Электромашинный высоковольтный источник

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве электромашинного источника постоянного тока.

Источник содержит станину статора, блок полюсов, обмотку якоря, разделенную на катушки, каждая из которых размещена на соответствующем полюсе, схему выпрямления, шины постоянного тока и ротор с постоянными магнитами, при этом блок полюсов размещен равномерно по всей внутренней поверхности развертки станины в виде рядов, причем число полюсов в любом ряду по длине развертки станины равно m, а число рядов по высоте развертки равно n; схема выпрямления выполнена из m однофазных мостовых выпрямителей; катушки полюсов любого ряда соединены последовательно и согласно и образуют последовательную цепь, подключенную к входу соответствующего однофазного мостового выпрямителя, причем минусовой выход первого из указанных выпрямителей подключен к минусовой клемме, а плюсовой выход n-го выпрямителя соединен с плюсовой клеммой шин постоянного тока, при этом выходы указанных выпрямителей между первым и последним соединены последовательно.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве электромашинного источника постоянного тока.

Известен электромашинный источник постоянного тока, имеющий конструкцию, подобную конструкциям обычных синхронных генераторов со стандартной магнитной системой, содержащий сам генератор, выпрямитель, к выходу которого подключена нагрузка [1]. Данный генератор имеет компактную схему, что предопределило его применение в различных отраслях техники, однако качество выпрямленного напряжения невысокое из-за больших значений коэффициента пульсаций.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является электромашинный генератор постоянного тока, содержащий полюсы статора, обмотку якоря и ротор с постоянными магнитами, причем полюсы крепятся к станине статора, обмотка якоря разделена на катушки, каждая из которых размещена на соответствующем полюсе [2]. Данный генератор отличается повышенным качеством выпрямленного напряжения, однако уровень выходного напряжения невысок, ввиду малого числа полюсов и малого числа витков в катушках обмотки якоря.

Требуемый технический результат заключается в повышении уровня выходного напряжения.

Требуемый технический результат достигается тем, что в электромашинном высоковольтном источнике, содержащим станину статора, блок полюсов, закрепленных на станине, обмотку якоря, разделенную на катушки, каждая из которых размещена на соответствующем полюсе, схему выпрямления, подключенную к обмотке якоря и соединенную с шинами

постоянного тока и ротор с постоянными магнитами, блок полюсов размещен равномерно по всей внутренней поверхности развертки станины в виде рядов, при этом число полюсов в любом ряду по длине развертки станины равно m, где m=1, 2, 3, ..., а число рядов по высоте развертки станины равно n, где n=1, 2, 3, ...; схема выпрямления выполнена из n однофазных мостовых выпрямителей; катушки одноименных полюсов всех рядов соединены последовательно и согласно и образуют последовательную цепь, подключенную к входу соответствующего однофазного мостового выпрямителя, причем минусовой выход первого из указанных выпрямителей подключен к минусовой клемме, а плюсовой n-го выпрямителя соединен с плюсовой клеммой шин постоянного тока, при этом выходы указанных выпрямителей между первым и последним соединены последовательно.

На фиг.1 представлена схема размещения блока полюсов на внутренней поверхности развертки станины статора. На фиг.2 показана схема включения катушек полюсов первых трех рядов обмотки якоря.

Источник содержит (фиг.1) станину статора 1, блок полюсов 2, состоящий из n рядов, где n=1, 2, 3, ..., в каждом из которых m полюсов, размещенных по длине развертки станины (2-1, 2-2, ..., 2-m), на каждом из которых размещены катушки полюсов w ₁, w₂, ...,w_n обмотки якоря 3, образующие последовательные цепи: 3-1, 3-2, 3-3 (фиг.2), схему выпрямления 4, содержащую однофазные мостовые выпрямители: 4-1, 4-2, 4-3 и шины постоянного тока 5 с минусовой клеммой 5-1 и плюсовой клеммой 5-2, причем последовательная цепь 3-1 образована при последовательном и согласном включении катушек w₁, w₂, ..., w _n первых полюсов 2-1 каждого из рядов и соединена с входом однофазного мостового выпрямителя 4-1 схемы выпрямления 4; последовательная цепь 3-2 образована при соединении катушек w₁ , w_2, ..., w_n вторых полюсов 2-2 каждого ряда и соединена с входом однофазного мостового выпрямителя 4-2 схемы выпрямления 4 и последовательная цепь 3-3 образована при последовательном и согласном соединении катушек w₁, w₂, ..., w _n третьих

полюсов 2-3 каждого ряда и соединена с входом однофазного мостового выпрямителя 4-3 схемы выпрямления 4, причем минусовой выход выпрямителя 4-1 соединен с минусовой клеммой 5-1, плюсовой выход выпрямителя 4-3 соединен с плюсовой клеммой 5-2 шин постоянного тока 5, плюсовой выход выпрямителя 4-1 соединен с минусовым выходом 4-2, плюсовой выход выпрямителя 4-2 соединен с минусовым выходом выпрямителя 4-3, т.е. все выпрямителя соединены между собой последовательно.

Если считать, что ЭДС одной катушки равно е_w, а рядов только три, то ЭДС любой последовательности цепи будет равна

Если число рядов будет равно n, то ЭДС цепи будет равна

В соответствии со схемой, показанной на фиг.2 выходное значение ЭДСe_вых можно найти по формуле

где e_ц1 - ЭДС катушек первых полюсов;

e_ц2 - ЭДС катушек вторых полюсов;

e_ц3 - ЭДС катушек третьих полюсов.

Источник работает следующим образом. При вращении ротора с постоянными магнитами во всех катушках w ₁, w₂, ..., w_mn обмотки якоря 3, расположенных на полюсах рядов 1 ... n, возникнут ЭДС, при этом ее суммарная величина определяется по формуле (2). Под действием указанной ЭДС на входе (не обозначено) схемы выпрямления 4 появиться напряжение, которое выпрямляется и поступает на шины постоянного тока 5. Переходя от мгновенных значений ЭДС к действующим, запишем значение ЭДС i-ой катушки

где f - частота ЭДС; w_i - число витков катушки i-го полюса; Ф - магнитный поток, создаваемый ротором с постоянными магнитами.

При числе катушек n в любой последовательной цепи и числе полюсов в каждом ряду равным m, находим, что общее число витков обмотки якоря 3 будет равно

а действующее значение ЭДС обмотки определяется по формуле

Переходя от ЭДС обмотки к действующему значению напряжения обмотки U_об, имеем

где U - падение напряжения на всех участках всех последовательных цепей обмотки якоря 3.

Учитывая, что коэффициент схемы выпрямления 4 по напряжению равен К_схv=0,9 можно найти значение выпрямленного напряжения U _d, т.е. напряжение на шинах постоянного тока 5,

Таким образом, увеличивая число полюсов на поверхности развертки станины статора и увеличивая число витков катушки каждого из полюсов можно получить требуемое значение постоянного напряжения в диапазоне от сотен вольт до киловольт, чем и достигается постоянный требуемый результат.

Источники, принятые во внимание

[1]. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М., ВШ., 1982, стр.114, рис.3.2.

[2]. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. М., Энергоатомиздат., 1988, стр.28, рис.1.24.

Электромашинный высоковольтный источник, содержащий станину статора, блок полюсов, закрепленных на станине, обмотку якоря, разделенную на катушки, каждая из которых размещена на соответствующем полюсе, схему выпрямления, подключенную к обмотке якоря и соединенную с шинами постоянного тока, и ротор с постоянными магнитами, отличающийся тем, что блок полюсов размещен равномерно по всей внутренней поверхности развертки станины в виде рядов, при этом число полюсов в любом ряду по длине развертки станины равно m, где m=1, 2, 3, ..., а число рядов по высоте развертки станины равно n, где n=1, 2, 3, ...; схема выпрямления выполнена из n однофазных мостовых выпрямителей, катушки одноименных полюсов всех рядов соединены последовательно и согласно и образуют последовательную цепь, подключенную к входу соответствующего однофазного мостового выпрямителя, причем минусовой выход первого из указанных выпрямителей подключен к минусовой клемме, а плюсовой n-го выпрямителя соединен с плюсовой клеммой шин постоянного тока, при этом выходы указанных выпрямителей между первым и последним соединены последовательно.