Устройство бесконтактного возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов

Предлагаемое устройство относится к области систем возбуждения электрических машин и может быть использована для реверсивного бесконтактного возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов. В исходном положении выводы преобразователей частоты 1 и 2 соединены с обмотками индукторов 3 и 4, которые через электромагнитный поток магнитопровода индуктора соединены с витками якорей 5 и 6 жестко закрепленных на вращающемся вале ротора 7 с помощью диэлектрических креплений якорей 8 и 9, причем узлы соединения витков обмотки якорей 10 и 11 соединены с выводами обмоток возбуждения. От преобразователей частоты 1 и 2 электропитание подводится к индукторам машин постоянного тока бесконтактной системы возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов 3 и 4, причем их обмотки намотаны таким образом, что в индукторах образуется магнитный поток, направленный по отношению к виткам якоря системы возбуждения 5 и 6 в одном направлении, что при вращении вала ротора 7 обеспечивает наведение в них ЭДС с показателями, пропорциональными выходным параметрам преобразователя частоты, далее напряжение образуемое этими ЭДС подается от узлов соединения витков обмотки якоря 10 и 11 к соответствующим обмоткам возбуждения.

Полезная модель относится к области систем возбуждения электрических машин и может быть использована для реверсивного бесконтактного возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов.

Известно устройство для электропитания обмоток возбуждения асинхронитзированных синхронных генераторов, содержащее преобразователь частоты напряжения питающей сети в требуемую частоту и щеточный контактный узел, состоящий из неподвижных графитовых контактных щеток, прижатых с помощью пружин к вращающимся контактным кольцам, к которым подсоединены обмотки возбуждения [1].

Недостаток известного устройства состоит в том, что со временем происходит износ графитовых щеток о контактные кольца, что приводит к отказу системы возбуждения и генератора в целом.

Наиболее близким к предлагаемому устройству известным техническим решением является устройство бесконтактного возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов, содержащее неподвижный преобразователь частоты питающего напряжения, который соединен с двумя последовательно соединенными неподвижными возбудителями двух вспомогательных машинам двойного питания, якоря которых, расположенные на вращающемся валу, также электрически соединены, причем выводы четырех обмоток первого якоря соединенных в узел, соединены с серединами четырех обмоток второго якоря, причем каждая обмотка второго якоря с обоих сторон последовательно соединена с управляемыми ключевыми элементами переменного тока, представляющие собой полупроводниковый демодулятор, которые соединены с двумя первыми выводами двух обмоток возбуждения, вторые выводы которых соединены в узел который соединен с узлом соединения обмоток первого якоря [2].

Недостаток прототипа заключается в том, что вспомогательные машины двойного питания вырабатывают переменное напряжение, поэтому на роторе установлен полупроводниковый демодулятор с управляемыми ключевыми элементами переменного тока, в связи с чем увеличиваются потери на двойное преобразование электрической энергии, и усложняется регулирование подобной системой возбуждения.

Целью полезной модели является увеличение надежности, уменьшение потерь на преобразование и облегчение управления бесконтактных систем возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов за счет исключения из схемы возбуждения вращающегося полупроводникового демодулятора с управляемыми ключевыми элементами переменного тока и замены вспомогательных машин двойного питания на две одинаковые электрические машины постоянного тока питающие каждая свою обмотку,

выходные параметры которых пропорциональны выходным параметрам питающих их преобразователей частоты.

Сущность полезной модели состоит в том, что, кроме известных и общих отличительных признаков, а именно: преобразователя частоты и обмоток возбуждения асинхронизированного синхронного генератора, устройство для бесконтактного возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов, содержит две одинаковые электрические машины постоянного тока, выходные параметры которых пропорциональны выходным параметрам питающих их преобразователей частоты, каждая из которых состоит из неподвижной части - индуктора, представляющего собой группу С-образных магнитопроводов с воздушными зазорами и намотанной на них обмоткой подключенной к выводу преобразователя частоты и подвижной части - якоря, расположенного на роторе генератора, представляющего собой обмотку типа «беличья клетка», которая состоит из жесткого каркаса и продольной обмотки, закрепленной на нем, продольная обмотка представляет собой изолированные друг от друга и от каркаса проводники, которые с обеих сторон соединены в узлы, которые соединены с выводами обмотки возбуждения, причем одна сторона якоря закреплена на роторе с помощью крепления из диэлектрического материала, а другая сторона имеет возможность вращения в воздушном зазоре магнитопроводов индуктора, одни полюса которых расположены между телом ротора и вращающейся обмоткой, а другие полюса - с внешней стороны обмотки, причем обмотка на магнитопроводах индуктора намотана таким образом, что вектор магнитной индукции на всех магнитопроводах индуктора направлен в зависимости от направления тока, зависящего от выходных параметров преобразователя частоты, в одну сторону по отношению ко всем виткам обмотки якоря, в направлении к валу, либо наоборот.

Новизна полезной модели заключается в том, что предлагаемое устройство для бесконтактного возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов, содержит две одинаковые электрические машины постоянного тока, каждая из которых состоит из неподвижной части -индуктора, представляющего собой группу С-образных магнитопроводов с воздушными зазорами и намотанной на них обмоткой подключенной к выводу преобразователя частоты и подвижной части - якоря, расположенного на роторе генератора представляющего собой обмотку типа «беличья клетка», которая состоит из жесткого каркаса и продольной обмотки, закрепленной на нем, продольная обмотка представляет собой изолированные друг от друга и от каркаса проводники, которые с обеих сторон соединены в узлы, которые соединены с выводами обмотки возбуждения, причем одна сторона якоря закреплена на роторе с помощью крепления из диэлектрического материала, а другая сторона имеет возможность вращения в воздушном зазоре магнитопроводов индуктора, одни полюса которых расположены между телом ротора и вращающейся обмоткой, а другие полюса - с внешней стороны обмотки, причем обмотка на магнитопроводах индуктора намотана таким образом, что вектор магнитной индукции на всех магнитопроводах индуктора направлен в зависимости от направления тока, зависящего от выходных

параметров преобразователя частоты, в одну сторону по отношению ко всем виткам обмотки якоря.

Конструктивное оформление предлагаемого устройства проиллюстрировано на рисунке, где обозначено:

1 и 2 - преобразователи частоты;

3 и 4 - индукторы машин постоянного тока;

5 и 6 - якоря машин постоянного тока;

7 - вал ротора;

8 и 9 - диэлектрические крепления якорей;

10 и 11 - узлы соединения витков обмотки якорей.

В исходном положении выводы преобразователей частоты 1 и 2 соединены с обмотками индукторов 3 и 4, которые через электромагнитный поток магнитопровода индуктора соединены с витками якорей 5 и 6 жестко закрепленных на вращающемся вале ротора 7 с помощью диэлектрических креплений якорей 8 и 9, причем узлы соединения витков обмотки якорей 10 и 11 соединены с выводами обмоток возбуждения.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

От преобразователей частоты 1 и 2 электропитание подводится к индукторам машин постоянного тока бесконтактной системы возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов 3 и 4, причем их обмотки намотаны таким образом, что в индукторах образуется магнитный поток, направленный по отношению к виткам якоря системы возбуждения 5 и 6 в одном направлении, что при вращении вала ротора 7 обеспечивает наведение в них ЭДС с показателями, пропорциональными выходным параметрам преобразователя частоты, далее напряжение образуемое этими ЭДС подается от узлов соединения витков обмотки якоря 10 и 11 к соответствующим обмоткам возбуждения.

Электродвижущая сила, индуцируемая в якорях машин постоянного тока бесконтактной системы возбуждения, зависит от ее конструктивных особенностей (конструкции якоря и индуктора), параметров электрической энергии на выходе преобразователя частоты и частоты вращения вала ротора, что однозначно описывается соответствующими физическими законами [1].

Промышленная осуществимость предлагаемой полезной модели обосновывается на том, что в ней используются известные в аналоге и прототипе по своему функциональному назначению элементы: преобразователь частоты и обмотки возбуждения асинхронизированного синхронного генератора. Магнитопроводы индуктора и якорей машин постоянного тока имеют свои аналоги в промышленности.

Положительный эффект от использования полезной модели обосновывается тем, что за счет уменьшения функциональных узлов в предполагаемой полезной модели по сравнению с прототипом, увеличивается надежность системы возбуждения и генератора в целом, уменьшаются потери на преобразование электроэнергии, упрощается регулирование системой возбуждения и снижается стоимость производства.

Литература:

1. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Высш. шк., 2004, 607 с.

2. Бочаров В.В., Гершберг B.C., Вольский С.И. Автономная система генерирования с бесконтактной машиной двойного питания с высоким качеством электроэнергии. В сб.: Информационно-измерительные системы и их использование в управлении летательным аппаратом. - Л.: 1988, стр.84-88.

Устройство для бесконтактного возбуждения асинхронизированных синхронных генераторов, содержащее преобразователи частоты и обмотки возбуждения асинхронизированного синхронного генератора, отличающееся тем, что дополнительно содержит две одинаковые электрические машины постоянного тока, выходные параметры которых пропорциональны выходным параметрам питающих их преобразователей частоты, каждая из которых состоит из неподвижной части - индуктора, представляющего собой группу С-образных магнитопроводов с воздушными зазорами и намотанной на них обмоткой, подключенной к выводу преобразователя частоты, и подвижной части якоря, расположенного на роторе генератора, представляющего собой обмотку типа "беличья клетка", которая состоит из жесткого каркаса и продольной обмотки, закрепленной на нем, продольная обмотка представляет собой изолированные друг от друга и от каркаса проводники, которые с обеих сторон соединены в узлы, которые соединены с выводами обмотки возбуждения, причем одна сторона якоря закреплена на роторе с помощью крепления из диэлектрического материала, а другая сторона имеет возможность вращения в воздушном зазоре магнитопроводов индуктора, одни полюса которых расположены между телом ротора и вращающейся обмоткой, а другие полюса - с внешней стороны обмотки, причем обмотка на магнитопроводах индуктора намотана таким образом, что вектор магнитной индукции на всех магнитопроводах индуктора направлен в зависимости от направления тока, зависящего от выходных параметров преобразователя частоты, в одну сторону по отношению ко всем виткам обмотки якоря, в направлении к валу либо наоборот, это позволяет индуцировать в якоре ЭДС, параметры которой пропорциональны выходным параметрам преобразователя частоты, что позволяет за счет уменьшения функциональных узлов по сравнению с прототипом, увеличить надежность системы возбуждения и генератора в целом, уменьшить потери на преобразование электроэнергии, упростить регулирование системой возбуждения и снизить стоимость производства.