Електричний генератор

Реферат: UA 94191 U UA 94191 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки і може бути використаний в системах регулювання напруги магнітоелектричного генератора. Відомо пристрій [1], який містить ротор з постійних магнітів, магнітопровід статора і кільцевий зубчастий магнітопровід (магнітний шунт). У пазах магнітопроводу статора і кільцевого зубчастого магнітопроводу (шунта) розміщені якірна обмотка і тороїдальна обмотка регулювання. Недоліками пристрою є: - невисока точність стабілізації напруги внаслідок відсутності регулятора напруги; - збільшення обсягу магніту за рахунок відгалуження частини магнітного потоку в шунти. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованого винаходу (прототип) є пристрій [2], що містить синхронний генератор із збудженням від постійних магнітів та вольтододаткову машину, яка магнітно не пов'язана із синхронним генератором, трифазна обмотка якоря якого включається послідовно з обмоткою якоря основного генератора, ротор виконаний у вигляді постійних магнітів. Недоліками пристрою є: - недовикористання електрорушійної сили (ЕРС) обмотки якоря синхронного генератора внаслідок знаходження ЕРС обмотки якоря і вольтододаткової машини в протифазі. Задачею винаходу є зменшення часу перехідного процесу і повне використання ЕРС обмотки якоря синхронного генератора. Задача вирішується розміщенням в генераторі як вольтододаткової машини асинхронної машини з короткозамкненим ротором, яка магнітна не пов'язана із синхронним генератором, трифазна обмотка якоря якого включається послідовно з обмоткою якоря основного генератора, і розміщенням в асинхронній машині обмотки підмагнічування, що одержує живлення від блока регулювання напруги. На Фіг. 1 представлена електрична схема джерела електроживлення. Електричний генератор містить: синхронну 1 і асинхронну машини 2. Генератор, виконаний за класичною схемою, має якір з обмоткою 3, які розмішені в пазах магнітопроводу статора, а індуктор синхронного генератора має радіально намагнічені магніти 4. В одному корпусі з синхронним генератором розміщена асинхронна машина 2, яка є вольтододатком основного генератора. Ротор асинхронної машини має на зовнішній поверхні пази, в якій покладена обмотка у вигляді стрижнів 5, Фіг. 2, короткозамкнених з торців кільцями. Статор асинхронної машини виконаний у вигляді двох порожнистих концентричних циліндрів 9, 10, Фіг. 2. На внутрішній поверхні першого порожнистого циліндра 9, який є магнітним шунтом, виконані осьові пази 11, де намотана тороїдальна обмотка підмагнічування 7. Обмотка підмагнічування 7 отримує живлення від блока регулювання напруги 8. Другий порожнистий циліндр 10 має на зовнішній та внутрішній поверхнях пази 12, 13. У пазах 12 і 13 розміщується розподілена трифазна обмотка 6 тороїдального типу, яка включається послідовно з обмоткою якоря 3 синхронного генератора 1. Число пар полюсів асинхронної машини вибирається таким, щоб частота обертання магнітного поля статора була менше частоти обертання ротора генератора, тобто асинхронна машина працює в генераторному режимі. Магнітопровід 10 статора асинхронної машини, який є магнітним шунтом охоплений тороїдальною обмоткою підмагнічування 7. Ступінь насичення магнітного шунта залежить від величини струму в обмотці підмагнічування 7, який отримує живлення від блока регулювання напруги 8. Обмотка статора 6 асинхронної машини виконана тороїдальною, що дозволяє створити магнітний потік Ф, частина якого буде замикатися через шунт Фш і не брати участь у наведенні генераторної ЕРС. Змінюючи величину магнітного опору шунта за рахунок зміни струму в обмотці підмагнічування 7 можна змінювати величину робочого магнітного потоку Ф раб асинхронної машини, а значить і величину генераторної ЕРС. Робота і процес регулювання напруги синхронного генератора відбувається наступним чином. Основний принцип регулювання напруги полягає у створенні необхідної додаткової електрорушійної сили асинхронної машини, величина якої залежить від струму навантаження генераторної установки. У режимі холостого ходу струм навантаження дорівнює нулю, тому величина вихідної напруги визначається величиною напруги синхронного генератора. При підключенні навантаження по обмотці 3 якоря синхронного генератора і обмотці 6 асинхронної машини протікає струм. В результаті дії реакції якоря синхронного генератора і падіння напруги на обмотках якоря і обмотках асинхронного генератора напруга на навантаженні зменшується (1). Струм, який протікає по обмотці статора 6 асинхронної машини, 1 UA 94191 U створює магніторушійну силу, що обертається в просторі зі швидкістю меншим, ніж швидкість обертання ротора, тобто асинхронна машина працює в генераторному режимі. Це дозволяє індукувати в обмотці статора асинхронної машини електрорушійну силу, яка компенсує зменшення напруги на навантаження, що підтверджується рівнянням генератора: 5        U  Eсг  jI сгd  jI сгq  Eаг  jI сг Rаг  jIX аг , де: E сг - ЕРС синхронного генератора; E аг - ЕРС асинхронної машини; навантаження генератора; I сгd I - струм - повздовжня складова струму синхронного генератора; I сгq поперечна складова струму синхронного генератора; 10 Rаг - активний опір асинхронного генератора; X аг - реактивний опір асинхронного генератора. З векторної діаграми, Фіг. 3, випливає, що збільшення навантаження на генераторі викликає збільшення струму (I ) , що протікає по обмотці асинхронної машини, а значить і величини ЕРС  ( E аг ) , яка компенсує падіння напруги генератора. 15 20 25 У результаті реалізується закон регулювання по збудженню, що дозволяє на порядок зменшити час перехідного процесу при зниженні величини провалу напруги в момент зміни навантаження. Для підвищення точності стабілізації вихідної напруги генератора обмотка підмагнічування 7 асинхронної машини включена на блок регулювання напруги 8. У результаті реалізується закон регулювання за відхиленням. Таким чином, винахід дозволяє за рахунок застосування асинхронної машини, трифазна обмотка якоря якого включена послідовно з обмоткою якоря основного генератора, в повному обсязі використовувати його ЕРС і зменшити час перехідного процесу. Розміщення в асинхронній машині обмотки підмагнічування, що живиться від блока регулювання напруги, забезпечує високу точність підтримки напруги при навантаженні. Джерела інформації: 1. Балагуров В.А., Галтеев P.P. Электрические генераторы с постоянными магнитами. 1988, с. 107. 2. Патент Российской Федерации № 2132107, 1998 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Електричний генератор, що містить синхронний генератор, магнітопровід статора якого має пази з обмоткою якоря, ротор з постійних магнітів, який відрізняється тим, що в одному корпусі з синхронним генератором розміщена асинхронна машина, статор якої виконаний у вигляді двох порожнистих концентричних циліндрів, в пазах першого порожнистого циліндра, що є магнітним шунтом, розміщена тороїдальна обмотка підмагнічування, яка отримує живлення від блока регулювання напруги, в пазах другого порожнистого циліндра покладена розподілена трифазна обмотка тороїдального типу, включена послідовно з обмоткою якоря синхронного генератора, ротор має короткозамкнену обмотку, асинхронна машина працює в режимі генератора. 2 UA 94191 U 3 UA 94191 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4