая схема предлагаемой стабилизированной трехвходовой аксиальной генераторной установки с блоком управления, на фиг. 5 - график напряжений на выходе блоков формирования импульсов, на фиг. 6 - формирование ШИМ-сигнала в блоке сравнения, на фиг. 7 - ШИМ-регулирование при уменьшении (а) и увеличении (б) напряжения на выходе стабилизированной трехвходовой аксиальной генераторной установки.

Стабилизированная трехвходовая аксиальная генераторная установка (СТАГУ) содержит: корпус 1, в котором установлены блок управления 20, датчики положения ротора 24 (ДПР), в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка 25 и обмотка возбуждения (на фиг. 1-7 не показана), боковой аксиальный магнитопровод 10 с многофазной обмоткой 11 якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод 21 с дополнительной многофазной обмоткой 22, внутренний аксиальный магнитопровод 3 с многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, основной 5 и дополнительной 6 однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу 12 которого посредством дисков 15 и 16 жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами 23 положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус ДПР 24 с сигнальной обмоткой 25 и обмоткой возбуждения (на фиг. 1-7 не показана) установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов 23 положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый ДПР 24 закреплен на внутренней поверхности корпуса 1 посредством штанги 26 и равноудален от соседних ДПР 24, а вал 12 ротора закреплен в подшипниковых узлах 13 и 14, закрыт крышкой 55 с одной стороны и выходит за пределы корпуса 1 с другой стороны, при этом однофазная обмотка 9 возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке 8 якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 18, основная однофазная обмотка 5 возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке 4 якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 17, а многофазная обмотка 11 якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю 19, который выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее (АБ) 40. В верхней части корпуса 1 установлен фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) 32, подключенный к дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю (на фиг. 1-7 не показан), через контакты 56 (фиг. 2). В нижней части корпуса 1 установлен тепловой преобразователь (ТП) 33, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной (на фиг. 2 - трехфазной) обмотке 22 через блок управления (БУ) 20, а на конце вала 12 ротора, выходящем за пределы корпуса 1 установлен магнитный редуктор 27, состоящий из вала 34 магнитного редуктора, ведущего 28 и ведомого 29 дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов 30 и 31, размещенных на ведущем 28 и ведомом 29 дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск 28 жестко закреплен на валу 34 магнитного редуктора 27, ведомый диск 29 жестко закреплен на валу 12 ротора СТАГУ. Дополнительная многофазная обмотка 22 выполнена с возможностью подключения через БУ 20 к внешнему тепловому преобразователю (ВТП) 57 (фиг. 2, 3, 4).

БУ 20 (фиг. 3, 4) содержит дифференциально-минимальное реле (ДМР) 38, блок питания (БП) 39, выполненный с возможностью подключения посредством ДМР 38 к ТП 33, внешнему тепловому преобразователю (ВТП) 57 или к внешнему резервному источнику энергии АБ 40, и имеющий выходы высокого уровня (ВУ) и низкого уровня (НУ) (фиг. 3) напряжения, блоки формирования импульсов (ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 по одному для каждой фазы (А, В и С соответственно) дополнительной многофазной обмотки 22, и стабилизатор напряжения (СН) 58 (фиг. 3, 4).

Низкий уровень (НУ) БП 39 обеспечивает работу электронных компонентов схемы, в частности, транзисторов, ДПР 24 и СН 58; высокий уровень (ВУ) обеспечивает возможность получения в дополнительной многофазной обмотке 22 большой силы тока, при протекании которого возникает магнитный поток, участвующий в создании вращающего электромагнитного момента, приводящего в движение ротор СТАГУ.

Резервное питание БУ 20 осуществляется от АБ 40 (фиг. 2, 3, 4) (в состав БУ 20 не входит).

Каждый из блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 блока управления 20 (фиг. 3, 4) содержит первый 49 (R1), второй 50 (R2), третий 51 (R3), четвертый 52 (R4) и пятый 53 (R5) ограничительные резисторы, первый и второй управляющие транзисторы 41 (VT6) и 42 (VT7), первую и вторую пары переключающих транзисторов 45 (VT2) и 46 (VT3) - первая пара, 47 (VT1) и 48 (VT4) - вторая пара и два транзистора 43 (VT5) и 44 (VT8), образующих логический элемент «НЕ» 54.

Вход логического элемента «НЕ» 54 каждого блока ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 и база первого управляющего транзистора 41 (VT6) подключены к сигнальной обмотке 25 ДПР 24, а база второго управляющего транзистора 42 (VT7) подключена к выходу логического элемента «НЕ» 54, при этом эмиттеры первого 41 (VT6) и второго 42 (VT7) управляющих транзисторов заземлены, а базы каждой пары переключающих транзисторов соединены между собой: база переключающего транзистора 45 (VT2) с базой переключающего транзистора 46 (VT3) - первая пара, база переключающего транзистора 47 (VT1) с базой переключающего транзистора 48 (VT4) - вторая пара, при этом базы первой пары переключающих транзисторов 45 (VT2) и 46 (VT3) подключены к коллектору первого управляющего транзистора 41 (VT6), а базы второй пары переключающих транзисторов 47 (VT1) и 48 (VT4) подключены к коллектору второго управляющего транзистора 42 (VT7), при этом коллекторы переключающих транзисторов по одному из каждой пары (транзистор 45 (VT2) из первой пары и транзистор 47 (VT1) из второй пары) подключены к высокоуровневому (ВУ) выходу БП 39, а их эмиттеры через второй и четвертый ограничительные резисторы 50 (R2) и 52 (R4) соответственно, подключены к соответствующим выводам соответствующей фазы (для блока ФИ «А» 35: эмиттер переключающего транзистора 45 (VT2) первой пары через четвертый ограничительный резистор 52 (R4) подключен к началу А фазы А, а эмиттер переключающего транзистора 47 (VT1) второй пары через второй ограничительный резистор 50 (R2) подключен к концу X фазы А) дополнительной многофазной (на фиг. 2 - трехфазной) обмотки 22 и к коллекторам переключающих транзисторов другой пары (эмиттер переключающего транзистора 45 (VT2) первой пары через четвертый ограничительный резистор 52 (R4) подключен к коллектору переключающего транзистора 48 (VT4) второй пары, эмиттер переключающего транзистора 47 (VT1) второй пары через второй ограничительный резистор 50 (R2) подключен к коллектору переключающего транзистора 46 (VT3) первой пары).

В БУ 20 предлагаемой СТАГУ установлен стабилизатор напряжения (СН) 58, содержащий блок сравнения (БСР) 61, блок формирования пилообразного сигнала (БФПС) 59, выход которого подключен к инвертирующему входу второго БСР 61, блок формирования управляющего сигнала (БФУС) 60, выход которого подключен к неинвертирующему входу БСР 61, к выходу которого через пятый ограничительный резистор 53 (R5) подключен логический элемент «НЕ» 54, через первый ограничительный резистор 49 (R1) подключен коллектор первого управляющего транзистора 41 (VT6), а через третий ограничительный резистор 51 (R3) подключен коллектор второго управляющего транзистора 42 (VT7) каждого блока ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37.

БСР 61 выполнен на первом операционном усилителе (ОР1) 73.

БФПС 59 содержит:

- генератор прямоугольных импульсов, состоящий из второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов, первого резистора 65 (R14) положительной обратной связи, подключенного к выходу и неинвертирующему входу второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов;

- генератор пилообразного сигнала, состоящий из третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала, второго резистора 66 (R15) положительной обратной связи, подключенного к выходу третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала и неинвертирующему входу второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов, интегрирующего конденсатора 72 (С1) отрицательной обратной связи, подключенного к выходу и инвертирующему входу третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала;

- подключенный к низкоуровневому выходу (НУ) БП 39 делитель напряжения, состоящий из первого 62 (R11) и второго 63 (R12) резисторов делителя напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов и к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала;

- резистор 64 (R13), подключенный к выходу второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов и инвертирующему входу третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала.

Блок формирования управляющего сигнала (БФУС) 60 содержит:

- четвертый операционный усилитель 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала;

- регулировочный резистор 67 (R6), подключенный к низкоуровневому выходу БП 39;

- первый понижающий резистор 68 (R7), подключенный к положительному выходу многофазного двухполупериодного выпрямителя 19 и инвертирующему входу четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала;

- второй понижающий резистор 69 (R8), подключенный к регулировочному резистору 67 (R6) и неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала;

- резистор отрицательной обратной связи 70 (R9), подключенный к выходу и инвертирующему входу четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала;

- резистор 71 (R10) смещения, подключенный к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала, определяющий величину смещения напряжения на неинвертирующем входе четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала.

Первый 62 (R11) и второй 63 (R12) резисторы делителя напряжения БФПС 59 выбираются одинакового номинала и подбираются таким образом, чтобы на инвертирующий вход второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов с выхода делителя напряжения БФПС 59 подавалась половина питающего напряжения, поступающего с низкоуровневого выхода БП 39.

Второй операционный усилитель 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов за счет наличия положительной обратной связи, обеспечиваемой первым 65 (R14) и вторым 66 (R15) резисторами положительной обратной связи работает в генераторном режиме, выдавая прямоугольные импульсы на инвертирующий вход третьего операционного усилителя 76 (ОР3) через резистор 64 (R13). Первый 65 (R14) и второй 66 (R15) резисторы положительной обратной связи также влияют на высоту пилообразного сигнала относительно нуля.

Третий операционный усилитель 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала работает в режиме интегратора, превращая прямоугольные импульсы на выходе второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов в сигнал пилообразной формы (фиг. 6 и 7 - UвыхБФПС). Значение емкости интегрирующего конденсатора 72 (С1) отрицательной обратной связи третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала и сопротивление резистора 64 (R13) определяют частоту прямоугольных импульсов и, соответственно, частоту пилообразного сигнала. Чем меньше емкость интегрирующего конденсатора 72 (С1), тем выше частота пилообразного сигнала, и наоборот. Частота этого пилообразного сигнала определяет частоту импульсов опорного сигнала. Чем выше эта частота, тем точнее осуществляется регулирование частоты вращения ротора. Однако частота опорного сигнала не должна превышать допустимого значения частоты, определяемой характеристиками транзисторов блоков формирования импульсов.

Таким образом, в БФПС 59 формируется сигнал пилообразной формы UвыхБФПС (фиг. 6, 7).

В БФУС 60 формируется управляющий сигнал, уровень напряжения которого зависит от напряжения на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19. Регулировочным резистором 67 (R6) вручную устанавливается заданная величина напряжения на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19, относительно которого осуществляется стабилизация. Первый 68 (R7) и второй 69 (R8) понижающие резисторы подбираются таким образом, чтобы напряжение на инвертирующем и неинвертирующем входах четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) были равны при условии, что напряжение на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19 (т.е. на выходе СТАГУ) равно установленному регулировочным резистором 67 (R6). Номинальные сопротивления первого 68 (R7) и второго 69 (R8) понижающих резисторов определяют значение коэффициента усиления четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) - - и должны быть равны между собой. Резистор 71 (R10) смещения, подключенный к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала, определяет величину смещения напряжения на неинвертирующем входе четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала. Резистор 70 (R9) отрицательной обратной связи, подключенный к выходу и инвертирующему входу четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) формирования управляющего сигнала обеспечивает его устойчивую работу.

В первом операционном усилителе 73 (ОР1) БСР 61 осуществляется сравнение уровня напряжения пилообразного сигнала, снимаемого с выхода третьего операционного усилителя 76 (ОР3) БФПС 59, с уровнем напряжения управляющего сигнала, снимаемого с выхода четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) БФУС 60, величина которого зависит от величины отклонения фактического значения выпрямленного напряжения, снимаемого с выхода многофазного двухполупериодного выпрямителя 19, от заданного регулировочным резистором 67 (R6). Причем, чем больше коэффициент усиления к, тем более узким будет окно регулирования, тем быстрее скважность выходного импульсного сигнала на выходе первого операционного усилителя 73 (ОР1) БСР 61 будет изменяться от минимального до максимального значения при небольших отклонениях напряжения на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19 от заданного уровня.

На фиг. 6, 7 обозначено: UвыхБФПС - сигнал на выходе БФПС 59, UвыхБФУС - сигнал на выходе БФУС 60, UвыхБСР - сигнал на выходе БСР 61.

Параметры элементов СН 58 выбираются таким образом, чтобы при напряжении на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19, равном заданному регулировочным резистором 67 (R6), уровень управляющего сигнала на выходе четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) БФУС 60 располагался посередине пилообразного сигнала (фиг. 6, верхний график), формируемого БФПС 59. В этом случае длительность импульсов на выходе БСР 61 равна длительности паузы (фиг. 6, нижний график), поэтому возможность стабилизации выходного напряжения генератора UВЫХ как при уменьшении, так и при увеличении напряжения UВХ, снимаемого с положительного выхода многофазного двухполупериодного выпрямителя 19, относительного заданного регулировочным резистором 67 (R6) значения, будет одинакова.

СТАГУ работает следующим образом. Ротор СТАГУ приводится во вращение от внешнего источника механической энергии (вход механической энергии) через магнитный редуктор 27. Кроме того, ротор приводится во вращение при возникновении электромагнитного вращающего момента, создаваемого за счет преобразования тепловой энергии в электрическую.

При вращении вала 34 ротора магнитного редуктора 27 с установленным на нем ведущим диском 28 с постоянным магнитом 30 за счет силового взаимодействия постоянных магнитов 30 и 31, вызванного их стремлением притянуться противоположными полюсами, создается вращающий момент, который через ведомый диск 29 магнитного редуктора 27 передается на вал 12 ротора СТАГУ, закрепленный в подшипниковых щитах 13 и 14 и закрытый с одной стороны крышкой 55. Этот вращающий момент вызывает вращение постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя, жестко закрепленного на валу 12 посредством диска 15, и аксиального вращающегося магнитопровода 7, жестко закрепленного на валу 12 посредством диска 16, с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора.

При этом, если напряжение на выходе ТП 33 (или на выходе ВТП 57 при его подключении) выше напряжения АБ 40 на 1B, то ДМР 38 подключает выход ТП 33 (или соответственно выход ВТП 57) (тепловой вход СТАГУ) к БП 39 блока управления 20 (фиг. 3, 4).

При этом от БП 39 на обмотку возбуждения (на схемах не показана) ДПР 24, закрепленного на внутренней поверхности корпуса 1 посредством штанги 26, подается напряжение постоянного тока низкого уровня (НУ) (фиг. 3, 4). В результате этого тока в обмотке возбуждения ДПР 24 протекает ток, под действием которого вокруг сигнальных обмоток 25 в корпусе ДПР 24 возникает магнитный поток, который создает поперечное магнитное поле, и сигнальные обмотки 25 становятся чувствительными к магнитному потоку, создаваемому постоянными магнитами 23 положения ротора (фиг. 1, 2). При вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя с закрепленными на нем постоянными магнитами 23 положения ротора магнитный поток, создаваемый этими магнитами взаимодействует с созданным обмотками возбуждения ДПР 24 поперечным магнитным полем, в котором находятся сигнальные обмотки 25. В результате этого взаимодействия в сигнальных обмотках 25 возникает напряжение постоянного тока низкого уровня, причем напряжение на выходе сигнальных обмоток 25 возникает при наличии постоянных магнитов 23 положения ротора вблизи сигнальных обмоток 25 как при неподвижном состоянии ротора СТАГУ, так и при его вращении. Сигналы UДПР (фиг. 5) с выхода сигнальных обмоток 25 каждого ДПР 24 поступают на первый вход соответствующего блока ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 БУ 20. Сигнал с выхода первого операционного усилителя 73 (OP 1) БСР 61 поступает на второй вход соответствующего блока ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 (фиг. 4, 5).

При подаче импульсов UвыхФИ (фиг. 5) от блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 БУ 20 на соответствующие фазы дополнительной многофазной обмотки 22, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 21, магнитный поток, создаваемый дополнительной многофазной обмоткой 22, взаимодействует с магнитным потоком, создаваемым постоянным аксиальным многополюсным магнитом 2 индуктора подвозбудителя, придавая ротору СТАГУ (постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора) дополнительный момент вращения, который направлен согласно с моментом вращения от источника механической энергии и суммируется с ним.

Если напряжение на выходе ТП 33 (или на выходе ВТП 57 при его подключении) становится ниже напряжения АБ 40 на 1B, то ДМР 38 переключает БП 39 на АБ 40. При этом формирование сигналов на входах блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 осуществляется также, как и при подключении БП 39 через ДМР 38 к ТП 33 (или к ВТП 57 соответственно).

При вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя и аксиального вращающегося магнитопровода 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора магнитный поток постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя взаимодействует с многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3, жестко установленного в корпусе 1, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 17 и подается на основную однофазную обмотку 5 возбуждения возбудителя, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 3. При этом в основной однофазной обмотке 5 возбуждения возбудителя создается магнитный поток.

Одновременно в ФЭП 32 (и во внешнем ФЭП при его подключении) (в состав СТАГУ не входит, на фиг. 1-7 не показан)) (световой вход) происходит преобразование световой энергии в электрическую энергию постоянного тока. Протекающий по дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, подключенной к ФЭП 32 (и/или к внешнему ФЭП при его подключении к ней через контакт 56) (фиг. 2), постоянный ток создает магнитный поток, сонаправленный с магнитным потоком, создаваемым основной однофазной обмоткой 5 возбуждения возбудителя.

Созданный основной 5 и дополнительной 6 однофазными обмотками возбуждения возбудителя суммарный магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя, уложенной в пазы внутреннего аксиального вращающегося магнитопровода 7, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 18 и подается на однофазную обмотку 9 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы внутреннего аксиального магнитопровода 7.

Магнитный поток однофазной обмотки 9 возбуждения основного генератора взаимодействует с многофазной обмоткой 11 якоря основного генератора, уложенной в пазы бокового аксиального магнитопровода 10, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется выходным многофазным двухполупериодным выпрямителем 19 и подается в сеть и на АБ 40 для ее зарядки.

Постоянные магниты 23 положения ротора, закрепленные по внешнему радиусу постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя, служат для формирования управляющих сигналов в каждом из блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37. Полярность всех постоянных магнитов 23 индуктора подвозбудителя одинакова. Количество постоянных магнитов 23 положения ротора и их расположение выбирается таким образом, чтобы при их воздействии на сигнальную обмотку 25 ДПР 24 возникали управляющие сигналы, которые при вращении постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя с постоянными магнитами 23 положения ротора обеспечивали бы своевременное переключение направления протекания тока в соответствующих фазах дополнительной многофазной обмотки 22 для непрерывного создания нужного электромагнитного вращающего момента и придания ротору вращения в заданном направлении.

Блоки ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 идентичны по составу. Поэтому рассмотрим работу только одного блока, например ФИ «А» 35, подразумевая, что блоки ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 работают аналогичным образом.

При поступлении импульса с выхода первого операционного усилителя 73 (OP 1) БСР 61 на второй вход блока ФИ «А» 35 и одновременном поступлении от сигнальной обмотки 25 ДПР 24 (в момент прохождения постоянных магнитов 23 положения ротора мимо сигнальной обмотки 25 ДПР 24, соответствующего фазе дополнительной многофазной обмотки 22, которая подключена к рассматриваемому блоку ФИ «А» 35) управляющего сигнала на первый вход блока ФИ «А» 35 этот управляющий сигнал поступает на базу первого управляющего транзистора 41 (VT6) и на вход логического элемента «НЕ» 54. При этом первый управляющий транзистор 41 (VT6) открывается, переключающие транзисторы 45 (VT2) и 46 (VT3) первой пары закрываются.

В логическом элементе «НЕ» 54 транзистор 43 (VT5) закрывается, транзистор 44 (VT8) открывается, на выходе логического элемента «НЕ» 54 образуется напряжение, соответствующее логическому «0», при этом второй управляющий транзистор 42 (VT7) закрывается, а переключающие транзисторы 47 (VT1) и 48 (VT4) второй пары открываются.

В этом случае ток протекает от высокоуровневого выхода (ВУ) БП 39 через открытый переключающий транзистор 47 (VT1), второй ограничительный резистор 50 (R2), через соответствующую фазу (фазу «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, через открытый переключающий транзистор 48 (VT4) на «землю». При этом магнитный поток, создаваемый током в соответствующей фазе (фазе «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, воздействует на полюса одной полярности постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя.

При отсутствии управляющего сигнала от сигнальной обмотки 25 (в момент паузы между прохождением одного из постоянных магнитов 23 положения ротора мимо сигнальной обмотки 25 ДПР 24, соответствующего фазе дополнительной многофазной обмотки 22, которая подключена к рассматриваемому блоку ФИ «А» 35), первый управляющий транзистор 41 (VT6) закрывается, переключающие транзисторы 45 (VT2) и 46 (VT3) первой пары открываются.

В логическом элементе «НЕ» 54, подключенном к выходу БСР 61 через пятый ограничительный резистор 53 (R5), транзистор 43 (VT5) открывается, транзистор 44 (VT8) закрывается, на выходе логического элемента «НЕ» 54 образуется напряжение, соответствующее логической «1», при этом второй управляющий транзистор 42 (VT7) открывается, а переключающие транзисторы 47 (VT1) и 48 (VT4) второй пары закрываются.

В этом случае ток протекает от высокоуровневого выхода (ВУ) БП 39 через открытый переключающий транзистор 45 (VT2), четвертый ограничительный резистор 52 (R4), через соответствующую фазу (фазу «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, через открытый переключающий транзистор 46 (VT3) на «землю». При этом магнитный поток, создаваемый током в соответствующей фазе (фазе «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22, воздействует на полюса другой полярности постоянного аксиального многополюсного магнита 2 индуктора подвозбудителя.

Формирование сигнала на выходе каждого из блоков ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С»37, возникающего при вращении ротора СТАГУ (т.е. при прохождении постоянных магнитов 23 положения ротора мимо сигнальной обмотки 25 ДПР 24, соответствующего фазе дополнительной многофазной обмотки 22, которая подключена к рассматриваемому блоку ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 соответственно), представлено на фиг.5.

При отсутствии импульса с выхода первого операционного усилителя 73 (OP 1) БСР 61 (в момент паузы между прохождением импульсов (фиг.6, нижний график)) на втором входе блока ФИ «А» 35 переключающие транзисторы 46 (VT3) и 48 (VT4) находятся в закрытом состоянии независимо от наличия импульсов управляющего сигнала от сигнальной обмотки 25 ДПР 24 на первом входе блока формирования импульсов (ФИ «А» 35 для фазы А многофазной обмотки 22). При этом ни первая пара переключающих транзисторов (45 (VT2) и 46 (VT3)), ни вторая пара переключающих транзисторов (47 (VT1) и 48 (VT4)) не могут обеспечить протекание тока через соответствующую фазу (фазу «А» для блока ФИ «А» 35) дополнительной многофазной обмотки 22. Таким образом, при отсутствии импульса с выхода первого операционного усилителя 73 (OP1) БСР 61 ни в одной из фаз дополнительной многофазной обмотки 22 ток протекать не будет.

Стабилизация выходного напряжения Uвых на выходе СТАГУ осуществляется путем регулирования скважности импульсов в фазах многофазной обмотки 22 в зависимости от напряжения на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19. Происходит это следующим образом.

С делителя напряжения, подключенного к низкоуровневому выходу (НУ) БП 39 и состоящего из первого 62 (R11) и второго 63 (R12) резисторов делителя напряжения, напряжение поступает на инвертирующий вход второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов, охваченного положительной обратной связью, обеспечиваемой первым резистором 65 (R14) положительной обратной связи, и на неинвертирующий вход третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала, охваченного отрицательной обратной связью, обеспечиваемой интегрирующим конденсатором 72 (С1). Сигнал в форме прямоугольных импульсов с выхода второго операционного усилителя 75 (ОР2) генератора прямоугольных импульсов через резистор 64 (R13) поступает на инвертирующий вход третьего операционного усилителя 76 (ОР3) генератора пилообразного сигнала. Пилообразный сигнал с выхода третьего операционного усилителя 76 (ОР3) БФПС 59, охваченного положительной обратной связью посредством второго резистора 66 (R15) положительной обратной связи, поступает на инвертирующий вход первого операционного усилителя 73 (ОР1) БСР 61.

На неинвертирующий вход, величина смещения напряжения на котором определяется сопротивлением резистора 71 (R10) смещения, четвертого операционного усилителя 74 (ОР4), охваченного отрицательной обратной связью, обеспечиваемой резистором отрицательной обратной связи 70 (R9), с регулировочного резистора 67 (R6) через второй понижающий резистор 69 (R8) подается установленное вручную заданное напряжение, а на инвертирующий вход четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) БФУС 60 через первый понижающий резистор 68 (R7) подается выходное напряжение многофазного двухполупериодного выпрямителя 19, относительно которого осуществляется стабилизация.

В БСР 61 происходит сравнение уровня напряжения пилообразного сигнала, снимаемого с выхода третьего операционного усилителя 76 (ОРЗ) БФПС 59 с уровнем постоянного напряжения управляющего сигнала, снимаемого с выхода четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) БФУС 60.

В зависимости от уровня напряжения UВХ на входе СН 58, снимаемого с положительного выхода многофазного двухполупериодного выпрямителя 19, осуществляется изменение скважности импульсного сигнала на выходе БСР 61, т.е. выходной сигнал БСР 61 является широтно-импульсно-модулированным (ШИМ-сигналом). Это приводит к изменению времени открытого состояния переключающих транзисторов 41 (VT6) и 42 (VT7).

Если напряжение на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19 (на входе СН 58) становится ниже заданного регулировочным резистором 67 (R6) уровня, то уровень положительного сигнала на инвертирующем входе четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) уменьшается. Следовательно, уровень положительного сигнала на выходе четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) увеличивается. Этот увеличенный сигнал поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 73 (ОР1) БСР 61.

Первый операционный усилитель 73 (ОР1) БСР 61 работает в режиме компаратора. При увеличении уровня сигнала, поступающего на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 73 (ОР1), скважность импульсов на его выходе уменьшается (коэффициент заполнения соответственно увеличивается) (фиг. 7а). Импульсный сигнал уменьшенной скважности (т.е с увеличенной длительностью импульсов) поступает на вторые входы переключающих транзисторов 41 (VT6) и 42 (VT7) блоков формирования импульсов ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 (т.е. через первые ограничительные резисторы 49 (R1) на базы переключающих транзисторов 41 (VT6) и через третьи ограничительные резисторы 51 (R3) на базы переключающих транзисторов 42 (VT7) каждого блока формирования импульсов). При этом увеличивается длительность импульсов, поступающих на соответствующие фазы дополнительной многофазной обмотки 22.

В результате увеличения длительности импульсов, подаваемых на соответствующие фазы дополнительной многофазной обмотки 22, увеличивается время взаимодействия магнитных потоков, создаваемых дополнительной многофазной обмоткой 22 и аксиальным многополюсным магнитом 2 индуктора подвозбудителя, в течение которого создается вращающий момент ротора. Вследствие этого среднее значение суммарного вращающего момента ротора увеличивается, частота его вращения увеличивается, напряжение, создаваемое многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, увеличивается, ток в основной однофазной обмотке 5 возбуждения возбудителя увеличивается, магнитный поток, создаваемый этим током, увеличивается, напряжение, наводимое этим магнитным потоком в многофазной обмотке 8 якоря возбудителя, увеличивается, ток в однофазной обмотке 9 возбуждения основного генератора увеличивается, магнитный поток, создаваемый этим током, увеличивается, напряжение, наводимое этим магнитным потоком в многофазной обмотке 11 якоря основного генератора, увеличивается, напряжение на выходе выходному многофазного двухполупериодного выпрямителя 19 (т.е. на выходе СТАГУ) увеличивается до заданного уровня.

Если напряжение на выходе многофазного двухполупериодного выпрямителя 19 (на входе СН 58) становится выше заданного регулировочным резистором 67 (R6) уровня, то процесс протекает аналогично: уровень положительного сигнала на инвертирующем входе четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) увеличивается. Следовательно, уровень положительного сигнала на выходе четвертого операционного усилителя 74 (ОР4) уменьшается. Уменьшенный сигнал поступает на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 73 (ОР1) БСР 61.

При уменьшении уровня сигнала, поступающего на неинвертирующий вход первого операционного усилителя 73 (ОР1), скважность импульсов на его выходе увеличивается (коэффициент заполнения соответственно уменьшается) (фиг.7а). Импульсный сигнал увеличенной скважности (т.е. с уменьшенной длительностью импульсов) поступает на вторые входы переключающих транзисторов 41 (VT6) и 42 (VT7) блоков формирования импульсов ФИ «А» 35, ФИ «В» 36 и ФИ «С» 37 (т.е. через первые ограничительные резисторы 49 (R1) на базы переключающих транзисторов 41 (VT6) и через третьи ограничительные резисторы 51 (R3) на базы переключающих транзисторов 42 (VT7) каждого блока формирования импульсов). При этом уменьшается длительность импульсов, поступающих на соответствующие фазы дополнительной многофазной обмотки 22.

В результате уменьшения длительности импульсов, подаваемых на соответствующие фазы дополнительной многофазной обмотки 22, уменьшается время взаимодействия магнитных потоков, создаваемых дополнительной многофазной обмоткой 22 и аксиальным многополюсным магнитом 2 индуктора подвозбудителя, в течение которого создается вращающий момент ротора. Вследствие этого среднее значение суммарного вращающего момента ротора уменьшается, частота его вращения уменьшается, напряжение, создаваемое многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, уменьшается, ток в основной однофазной обмотке 5 возбуждения возбудителя уменьшается, магнитный поток, создаваемый этим током, уменьшается, напряжение, наводимое этим магнитным потоком в многофазной обмотке 8 якоря возбудителя, уменьшается, ток в однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора уменьшается, магнитный поток, создаваемый этим током, уменьшается, напряжение, наводимое этим магнитным потоком в многофазной 11 якоря основного генератора, уменьшается, напряжение на выходе выходного многофазного двухполупериодного выпрямителя 19 (т.е. на выходе СТА-ГУ) уменьшается до заданного уровня.

Выпрямленное напряжение высокого качества подается в сеть и на АБ 22 для ее подзарядки.

Таким образом, в предлагаемой СТАГУ посредством электромагнитного преобразования осуществляется суммирование механической, тепловой и световой энергий, поступающей на соответствующие входы СТАГУ от трех разнородных источников энергии, с одновременным преобразованием полученной суммарной энергии в электрическую энергию высокого качества со стабильным выходным напряжением постоянного тока.

Стабилизированное напряжение постоянного тока высокого качества подается в сеть для питания потребителей.

Предлагаемое изобретение, выполняя функцию суммирование механической, тепловой и световой энергий с одновременным преобразованием ее в механическую энергию вращения с последующим преобразованием в электрическую энергию постоянного тока, как и прототип, в то же время, в отличие от него за счет стабилизации его выходного напряжения позволяет расширить область применения генераторной установки, например, для применения на объектах, на которых стабильность постоянного напряжения имеет существенное значение.

1. Стабилизированная трехвходовая аксиальная генераторная установка, содержащая корпус, в котором установлены блок управления, датчики положения ротора, в корпусе каждого из которых размещена сигнальная обмотка и обмотка возбуждения, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с дополнительной многофазной обмоткой, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого посредством дисков жестко закреплены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с постоянными магнитами положения ротора, закрепленными на нем по внешнему радиусу, а корпус датчика положения ротора с сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения установлен на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждый датчик положения ротора закреплен на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудален от соседних датчиков положения ротора, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах, закрыт крышкой с одной стороны и выходит за пределы корпуса с другой стороны, причем однофазная обмотка возбуждения основного генератора подключена к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, основная однофазная обмотка возбуждения возбудителя подключена к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, а многофазная обмотка якоря основного генератора подключена к выходному многофазному двухполупериодному выпрямителю, при этом в верхней части корпуса установлен фотоэлектрический преобразователь, подключенный к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, которая выполнена с возможностью подключения к внешнему фотоэлектрическому преобразователю, в нижней части корпуса установлен тепловой преобразователь, выполненный с возможностью подключения к дополнительной многофазной обмотке через блок управления, а на конце вала ротора, выходящем за пределы корпуса, установлен магнитный редуктор, состоящий из вала магнитного редуктора, ведущего и ведомого дисков, выполненных из немагнитного материала, и постоянных магнитов, размещенных на ведущем и ведомом дисках разноименными полюсами навстречу друг к другу, при этом ведущий диск жестко закреплен на валу магнитного редуктора, ведомый диск жестко закреплен на валу ротора стабилизированной трехвходовой аксиальной генераторной установки, а выходной многофазный двухполупериодный выпрямитель выполнен с возможностью подключения к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее, при этом дополнительная многофазная обмотка выполнена с возможностью подключения через блок управления к внешнему тепловому преобразователю, а блок управления содержит дифференциально-минимальное реле, блок питания, выполненный с возможностью подключения посредством дифференциально-минимального реле к тепловому преобразователю, к внешнему тепловому преобразователю или к внешнему резервному источнику энергии аккумуляторной батарее и имеющий выходы высокого уровня и низкого уровня напряжения, и блоки формирования импульсов по одному для каждой фазы дополнительной многофазной обмотки, причем каждый из блоков формирования импульсов содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый ограничительные резисторы, первый и второй управляющие транзисторы, первую и вторую пары переключающих транзисторов и два транзистора, образующих логический элемент «НЕ», вход которого и база первого управляющего транзистора подключены к сигнальной обмотке датчика положения ротора, а база второго управляющего транзистора подключена к выходу логического элемента «НЕ», при этом эмиттеры первого и второго управляющих транзисторов заземлены, а базы каждой пары переключающих транзисторов соединены между собой, при этом базы первой пары переключающих транзисторов подключены к коллектору первого управляющего транзистора, а базы второй пары переключающих транзисторов подключены к коллектору второго управляющего транзистора, при этом коллекторы переключающих транзисторов по одному из каждой пары подключены к высокоуровневому выходу блока питания, а их эмиттеры через второй и четвертый ограничительные резисторы подключены к соответствующим выводам соответствующей фазы дополнительной многофазной обмотки и к коллекторам переключающих транзисторов другой пары, отличающаяся тем, что в блоке управления установлен стабилизатор напряжения, содержащий блок сравнения, блок формирования пилообразного сигнала, выход которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, блок формирования управляющего сигнала, выход которого подключен к неинвертирующему входу блока сравнения, к выходу которого через пятый ограничительный резистор подключен логический элемент «НЕ», через первый ограничительный резистор подключен коллектор первого управляющего транзистора, а через третий ограничительный резистор подключен коллектор второго управляющего транзистора каждого блока формирования импульсов.

2. Стабилизированная трехвходовая аксиальная генераторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок сравнения выполнен на первом операционном усилителе, а блок формирования пилообразного сигнала содержит генератор прямоугольных импульсов, состоящий из второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов, первого резистора положительной обратной связи, подключенного к выходу и неинвертирующему входу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов, генератор пилообразного сигнала, состоящий из третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала, второго резистора положительной обратной связи, подключенного к выходу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала и неинвертирующему входу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов, интегрирующего конденсатора отрицательной обратной связи, подключенного к выходу и инвертирующему входу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала, подключенный к низкоуровневому выходу блока питания делитель напряжения, состоящий из первого и второго резисторов делителя напряжения, выход которого подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов и к неинвертирующему входу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала, резистор, подключенный к выходу второго операционного усилителя генератора прямоугольных импульсов и инвертирующему входу третьего операционного усилителя генератора пилообразного сигнала.

3. Стабилизированная трехвходовая аксиальная генераторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования управляющего сигнала содержит четвертый операционный усилитель формирования управляющего сигнала, регулировочный резистор, подключенный к низкоуровневому выходу блока питания, первый понижающий резистор, подключенный к положительному выходу многофазного двухполупериодного выпрямителя и инвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала, второй понижающий резистор, подключенный к регулировочному резистору и неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала, резистор отрицательной обратной связи, подключенный к выходу и инвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала, резистор смещения, подключенный к неинвертирующему входу четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала, определяющий величину смещения напряжения на неинвертирующем входе четвертого операционного усилителя формирования управляющего сигнала.

4. Стабилизированная трехвходовая аксиальная генераторная установка по п. 1, отличающаяся тем, что блоки формирования импульсов выполнены двухвходовыми при этом первый вход каждого блока формирования импульсов сформирован соединением базы его первого управляющего транзистора с входом его логического элемента «НЕ», а второй вход каждого блока формирования импульсов сформирован соединением первого, третьего и пятого ограничительных резисторов, при этом со вторым входом через пятый ограничительный резистор каждого блока формирования импульсов соединен его логический элемент «НЕ», через его первый ограничительный резистор соединен коллектор его первого управляющего транзистора, а через его третий ограничительный резистор соединен коллектор его второго управляющего транзистора, при этом первый вход каждого блока формирования импульсов подключен к сигнальной обмотке соответствующего ДПР, а второй вход каждого блока формирования импульсов подключен к выходу блока сравнения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для предоставления выходной мощности, пропорциональной сигналу источника, включающее в себя фазовый модулятор, управляющий первым и вторым драйвером мощности с несущими сигналами, имеющими относительную разность фаз и модулирующий их сигнал, и связанный со схемой резонатора, чтобы управлять переключающим элементом по существу с нулевым током и нулевым напряжением, с выходным сигналом, подаваемым на соответствующие первый и второй трансформаторы.

Изобретение относится к космической технике. Способ изготовления космического аппарата, содержащего систему электропитания в составе солнечных батарей, аккумуляторных батарей и стабилизированного преобразователя напряжения, включающий сборку космического аппарата, проведение электрических испытаний на функционирование, испытаний на воздействие механических нагрузок и термовакуумных испытаний.

Изобретение относится к системам снабжения электрической энергией. Технический результат заключается в обеспечении бесперебойного рабочего электроснабжения потребителей.

Раскрыты способ и устройство распределения тока для источника постоянного тока (DC). Технический результат заключается в снижении коммуникационного трафика, отсутствии ведущих и ведомых устройств, простом управлении.

Изобретение относится к устройству для управления передачей мощности между двумя центрами сети постоянного тока и может быть использовано, в частности, в сетях постоянного тока на борту летательного аппарата, а также в любых типах бортовых сетей (морское судно, автомобиль и т.д.) и даже в других, не бортовых сетях, например, в стационарных сетях (локальная сеть постоянного тока, железнодорожная сеть и т.д.).

Изобретение относится к устройству для резервированного энергоснабжения по меньшей мере одной нагрузки с первым вентильным преобразователем электроэнергии, который через первый вывод является соединяемым с первой сетью переменного напряжения, вторым вентильным преобразователем электроэнергии, который через второй вывод является соединяемым со второй сетью переменного напряжения, и промежуточным звеном напряжения постоянного тока, которое соединяет первый вентильный преобразователь электроэнергии со вторым вентильным преобразователем электроэнергии на стороне постоянного напряжения.

Изобретение относится к судовым электроэнергетическим системам (ЭЭС), в частности к ЭЭС подводных лодок (дизель-электрических, с электрохимическими генераторами и т.д.), подводных аппаратов (батискафы и т.д.), а также надводных кораблей с электродвижением, обеспечивающих, помимо электроснабжения гребных двигателей, бесперебойное питание ответственных потребителей напряжениями 27 В постоянного тока и 220 В переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии или систем гарантированного электропитания, в которых для достижения надежности электропитания и повышения выходной мощности статические стабилизированные источники электрической энергии включаются параллельно на общую нагрузку.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для эксплуатации скважин насосными установками для энергоснабжения электроэнергией удаленное электрическое устройство.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройству и способу управления параллельной работой преобразователей постоянного напряжения, прежде всего в имеющей несколько уровней напряжения электрической бортовой сети транспортного средства, с двумя регулировочными диапазонами напряжения (U1) и (U2).
Наверх