Бесконтактная система генерирования постоянного тока

Система генерирования постоянного тока предназначена для уменьшения габаритной мощности генератора. Система содержит электрическую машину с [9] якорными обмотками [1÷9], соединенными согласно последовательно (по кольцевой схеме), три трехфазных выпрямительных моста: один на диодах [10÷15], второй на диодах [16÷22], третий на диодах [23÷28]; и два трехфазных трансфильтра [29, 30] соответственно с обмотками [29.1÷29.3] и [30.1÷30.3]. Обмотки [29.1÷29.3] одними своими одноименными по полярности концами объединены и подключены к одному выходному выводу [31] системы генерирования, а обмотки [30.1÷30.3] аналогичным образом подключены ко второму выводу [32] этой системы. Нагрузку [33] подключают к выходным выводам [31], [32] системы. Точки соединения A1, B1, C1 якорных обмоток [3], [6], [9] подключают ко входам одного выпрямительного моста (на диодах [10÷15]); точки соединения А2, В2, C2 якорных обмоток [1], [4], [7] подключают ко входам второго выпрямительного моста (на диодах 16÷22]); а точки A3, B3, C3 соединения якорных обмоток [2], [5], [8] подключают к входам третьего выпрямительного моста (на диодах [23÷28]). Положительные выводы трех выпрямительных мостов подключены к другим одноименным по полярности концам обмоток [29.1÷29.3] одного трансфильтра [29], а отрицательные выводы этих выпрямительных мостов подключены к другим одноименным по полярности концам обмоток [30.1÷30.3] второго трансфильтра [30].

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении систем генерирования постоянного тока повышенной мощности (от сотен КВА до единиц МВА).

Известна система генерирования постоянного тока, описанная в патенте РФ на полезную модель 81011, МПК H02K 21/12, опубл. 27.02.2009. Система содержит генератор с двумя якорными обмотками, одна из которых выполнена по схеме «звезда», а другая по схеме «треугольник», два трехфазных выпрямительных моста и трехфазный двухобмоточный трансформатор тока. По числу витков якорные обмотки различаются в раз. Каждая из этих трехфазных обмоток через обмотки трансформатора тока подключена ко входам одного из двух трехфазных выпрямительных мостов, которые по выходу соединены параллельно. Система генерирования обеспечивает пульсность выпрямленного напряжения m_1Э =12.

Недостатки этой системы заключаются в низком качестве выпрямленного напряжения и низкой технологичности.

Наиболее близкой по технической сущности к полезной модели является система генерирования постоянного тока, описанная в журнале «Электричество» 2, 2014 г. стр. 36, рис 4. Она содержит электрическую машину с девятью якорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 2/9 и образующими три группы трехфазных обмоток, соединенных по схеме «звезда», каждая из которых своими концами подключена ко входам одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, а также трехфазный трансфильтр с тремя магнитосвязанными обмотками, расположенными на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода, три одноименные по полярности вывода каждого из трех выпрямительных мостов подключены к одним концам трех обмоток трансфильтра, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют первый выходной вывод системы генерирования, а три других одноименных по полярности выходных вывода трех выпрямительных мостов объединены и образуют второй выходной вывод этой системы генерирования. Габаритная (расчетная) мощность 9 фазной электрической машины в этой системе генерирования равна S_Wя=K_S·P_d0, где K_S =1,047 - коэффициент преобразования по мощности, отражающий расход активных материалов машины, а, в конечном счете, ее массогабаритные показатели; a P_d0 - мощность нагрузки в цепи постоянного тока.

Недостатком такой системы является завышенная габаритная мощность генератора.

Техническая задача полезной модели заключается в уменьшении габаритной мощности генератора.

Техническим результатом является уменьшение расхода активных материалов (меди и электротехнической стали) на изготовление генератора.

Это достигается тем, что известная система генерирования постоянного тока, содержащая электрическую машину с девятью якорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 2/9 и образующими три группы трехфазных обмоток, каждая из которых одним своим концом подключена ко входам одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, а также трехфазный трансфильтр с тремя магнитосвязанными обмотками расположенными, например, на стержнях трехфазного магнитопровода, один конец каждой из которых подключен к одному одноименному по полярности выходному выводу одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют первый выходной вывод системы генерирования постоянного тока, отличается тем, что она снабжена вторым аналогичным трехфазным трансфильтром, каждая из трех его магнитосвязанных обмоток одним своим концом подключена к другому одноименному по полярности выходному выводу одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют второй выходной вывод системы генерирования постоянного тока, а девять якорных обмоток электрической машины соединены между собой согласно последовательно.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема модифицированного 9 фазного вентильного генератора (ВГ-9КМ) с габаритной мощностью электрической машины S_эм=1,0135·P_d0 , на фиг. 2, фиг. 3 приведены осциллограммы основных процессов в ВГ-9КМ, полученные на основе имитационного компьютерного моделирования.

Система генерирования постоянного тока содержит электрическую машину с 9 якорными обмотками 1÷9, соединенными согласно последовательно (по кольцевой схеме), три трехфазных выпрямительных моста: один на диодах 10÷15, второй на диодах 16÷22, третий на диодах 23÷28; и два трехфазных трансфильтра 29, 30 соответственно с обмотками 29.1÷29.3 и 30.1÷30.3. Обмотки 29.1÷29.3 одними своими одноименными по полярности концами объединены и подключены к одному выходному выводу 31 системы генерирования, а обмотки 30.1÷30.3 аналогичным образом подключены ко второму выводу 32 этой системы. Нагрузку 33 подключают к выходным выводам 31, 32 системы. Точки соединения A1, B1, C1 якорных обмоток 3, 6, 9 подключают ко входам одного выпрямительного моста (на диодах 10÷15); точки соединения A2, B2, C2 якорных обмоток 1, 4, 7 подключают ко входам второго выпрямительного моста (на диодах 16÷22); а точки A3, B3, C3 соединения якорных обмоток 2, 5, 8 подключают к входам третьего выпрямительного моста (на диодах 23÷28). Положительные выводы трех выпрямительных мостов подключены к другим одноименным по полярности концам обмоток 29.1÷29.3 одного трансфильтра 29, а отрицательные выводы этих выпрямительных мостов подключены к другим одноименным по полярности концам обмоток 30.1÷30.3 второго трансфильтра 30.

Бесконтактная система генерирования постоянного тока работает следующим образом

С якорных обмоток 1÷9 электрической машины, работающей в генераторном режиме, снимают девятифазную систему напряжений, последовательно сдвинутых относительно друг друга на угол 2/9. В данной системе напряжений выделены три трехфазные системы напряжений A1, B1, C1; A2, B2, C2; A3, B3, C3, которые также сдвинуты между собой на тот же угол 2/9, и каждую из этих трех систем напряжений подают на входы одного из трех выпрямительных мостов: систему напряжений A1, B1, C1 на входы моста из диодов 10÷15, систему напряжений A2, B2, C2 на входы моста из диодов 16÷22; систему напряжений A3, B3, C3 на входы моста из диодов 23÷28. Выпрямленные напряжения трех мостов имеют одинаковую пульсность шесть, но последовательно сдвинуты между собой по фазе на угол /9. Благодаря трансфильтрам 29, 30 ток нагрузки I_d0 с пульсностью восемнадцать равномерно делится между тремя мостами, а пульсность шесть преобразуется в пульсность восемнадцать.

Принцип работы системы генерирования постоянного тока поясняется осциллограммами на фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 2 показаны линейные i_Л1÷i_Л9 и фазные i_ф1÷i_ф9 токи якорных обмоток 1÷9 генератора; на фиг. 3а - фазные напряжения u_Ф1, u _Ф2 и токи i_Ф1, i_Ф2 двух его соседних якорных обмоток 1, 2; на фиг. 3б - линейный ток i_Л1 и ток i_ТФ1 через одну из трех обмоток 29.1 одного трансфильтра 29; на фиг. 3в - ток I_ТФ1 через обмотку 29.1 трансфильтра 29 и напряжение u_ТФ1 на этой обмотке, а также напряжение u_d(6) с пульсностью 6 на выходе одного из трех выпрямителей и напряжение u_d(18) с пульсностью 18 на выходе системы генерирования постоянного тока, т.е. между выводами 31, 32. Осциллограммы получены при мощности P_d0=10 кВт, f=50 Гц, U_d0=540 B, (U _dmax(6)=565,645 B, U_dmin(6)=489,664 B, U _dmax(18)=542,825 B, U_dmin(18)=534,571 B), габаритная мощность якорных обмоток генератора при этом равна S_я(9)г =9·S_фг=10,18 кВА, что в долях от выходной мощности P_{d0 с}оставляет S_я(9)г=1,017·P _d0. Небольшое расхождение с ранее теоретически полученным результатом S_я(9)г=1,0135·P_do объясняется учетом при моделировании падения напряжения на диодах выпрямительных мостов.

С учетом габаритных мощностей трансфильтров в прототипе и в предложенном решении выигрыш по суммарной установленной мощности оборудования (электрической машины и трансфильтров) снижается до 0,7%, что применительно к приведенному примеру все равно означает существенное ее снижение (в вышеприведенном примере на 7000 ВА). Эффективность от использования полезной модели тем больше, чем на большую мощность она проектируется.

В процессе моделирования выяснилось также следующее преимущество предложенного решения. Искажения фазного тока, то в рассмотренном решении ВГ-9КМ в 1,5 раза меньше, чем в прототипе: коэффициент гармоник тока здесь равен K_Г(i)=11% против K_Г(i) =16%, а ближайшие по частоте 5 и 7 гармоники не превышают 7%, против 5-й - 20% и 7-й - 14,3% в прототипе. Это означает, что потери в якорных обмотках и в стали магнитопровода якоря также будут значительно меньшими.

Использование полезной модели позволяет уменьшить габаритную мощность генератора.

Система генерирования постоянного тока, содержащая электрическую машину с девятью якорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 2/9 и образующими три группы трехфазных обмоток, каждая из которых одним своим концом подключена ко входам одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, а также трехфазный трансфильтр с тремя магнитосвязанными обмотками, один конец каждой из которых подключен к одному одноименному по полярности выходному выводу одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют первый выходной вывод системы генерирования постоянного тока, отличающаяся тем, что она снабжена вторым аналогичным трехфазным трансфильтром, каждая из трех его магнитосвязанных обмоток одним своим концом подключена к другому одноименному по полярности выходному выводу одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют второй выходной вывод системы генерирования постоянного тока, а девять якорных обмоток электрической машины соединены между собой согласно последовательно.