Синхронний генератор з комбінованим збудженням

Реферат: Винахід належить до галузі електротехніки і може бути використаний в синхронних генераторах, збудження яких відбувається за рахунок спільної дії постійних магнітів і електромагнітних обмоток збудження. В синхронному генераторі з комбінованим збудженням, що має статор з магнітопроводом і обмоткою, ротор з постійними магнітами, намагніченими в радіальному напрямі, які встановлені на маточині, електромагніт з обмоткою збудження, магнітопровід якого нерухомо розміщений на елементах статора і вісь його співпадає з віссю ротора, маточина має різновеликі виступи, більші по висоті виступи зовнішньою поверхнею формують діаметр ротора, на менших - змонтовані магніти, полярність яких однойменна до розточки статора, при цьому виступи різної висоти чергуються між собою по колу зовнішнього діаметра ротора, а магнітопроводи статора і електромагніту зв'язані між собою феромагнітними елементами. UA 99684 C2 (12) UA 99684 C2 UA 99684 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі електротехніки і може бути використаний в синхронних генераторах, збудження яких відбувається за рахунок спільної дії постійних магнітів і електромагнітних обмоток збудження. Відомий синхронний генератор з комбінованим збудженням, що має статор з магнітопроводом і обмоткою, ротор з постійними магнітами, намагніченими в радіальному напрямі, які встановлені на маточині, електромагніт з обмоткою збудження, магнітопровід якого нерухомо розміщений на елементах статора і вісь його співпадає з віссю ротора [1, С. 38]. В даному генераторі магнітопровід електромагніту виконує роль шунта для потоків розсіювання постійних магнітів, що проходять через полюсні башмаки. Стабілізація вихідної напруги відбувається за рахунок потоків збудження. При цьому потоки розсіювання постійних магнітів в магнітопроводі електромагніту здійснюються за рахунок зміни магнітно-рушійної сили (МРС) обмотки електромагніту. Недоліком аналога є складність конструкції, викликана необхідністю підтримання цілого ряду повітряних зазорів як між статором і ротором, магнітопроводом електромагніту і валом, а також магнітопроводом електромагніту і полюсними башмаками. Це, крім складності, призводить до підвищених енергетичних витрат через велику кількість повітряних зазорів на шляху потоку котушки електромагніту. Крім того, такий генератор має низький діапазон регулювання напруги, так як для регулювання використовується не основний магнітний потік постійних магнітів, а лише потоки розсіювання в сторону їх зменшення, а дія МРС обмотки електромагніту після компенсації потоків розсіювання обмежена розмірами полюсних башмаків. Відомий синхронний генератор з комбінованим збудженням, що має статор з магнітопроводом і обмоткою, ротор з постійними магнітами, намагніченими в радіальному напрямі, які встановлені на маточині, електромагніт з обмоткою збудження, магнітопровід якого нерухомо розміщений на елементах статора і вісь його співпадає з віссю ротора [1, С. 40]. Даний генератор має конструкцію, аналогічну побудові генератора, вибраного за аналог, і має такі ж недоліки. В основу винаходу поставлена задача спрощення конструкції і збільшення діапазону регулювання напруги синхронного генератора з комбінованим збудженням. Поставлена задача вирішується тим, що в синхронному генераторі з комбінованим збудженням, що має статор з магнітопроводом і обмоткою, ротор з постійними магнітами, намагніченими в радіальному напрямі, які встановлені на маточині, електромагніт з обмоткою збудження, магнітопровід якого нерухомо розміщений на елементах статора і вісь його співпадає з віссю ротора, маточина має різновеликі виступи, більші по висоті виступи зовнішньою поверхнею формують діаметр ротора, на менших - змонтовані магніти, полярність яких однойменна до розточки статора, при цьому виступи різної висоти чергуються між собою по колу зовнішнього діаметра ротора, а магнітопроводи статора і електромагніту зв'язані між собою феромагнітними елементами. В порівнянні з прототипом, запропонований синхронний генератор з комбінованим збудженням відрізняється наявністю таких ознак: - маточина має різновеликі виступи; - більші по висоті виступи формують діаметр ротора; - більші по висоті виступи формують діаметр ротора зовнішньою поверхнею; - на менших виступах змонтовані магніти; - полярність магнітів однойменна до розточки статора; - виступи різної висоти чергуються між собою; - чергування виступів відбувається по колу зовнішнього діаметра ротора; - магнітопроводи статора і електромагніту зв'язані між собою; - зв'язок магнітопроводів статора і електромагніту здійснюється за допомогою феромагнітних елементів. Всі вищезгадані ознаки є суттєвими, кожна окремо і в сукупності забезпечують досягнення поставленої мети. Суть винаходу пояснюється кресленнями. На фіг. 1, 2, 3 показано подовжній розріз генератора по більшому по висоті виступу маточини (варіанти виконання), на фіг. 4 - перетин ротора для 4-полюсного генератора, на фіг. 5 - перетин ротора для 6-полюсного генератора, на фіг. 6 - перетин маточини для 4-полюсного генератора; на фіг. 7 - перетин маточини для 6полюсного генератора; на фіг. 8 - перетин генератора. Синхронний генератор з комбінованим збудженням має статор 1 з магнітопроводом 2 і обмоткою 3. Всередині статора 1 в підшипникових вузлах 4 розташований ротор 5. Ротор 5 складається з вала 6, на якому змонтована маточина 7. Можливе виконання вала 6 і маточини 7 суцільним. На маточині 7 встановлені постійні магніти 8, які намагнічені в радіальному напрямі. 1 UA 99684 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На конструктивних елементах статора 1 (в нашому випадку на підшипниковому вузлі 4) змонтовано електромагніт 9 з обмоткою збудження 10. Магнітопровід 11 електромагніту 9 розміщений на елементах статора 1 нерухомо, вісь його співпадає з віссю ротора 5. Маточина 7 має різновеликі виступи 12. Більші 13 по висоті виступи 12 своєю зовнішньою поверхнею 14 формують діаметр ротора Dp, на менших 15 виступах 12 змонтовані магніти 8. Полярність магнітів 8, розташованих на всіх менших 15 виступах, до розточки 16 статора 1 однойменна, тобто всі магніти 8 відносно розточки статора мають (в варіанті, зображеному на фіг. 4, 5) полярність N. Над магнітами 8 можуть бути встановлені полюсні башмаки 17, зовнішня поверхня 18 яких виконана по діаметру ротора Dp. При відсутності полюсних башмаків 17 зовнішня поверхня магнітів 8 виконується по діаметру ротора D p. Виступи 12 маточини 7 різної висоти - більші 13 і менші 15, чергуються між собою по колу зовнішнього діаметра ротора Dp. Кріплення магнітів 8 з полюсними башмаками 17 (і при відсутності останніх) з виступами 13 в єдину конструкцію ротора 5 здійснюється за допомогою вставок 19, виконаних з немагнітного матеріалу. Магнітопровід 2 статора 1 і магнітопровід 11 електромагніту 9 зв'язані між собою феромагнітними елементами. Так, для генератора (фіг. 1), корпус 20 статора 1 і підшипниковий вузол 4 якого виконані з феромагнітного матеріалу (сталь, чавун), вказані елементи забезпечують їх магнітний зв'язок: для генератора (фіг. 2), корпус 20 статора 1 і підшипниковий вузол 4 якого виконані з немагнітних матеріалів (алюміній і ін.), для забезпечення магнітного зв'язку між ними служать феромагнітні кільце 21 і диск 22, а для генератора (фіг. 3), корпус 20 статора 1 якого виконаний з немагнітного матеріалу (алюміній і ін.), а підшипниковий вузол 4 виконаний з феромагнітного матеріалу (сталь, чавун), магнітний зв'язок між магнітопроводами забезпечується за допомогою феромагнітного кільця 23. Параметри кілець 21, 23 і диска 22 (діаметри, товщини і т.п.) визначається при електромагнітних розрахунках. В зібраному стані генератора (фіг. 8) магнітний потік Ф пм постійних магнітів 8, розташованих на менших 15 по висоті виступах 15 маточини 7, замикається наступним чином: магніт 8 полюсний башмак 17 - повітряний зазор  - магнітопровід 2 (зубцева зона - ярмо - зубцева зона) - повітряний зазор  - більший 13 по висоті виступ 12 маточини 7 - менший 15 по висоті виступ 12 маточини 7 - магніт 8. За рахунок вищевказаного замикання магнітного потоку постійних магнітів 8 в більших 13 по висоті виступах 12 маточини 7 виникає полярність, протилежна полярності полюсних башмаків 17. Таким чином, на поверхні ротора 5 відносно повітряного зазору 8 напрям магнітного потоку чергується NP-SP-NP-SP (для зображеного на фіг. 8 4полюсного генератора). При обертанні ротора 5 за рахунок дії магнітного поля магнітів 8 в обмотці 3 генератора виникає електрорушійна сила. При подачі постійної напруги на обмотку збудження 10 електромагніту 9 за рахунок дії МРС обмотки збудження 10 виникає магнітний потік ФЕМ електромагніту 9, який замикається наступним чином (для варіанта по фіг. 1): магнітопровід 11 електромагніту 9 - підшипниковий вузол 4 - корпус 20 статора 1 - магнітопровід 2 - повітряний зазор  - більший 13 по висоті виступ 12 маточини 7 - вал 6 - повітряний зазор Е електромагніту - магнітопровід 11 електромагніту 9. Для варіанту по фіг. 2 шлях замикання електромагнітного потоку Ф ЕМ електромагніту 9: магнітопровід 11 електромагніту 9 - диск 22 - кільце 21 - магнітопровід 2 повітряний зазор  - більший 13 по висоті виступ 12 маточини 7 - вал 6 -повітряний зазор Е електромагніту - магнітопровід 11 електромагніту 9. Для варіанту по фіг. 2 шлях замикання електромагнітного потоку ФЕМ електромагніту 9: магнітопровід 11 електромагніту 9 підшипниковий вузол 4 - кільце 23 - магнітопровід 2 - повітряний зазор  - більший 13 по висоті виступ 12 маточини 7 - вал 6 - повітряний зазор Е електромагніту - магнітопровід 11 електромагніту 9. Таким чином, через повітряний зазор  генератора і обмотку 3 замикаються потоки ФПМ і ФЕМ, які складаються, збільшуючи електрорушійну силу генератора. При подачі постійної напруги на обмотку збудження 10 електромагніту 9 зворотної полярності потоки ФПМ і ФЕМ віднімаються, зменшуючи при цьому електрорушійну силу генератору. Таким чином, запропонована конструкція синхронного генератора з комбінованим збудженням має менше повітряних зазорів на шляху магнітних потоків, меншу кількість постійних магнітів ротору, що призводить до значного спрощення побудови генератору, а можливість складання або віднімання потоків магнітів і електромагніту призводить до значного розширення діапазону регулювання вихідної напруги генератора. Дане технічне рішення проходить випробовування на дослідному зразку генератора в лабораторних умовах. 60 2 UA 99684 C2 Джерело інформації: 1. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат., 1988.-220 с: ил. 5 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Синхронний генератор з комбінованим збудженням, що має статор з магнітопроводом і обмоткою, ротор з постійними магнітами, намагніченими в радіальному напрямі, які встановлені на маточині, електромагніт з обмоткою збудження, магнітопровід якого нерухомо розміщений на елементах статора і вісь його співпадає з віссю ротора, який відрізняється тим, що маточина має різновеликі виступи, більші по висоті виступи зовнішньою поверхнею формують діаметр ротора, на менших - змонтовані магніти, полярність яких однойменна до розточки статора, при цьому виступи різної висоти чергуються між собою по колу зовнішнього діаметра ротора, а магнітопроводи статора і електромагніта зв'язані між собою феромагнітними елементами. 3 UA 99684 C2 4 UA 99684 C2 5 UA 99684 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 6