Спосіб збудження електричного генератора з обмоткою збудження

Спосіб збудження електричного генератора з обмоткою збудження, який полягає в живленні кола збудження, що приєднано паралельно навантаженню, від обмотки якоря генераторе, який відрізняється тим, що від обмотки якоря генератора електрична енергія низької напруги перетворюється вольтозбільшуючим пристроєм, що приєднано паралельно навантаженню, в електричну енергію з підвищеною напругою і подається для живлення його кола збудження. Винахід відноситься до галузі електротехні Відомий спосіб самозбудження електричного генератора з обмоткою паралельного збудження, який полягає в живленні кола збудження, що приєднано паралельно навантаженню, від обмотки якоря генератора, (див. А.Э. Брускин и др. Электрические машины и микромашины. - М.: Изд. "Высшая школа". 1981. - с, 364 - 367). Цей спосіб розглядається як прототип. Рівняння напруги на затискачах генератора, як при паралельному, так і при незалежному збудженні має вигляд: ки. Відомий спосіб незалежного збудження електричного генератора з обмоткою збудження здійснюється шляхом живлення кола збудження від зовнішнього джерела постійного струму (див. B.C. Хвостов. Электрические машины постоянного тока / Под ред. профессора И.П. Копылова. - М.: Иэд-во "Высшая школа", 1988. - с. 182 -187). При реалізації незалежного збудження генератора струм збудження І> не залежить від струму якоря І», рівного струму навантаження І и , та визначається тільки реостатом, що регулюється Rpw». який послідовно включений у коло обмотки збудження: де и э • напруга стороннього джерела постійного струму: R, • опір обмотки збудження. Перевагою цього способу збудження є можливість регулювання напруги генератора у широких межах від 0 до Um* шляхом зміни струму збудження Ь, яка складає 1...З % від струму якоря Іс, і порівняно невелика зміна напруги генератора під навантаженням. Разом з тим, недоліком електричного генераторе з незалежним збудженням є необхідність використання зовнішнього джерела постійного струму для живлення обмотки збудження. Цей спосіб розглядається як аналог. де U r - напруга на затискачах генератора; Е« • електрорушійна сила якоря генератора; і» - струм якоря генератора; R« • повний опір кола якоря генератора. З рівняння (1) витікає, що електрорушійна сила (ЕРС) генератора Е а постійного струму врівноважується напругою на його затискачах і падінням напруги у колі якоря: (2) ДЄ « безрозмірний коефіцієнт, що вра ховує навантаження. Також відомо що ЕРС генератора дорівнює ,). (3) < т 35448 де СЕ - коефіцієнт, що зазначається конструктивними параметрами машини і не залежить від режиму роботи; п - частота обертання якоря генератора; Фмл - магнітний потік залишкового магнетизму; Ф, - магнітний потік обмотки збудження. У результаті сумісного вирішення рівнянь (2) і (3) утворюється залежність (4) З рівняння (4) випливає, що на напругу генератора U f суттєво впливає три параметри, що змінюються в широких межах за випадково • перемінним законом: частота обертання якоря п і струм навантаження, що визначається коефіцієнтом о, а також магнітний потік обмотки збудження Ф, який дорівнює: •••£• (5) де Із - струм збудження генератора; ? со, - число витків обмотки збудження; RM- магнітний опір. Струм збудження відповідно до закону Ома дорівнює: (6) де R, • опір кола збудження Зазвичай струм збудження ! s в умовах самозбудження генератора з паралельним збудженням складає 3... 5 % від струму якоря генератора І*. При цьому таке співвідношення буде здійснюватися між потужністю, що витрачається якорем на збудження (Р,- l»Uf), та потужністю, що витрачається генератором на живлення зовнішнього кола (Р г =Шг), т.ч. Р,= (3.. 5) % Рг. Ця умова являється необхідною для отримання більш високих коефіцієнтів корисної дії (К К Д ) Основними ознаками цього способу збудження електричного генератора є: 1. Наявність обмотки збудження; 2. Виконання умов самозбудження, а саме: наявність магнітного потоку залишкового магнетизму Фмл, який має складати 2...5% від номінального магнітного потоку генератора Фн»,; збіг по напрямку магніторушійної сили обмотки збудження F»=l» «ь, яка створює магнітний потік збудження Ф, при проходженні струму І* через обмотку збудження, та магніторушійної сипи залишкового магнетизму Р м л , виконання умови R, < R«pS. т.ч. не перебільшування опору критичного значення R«p, кола збудження. Цей спосіб збудження електричного генератора з обмоткою збудження не потребує використання зовнішнього джерела постійного струму. Але при його реалізації напруга обмотки збудження не може бути вищою за напругу на затискачах генератора, що не дозволяє забезпечити досягнення генератором повної потужності у розширеному діа пазоні робочих частот обертання якоря, включаючи МІНІМаЛЬНО ПРИПУСТИМІ ЗНачеННЯ Пщіп. Умови руху транспортного засобу впливають на швидкість обертання колінчатого валу двигуна шасі і 'визначають частоту обертання якоря генератора, що найчастіше є нижче nmm. Проведені дослідження показали, що під час руху транспортного засобу на 500 км марші частота обертання колінчатого вала основного двигуна шасі, який призводить до обертання генератор, до 43 % загального часу знаходиться в зоні таких частот обертання, при яких генераторна установка не в змозі вийти на максимальну потужність, що має віддаватися при зазначеній напрузі. Це призводить до підвищеного ррзряду штатних акумуляторних батарей, які працюють паралельно з генератором на спільне навантаження, а також до зниження ймовірності безперебійної та ефективної роботи електричних приладів та систем. . Таким чином для того, щоб підвищити кратність регулювання напруги генератора по частоті ОберТІВ ЙОГО ЯКОрЯ Kr = - 2 3 a 2 L (ДЄ Птах - МЗКСИМЗЛЬ на частота обертання якоря генератора; Птіп - мінімальна частота обертання якоря генератора, при якій є необхідність введення у коло збудження додаткового опору для стабілізації напруги) і тим самим розширити робочий діапазон частот, при яких генератор віддає повну потужність, необхідно створення та застосування нового способу збуд~ ження генератора, який характеризується можливістю підвищення напруги обмотки збудження при зниженні обертів якоря генератора або під час роботи приймачів електричної енергії з підвищеним навантаженням. Суть винаходу. Спосіб збудження електричного генератора з обмоткою збудження, який полягає в живленні копа збудження, що приєднано паралельно навантаженню, від обмотки якоря генератора, і відрізняється тим, що від обмотки якоря генератора електрична енергія низької напруги перетворюється вольтозбільшуючим пристроєм, що приєднано паралельно навантаженню, в електричну енергію з підвищеною напругою і подається для живлення його кола збудження. У основу винаходу поставпено задачу удосконалення способу збудження електричного генератора з обмоткою збудження шляхом включення в коло збудження вольтозбільшуючого пристрою, забезпечуючи при цьому підвищення напруги на обмотці збудження за рахунок електричної енергії, вироблюваної на затискачах генератора. Основними ознаками даного способу збудження електричного генератора з обмоткою збудження є: 1. Наявність обмотки збудження 2. Виконання умов самозбудження, а саме: наявність магнітного потоку залишкового магнетизму Фзал, який має складати не менше 2...5% від номінального магнітного потоку генератора Фмо*; збіг по напрямку магніторушійної сипи обмотки збудження Fs = Ь bh, яка створює магнітний потік збудження Ф 3 , при проходженні струму І, крізь обмотку збудження, та магніторушійної сили залишкового магнетизму F ^ ; виконання умови R» < R«p.,, I 35448 т.ч. не перебільшення критичного значення FWs опору кола збудження. 3. Наявність вольгозбільшуючого пристрою' в колі збудження або регулятора напруги генератора, заснованому на вольтозбільшуючому пристрої, що являється відмінною ознакою даного способу збудження, на який поширюється правова охорона. Застосування даного способу дозволить досягти ефекту віддачі генератором максимальної потужності при розширеному діапазоні робочих частот обертання якоря, а також дозволить уточнити методику розрахунку і вдосконалити конструктивне виконання електричних генераторів з обмоткою збудження Зміни в конструктивному виконанні генератора будуть полягати у застосуванні обмотки збудження, розрахованої на напругу, яка перевищує напругу живлення зовнішнього навантаження, що дозволить підвищити магнітний потік збудження електричної машини, а також в Покращанні системи охолодження генератора Технічний результат, одержуваний при використанні даного способу збудження, дозволить підтримувати напругу збудження генератора вищою за напругу на його затискачах. Досягнення такого технічного результату отримується завдяки наявності обмотки збудження генератора, виконання умов- його самозбудження і наявність вольгозбільшуючого пристрою у колі збудження. Причинно-наслідковий зв'язок сукупності ознак способу збудження електричного генератора з вольтозбільшуючим пристроєм у колі збудження і технічного результату досягається шляхом використання електричної енергії низької напруги, одержуваної на затискачах генератора в процесі самозбудження, для збільшення и напруги за допомогою вольтозбільшуючого пристрою, включеного в коло збудження з метою забезпечення подачі на обмотку збудження електроенергії підвищеної напруги. Електричний генератор з обмоткою збудження має залишковий магнітний потік статора. При обертанні якоря генератора у залишковому магнітному потоці на його затискачах генерується електроенергія. Внаслідок цього, підключений до генератора паралельно навантаженню, вольтозбільшуючий пристрій перетворює отриману електроенергію у електроенергію з вищим рівнем напруги і подає її у коло збудження. В результаті цього у колі збудження потече струм, який утворить свій магнітний потік Якщо направлення залишкового магнітного потоку і магнітного потоку, створеного обмоткою збудження, співпадають, відбувається збільшення магнітного потоку, що призведе до зростання напруги генератора. Напруга генератора знов підвищується вольтозбільшуючим пристроєм і подається у коло збудження. Так зростання струму збудження і магнітного потоку буде відбуватися, доки генератор не врівноважиться. Вольтозбільшуючий пристрій у колі збудження споживає електроенергію потужністю Р,*,, еквівалентною тій, що використовує для збудження генераторної установки Р*, але напруга на його вході U r менша: або дорівнює напрузі на його виході U * (7) У електричного генератора обмотка збудження є активним опором, що змінюється тільки пщ впливом температури Тому за законом Ома (6) струм 1,6, що проходить крізь обмотку збудження і формує магнітний потік машини, прямо пропорційний напрузі генератора Ur і обернено пропорційний опору обмотки збудження R* На низьких частотах обертання генера орна установка виробляє електроенергію, яка характеризується низькою напругою. Вольтозбіпьшуючий пристрій використовує цю електроенергію і перетворює її у електроенергію з підвищеною напругою, що дає змоіу збільшити струм збудження генератора і підвищити магнітний потік машини Цей ефект особливо цінний при збільшенні опору обмотки збудження генератора у разі її нагрівання, коли для досягнення максимального струму збудження є необхідність збільшення напруги збудження генератора пропорційно збільшенню опору обмотки збудження. Такого ефекту можна досягти тільки при застосуванні запропонованого способу збудження електричних генераторів ' При створенні регулятора на основі запропонованого способу збудження супутнім ефектом буде усунення пульсацій у колі збудження, шо Істотно підвищує якість вироблюваної електроенергії, розширить діапазон робочих частот обертання якоря генератора при віддачі максимальної потужності і покращує масогабаритні показники генератора На фіг 1 зображено схему збудження електричного генератора з паралельною обмоткою збудження На фіг 2 зображено схему збудження електричного генератора з вольтозбільшуючим пристроєм у колі збудження Можливість підвищення напруги збудження відносно напруги, вироблюваної на затискачах генератора, забезпечено включенням у коло збудження вольтозбільшуючого пристрою або регулятора на його принципі дії. Вольтозбільшуючий пристрій може бути заснованим на різній фізичній основі, тобто електромашинні перетворювачі, статичні перетворювачі і т.і. * При застосуванні статичного перетворювача електрична енергія постійного струму за допомогою інвертора перетворюється у електроенергію змінного струму, напруга якого підвищується за допомогою трансформатора. Отримана таким чином електроенергія змінного струму за допомогою діодного мосту знову перетворюється у електроенергію постійного струму, яка характеризується вищим рівнем напруги. Інші методи перетворення електроенергії статичними перетворювачами наведено у науковому виданні (Вентильные преобразователи переменной структуры / Тонкаль В Е., Руденко B.C., Жуйков В.Я. и др.; Отв. ред. Шидловский А.К; АН УССР. Ин-т электродинамики. - Киев: Наук. Думка, 1989. 336 с. - ISBN 5-12-000885-2). При обертанні якоря генератора в умовах самозбудження за рахунок залишкового магнетизму статора на затискачах генератора генерується v 35448 напруга Коли напруга досягає рівня спрацювання вольтозбільшуючого пристрою, підключеного паралельно до навантаження, електроенергія низької напруги на затискачах генератора перетворюється у електроенергію підвищеної напруги і подається на обмотку збудження, у результаті чого відбувається підсумовування залишкового магнітного потоку Фі«л і магнітного потоку, створеного обмоткою збудження Ф, Це призводить до стрімкого росту напруги генератора. Зростання напруги генератора відбуває гься до моменту насичення магнітної системи генератора. 03 Ur RH ФІГ. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. ГагарЫа, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03