RU2583837C1 - Интегрированный высокотемпературный стартер-генератор и способ управления им - Google Patents
Интегрированный высокотемпературный стартер-генератор и способ управления им Download PDFInfo
- Publication number
- RU2583837C1 RU2583837C1 RU2015100634/07A RU2015100634A RU2583837C1 RU 2583837 C1 RU2583837 C1 RU 2583837C1 RU 2015100634/07 A RU2015100634/07 A RU 2015100634/07A RU 2015100634 A RU2015100634 A RU 2015100634A RU 2583837 C1 RU2583837 C1 RU 2583837C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- starter
- mode
- poles
- shaft
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/02—Details
- H02K21/021—Means for mechanical adjustment of the excitation flux
- H02K21/028—Means for mechanical adjustment of the excitation flux by modifying the magnetic circuit within the field or the armature, e.g. by using shunts, by adjusting the magnets position, by vectorial combination of field or armature sections
- H02K21/029—Vectorial combination of the fluxes generated by a plurality of field sections or of the voltages induced in a plurality of armature sections
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/36—Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам запуска авиационного двигателя и электроснабжения бортовой системы самолета. Стартер-генератор, вал ротора которого выполнен единым с валом газотурбинного двигателя, причем на валу установлены постоянные магниты с чередующимися полярностями и различными допустимыми рабочими температурами, а в пазах статора расположена полюснопереключаемая обмотка. Способ управления интегрированным стартер-генератором состоит в уменьшении числа активных полюсов в режиме работы генератором, тем самым снижая частоту вырабатываемого тока, а в режиме работы стартером в увеличении числа активных полюсов, обеспечивая при этом достаточный пусковой момент, при автоматическом под воздействием температуры размагничивании или намагничивании постоянных магнитов на роторе в зависимости от режима работы стартер-генератора. Технический результат состоит в обеспечении стабильной работы интегрированного стартер-генератора в температурном режиме до 450°C за счет автоматического уменьшения числа полюсов при превышении допустимой рабочей температуры и переходе в режим генератора и, наоборот, увеличении числа полюсов при снижении рабочей температуры ниже допустимой и переходе в режим стартера. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области авиастроения, в частности к устройствам, обеспечивающим запуск авиационного двигателя и электроснабжение бортовой системы самолета.
Известен стартер-генератор [Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 1995. - 303 с.], состоящий из коллекторного двигателя постоянного тока, механической передачи и генератора переменного тока с выпрямителем и обмоткой возбуждения на роторе, присоединенной через контактные кольца к устройству регулирования напряжения генератора, и механически подсоединенный к валу двигателя через ременную передачу. Ротор коллекторного двигателя в стартерном режиме работы соединен механически с маховиком вала двигателя внутреннего сгорания.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции, состоящей из двух электрических машин, и наличие механического редуктора с ременной передачей. Также недостатком является наличие подвижных контактов - щеточно-коллекторного узла и контактных колец, что снижает надежность работы электрической машины в целом и увеличивает потери энергии.
Известно устройство двухскоростного синхронного двигателя с постоянными магнитами [авторское свидетельство СССР №201522, H02K 21/14, 01.01.1967]. Статор двигателя представляет собой статор машины переменного тока традиционного исполнения, в пазах которого расположена распределенная полюснопереключаемая обмотка. Ротор двигателя имеет две полюсные системы, образуемые постоянными магнитами, каждая из которых соответствует определенному числу полюсов обмотки статора и расположены они рядом на одном валу двигателя.
Недостатком данного устройства являются высокие массогабаритные показатели двигателя, обусловленные наличием нескольких полюсных систем ротора.
Известно устройство [патент РФ №2321765, H02N 11/00, 10.04.2008], состоящее из двухфазной вентильно-индукторной машины с электромагнитной асимметрией и силовой части системы управления. Основную обмотку каждой из двух фаз подключают к источнику питания через один транзистор инвертора, а каждую из рекуперационных обмоток двух фаз подключают к источнику питания через один диод инвертора.
Недостатками данного устройства являются высокие массогабаритные показатели, а также сложная система питания электрической машины, которая увеличивает потери энергии на возбуждение стартера.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство [патент US №8269390 B2, 18.09.2012], представляющее собой стартер-генератор, содержащий вал, на котором установлены постоянные магниты, магнитопровод статора, на котором расположены обмотки, и блок системы управления выпрямительными элементами. На валу расположены постоянные магниты различных типов: Nd-Fe-B, Al-Ni-Co и Fe-Cr-Co. Данные магниты обладают разными значениями коэрцитивной силы от 100 кА/м до 950 кА/м. При работе стартер-генератора поле реакции якоря, создаваемое током, протекающим в обмотке статора, воздействует на постоянные магниты, расположенные на валу, в результате чего магниты с минимальными значениями коэрцитивной силы размагничиваются и тем самым отключаются дополнительные полюса.
Недостатком данного устройства является температурное ограничение режима работы из-за используемых в данном устройстве постоянных магнитов из сплава Nd-Fe-B, которые обладают рабочей температурой до 180 градусов.
Задача изобретения - расширение функциональных возможностей стартер-генератора благодаря его интеграции в газотурбинный двигатель; упрощение способа его управления за счет автоматического изменения числа активных полюсов стартер-генератора в зависимости от режима работы газотурбинного двигателя без дополнительной электроники.
Технический результат - стабильная работа стартер-генератора в составе газотурбинного двигателя в температурном режиме до 450°C за счет автоматического уменьшения числа полюсов на валу при увеличении его температуры, связанной с переходом в режим генератора, и наоборот, увеличение числа полюсов при охлаждении и переходе в режим стартера.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в стартер-генераторе, содержащем вал, на котором установлены постоянные магниты, магнитопровод статора, на котором расположены обмотки, блок системы управления выпрямительными элементами, согласно изобретению в пазах статора расположена полюснопереключаемая обмотка, при этом вал стартер-генератора и газотурбинного двигателя выполнен единым, причем на валу установлены постоянные магниты с чередующимися полярностями и различными допустимыми рабочими температурами.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается также способом управления стартер-генератором, по которому в режиме работы генератором уменьшают число активных полюсов, тем самым уменьшают частоту вырабатываемого тока, а в режиме работы стартером число активных полюсов увеличивают, обеспечивая при этом достаточный пусковой момент, при автоматическом под воздействием температуры размагничивании или намагничивании полюсов в зависимости от режима работы стартер-генератора.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид стартер-генератора, интегрированного в газотурбинный двигатель. На фиг. 2 изображен стартер-генератор в продольном разрезе.
Предложенное устройство (фиг. 1) содержит газотурбинный двигатель 1, на вал 2 которого установлен стартер-генератор 7, также на валу расположены постоянные магниты 3, в статоре 4 стартер-генератора 7 расположена полюснопереключаемая обмотка 6 для стабилизации напряжения, выводы полюснопереключаемой обмотки соединены с системой управления 5.
Предложенное устройство работает следующим образом: стартер-генератор 7 разгоняет вал 2 газотурбинного двигателя до пусковой частоты вращения, при достижении которой в камере сгорания создается расход воздуха и давление, достаточное для надежного воспламенения топлива и вступления в работу турбины, т.е. на этапе воспламенения топлива температура воздуха стартер-генератора равна температуре окружающего воздуха (до +50°C в условиях тропического климата).
Пример конкретной реализации способа
Для запуска авиационного двигателя модели ГТД-350 требуется высокий пусковой момент M=240 Н·м. Поскольку пусковой момент M связан с частотой вращения n соотношением:
где Pном - номинальная мощность двигателя, кВт;
а частота вращения, связана с числом пар полюсов p соотношением:
где f - частота тока, Гц;
увеличение числа пар полюсов позволит создать больший пусковой момент. Учитывая это, в конструкции вала стартер-генератора используется большое число пар полюсов, которые представляют собой чередующиеся постоянные магниты сплавов SmCo5 и Sm2Co17. Данные магниты имеют разные рабочие температуры, так, например, сплав SmCo5 имеет ограничение в 250°C, а Sm2Co17 до 550°C. Таким образом, при достижении пусковой скорости вращения турбины происходит воспламенение топливно-воздушной смеси, начинает работать турбина, т.е. развивать вращающий момент, и увеличивается температура окружающей среды. При этом стартер-генератор и турбина совместно раскручивают вал газотурбинного двигателя. С ростом температуры газа возрастает вращающийся момент, развиваемый турбиной, и снижается ввиду повышения температуры постоянных магнитов и обмоток момент, развиваемый стартер-генератором, и в определенный момент стартер-генератор переходит в генераторный режим. Как известно, в генераторном режиме температура стартер-генератора поднимается до 350°C, из-за этого часть постоянных магнитов из сплава SmCo5 теряют свои магнитные свойства, что ведет к тому, что количество полюсов стартер-генератора сокращается, что позволяет уменьшить частоту тока, вырабатываемого генератором до нужного значения.
Таким образом, данный стартер-генератор в зависимости от режима работы авиационного двигателя меняет свою полюсную систему на оптимальную.
Итак, заявленное изобретение обеспечивает максимальные выходные энергетические характеристики во всех режимах работы.
Claims (2)
1. Стартер-генератор, содержащий вал, на котором установлены постоянные магниты, магнитопровод статора, на котором расположены обмотки, блок системы управления выпрямительными элементами, отличающийся тем, что в пазах статора расположена полюснопереключаемая обмотка, при этом вал стартер-генератора и газотурбинного двигателя выполнен единым, причем на валу установлены постоянные магниты с чередующимися полярностями и различными допустимыми рабочими температурами.
2. Способ управления стартер-генератором, по которому в режиме работы генератором уменьшают число активных полюсов, тем самым уменьшают частоту вырабатываемого тока, а в режиме работы стартером число активных полюсов увеличивают, обеспечивая при этом достаточный пусковой момент, при автоматическом под воздействием температуры размагничивании или намагничивании полюсов в зависимости от режима работы стартер-генератора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100634/07A RU2583837C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Интегрированный высокотемпературный стартер-генератор и способ управления им |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100634/07A RU2583837C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Интегрированный высокотемпературный стартер-генератор и способ управления им |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2583837C1 true RU2583837C1 (ru) | 2016-05-10 |
Family
ID=55960206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015100634/07A RU2583837C1 (ru) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Интегрированный высокотемпературный стартер-генератор и способ управления им |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2583837C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2741136C1 (ru) * | 2020-09-03 | 2021-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью «ДИАМ-АЭРО» | Система управления и передачи вращательного момента на винт(ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), стартер-генератор, плата управления стартером-генератором и амортизатор для этой системы |
| RU206951U1 (ru) * | 2021-06-09 | 2021-10-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» | Дисковый стартер-генератор, интегрированный в двухконтурный турбореактивный двигатель |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1019556A1 (ru) * | 1982-02-18 | 1983-05-23 | Предприятие П/Я Г-4514 | Полюсопереключаема магнито-электрическа машина |
| EP1233498A2 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-21 | Hideo Kawamura | Permanent-Magnet motor-generator with voltage stabilizer |
| US6451132B1 (en) * | 1999-01-06 | 2002-09-17 | University Of Dayton | High temperature permanent magnets |
| US20030102756A1 (en) * | 2001-10-24 | 2003-06-05 | Denso Corporation | High electrical and mechanical response structure of motor-generator |
| US20100327689A1 (en) * | 2008-02-21 | 2010-12-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Permanent-magnet-type rotating electrical machine and permanent magnet motor drive system |
| US20130098060A1 (en) * | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Gabriel L. Suciu | Gas turbine engine onboard starter/generator system to absorb excess power |
-
2015
- 2015-01-12 RU RU2015100634/07A patent/RU2583837C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1019556A1 (ru) * | 1982-02-18 | 1983-05-23 | Предприятие П/Я Г-4514 | Полюсопереключаема магнито-электрическа машина |
| US6451132B1 (en) * | 1999-01-06 | 2002-09-17 | University Of Dayton | High temperature permanent magnets |
| EP1233498A2 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-21 | Hideo Kawamura | Permanent-Magnet motor-generator with voltage stabilizer |
| US20030102756A1 (en) * | 2001-10-24 | 2003-06-05 | Denso Corporation | High electrical and mechanical response structure of motor-generator |
| US20100327689A1 (en) * | 2008-02-21 | 2010-12-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Permanent-magnet-type rotating electrical machine and permanent magnet motor drive system |
| US20130098060A1 (en) * | 2011-10-21 | 2013-04-25 | Gabriel L. Suciu | Gas turbine engine onboard starter/generator system to absorb excess power |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2741136C1 (ru) * | 2020-09-03 | 2021-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью «ДИАМ-АЭРО» | Система управления и передачи вращательного момента на винт(ы) в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), стартер-генератор, плата управления стартером-генератором и амортизатор для этой системы |
| RU206951U1 (ru) * | 2021-06-09 | 2021-10-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» | Дисковый стартер-генератор, интегрированный в двухконтурный турбореактивный двигатель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1238965C (zh) | 车辆用发电电动机系统 | |
| EP2523318B1 (en) | Variable speed generator | |
| US9543876B2 (en) | Three phase flux switching generator in a three stage wound field synchronous machine | |
| Melfi et al. | Viability of highly efficient multi-horsepower line-start permanent-magnet motors | |
| JPS5942551B2 (ja) | 同期回転電機の励磁装置 | |
| EP3416268B1 (en) | Three phase flux switching electric machine with orthogonally oriented magnets | |
| EP2528207A1 (en) | Brushless electric machine | |
| CN105896820A (zh) | 一种废气涡轮驱动电励磁发电机 | |
| RU2583837C1 (ru) | Интегрированный высокотемпературный стартер-генератор и способ управления им | |
| CN113078792A (zh) | 一种轴向磁场交替极无刷混合励磁电机 | |
| US10797574B2 (en) | Electrical machine | |
| US10122307B2 (en) | Doubly stator-fed synchronous generator | |
| CN105720766B (zh) | 拖拉机带散热器风扇的电动发电一体机 | |
| RU134368U1 (ru) | Стартер-генератор транспортного средства | |
| CN208489784U (zh) | 一种电动汽车用多段轮辐交错转子永磁同步电机 | |
| CN107528442B (zh) | 航空内装式永磁起动发电机 | |
| CN105207383A (zh) | 一种环形单集中绕组低成本高功率密度永磁电动机 | |
| US20230250785A1 (en) | Hybrid excitation starter for internal combustion engine | |
| CN219145217U (zh) | 一种自起励同步发电机 | |
| TWM493815U (zh) | 轉子結構及應用該轉子結構之一體式啟動馬達發電機 | |
| RU2253178C1 (ru) | Устройство синхронного двигателя-генератора | |
| CN107579641B (zh) | 一种汽车起动发电机 | |
| RU130760U1 (ru) | Генератор переменного тока с функцией ограничения поля | |
| CN105703587B (zh) | 混合励磁起动发电机 | |
| EP1589639A1 (en) | Improved multipolar magnetogenerator charging system |