RU2658636C1 - Induction generator with combined excitation and stator windings - Google Patents
Induction generator with combined excitation and stator windings Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658636C1 RU2658636C1 RU2017130438A RU2017130438A RU2658636C1 RU 2658636 C1 RU2658636 C1 RU 2658636C1 RU 2017130438 A RU2017130438 A RU 2017130438A RU 2017130438 A RU2017130438 A RU 2017130438A RU 2658636 C1 RU2658636 C1 RU 2658636C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- additional
- inductor generator
- diodes
- coils
- stator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/18—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators
- H02K19/20—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/40—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of reluctance of magnetic circuit of generator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к синхронным реактивным электрическим генераторам с радиальным возбуждением, применяемым, в частности, в трансмиссиях гусеничных и колесных самоходных машин.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to synchronous reactive electric generators with radial excitation, used, in particular, in transmissions of tracked and wheeled self-propelled vehicles.
Известен индукторный генератор с совмещенными обмотками возбуждения и статора (якоря), содержащий зубчатый безобмоточный ротор и статор, Z1 зубцов которого охвачены катушками обмотки статора (якоря), образующими N-фазную систему. Обмотка статора выполнена с зубцовым шагом и состоит из Z1 катушек, а каждая фаза - из Z1/N катушек, находящихся на противоположно расположенных зубцах. Катушки каждой фазы соединены между собой последовательно или параллельно и подключены к электронному коммутатору, реализованному, как правило, на силовых биполярных транзисторах с изолированным затвором (БТИЗ) (анг. IGBT - Insulated-gate bipolar transistor) и диодах, соединенных по схеме схеме асимметричного моста (KR 101311378 B1, Н02Р 9/26, 25.09.2013; US 5493195 А, Н02Р 9/04, Н02Р 9/08, 20.02.1996; CN 204408232 U, Н02Р 103/20, Н02Р 9/00, 17.06.2015).A known inductor generator with combined field windings and a stator (armature), comprising a gearless winding rotor and a stator, Z 1 teeth of which are covered by stator winding coils (armature) forming an N-phase system. The stator winding is made with a tooth pitch and consists of Z 1 coils, and each phase consists of Z 1 / N coils located on opposite teeth. The coils of each phase are connected to each other in series or in parallel and connected to an electronic switch, which is usually implemented on power bipolar transistors with an insulated gate (IGBT) (English IGBT - Insulated-gate bipolar transistor) and diodes connected according to the scheme of the asymmetric bridge (KR 101311378 B1, Н02Р 9/26, 09/25/2013; US 5493195 A, Н02Р 9/04, Н02Р 9/08, 02.20.1996; CN 204408232 U, Н02Р 103/20, Н02Р 9/00, 06/17/2015) .
Ток возбуждения в данном генераторе формируется путем подключения его выходного напряжения к фазным обмоткам с помощью IGBT транзисторов электронного коммутатора, причем моменты включения и отключения синхронизированы с вращением вала. Соответственно, IGBT транзисторы имеют высокое рабочее напряжение, что приводит к увеличению статических и динамических потерь в этих транзисторах и, соответственно, к снижению КПД генератора. Высокое рабочее напряжение IGBT транзисторов в сочетании с повышенной сложностью электронного коммутатора, содержащего 2⋅N силовых ключей (IGBT транзисторов), приводят к снижению надежности генератора.The excitation current in this generator is formed by connecting its output voltage to the phase windings using IGBT transistors of the electronic switch, and the on and off times are synchronized with the rotation of the shaft. Accordingly, IGBT transistors have a high operating voltage, which leads to an increase in static and dynamic losses in these transistors and, accordingly, to a decrease in the generator efficiency. The high operating voltage of IGBT transistors, combined with the increased complexity of an electronic switch containing 2⋅N power switches (IGBT transistors), reduce the reliability of the generator.
Известен также трехфазный разнополюсный вентильный индукторный генератор, содержащий зубчатый безобмоточный ротор и статор, на зубцах сердечника которого размещены катушки трехфазной обмотки, соединенные в треугольник. Последовательно с фазами включены диоды, благодаря чему обмотка совмещает функции якорной (статорной) обмотки и обмотки возбуждения. При этом напряжение возбуждения подается на один из диодов (UA 98261 С2, H02K 19/16, 25.04.2012; Лущик В.Д. Вентильнi iндукторнi генератори радiального збуждения з сумiщеними обмотками. // Електротехнiка i Електромеханiка. - Харкiв: НТУ «Харкiвський полiтехнiчний iнститут», 2014, №6. - С.47-49).Also known is a three-phase multi-pole valve inductor generator containing a gearless non-winding rotor and a stator, on the teeth of the core of which are placed three-phase winding coils connected in a triangle. Diodes are connected in series with the phases, so that the winding combines the functions of the anchor (stator) winding and the excitation winding. In this case, the excitation voltage is supplied to one of the diodes (UA 98261 C2, H02K 19/16, 04/25/2012; Lushchik VD Ventilator induction radial excitation generators with summable windings. // Electrotechnics i Electromechanics. - Kharkiv: NTU "Kharkivskyi Institute ”, 2014, No. 6. - S.47-49).
В этом индукторном генераторе используется отдельный источник напряжения возбуждения, который получает питание от внешнего источника энергии или от выходного напряжения самого генератора. Его выход гальванически связан с обмоткой статора. Это приводит к необходимости применения гальванически развязанного источника напряжения возбуждения, обеспечивающего необходимую (полную) мощность возбуждения. Такие источники напряжения реализуются в виде достаточно сложных импульсных преобразователей напряжения с трансформаторным выходом, имеющих повышенные габаритные размеры и массу и ограниченный КПД. Кроме того, токи, протекающие в компонентах такого источника (за исключением выходного тока), не приводят к увеличению потока возбуждения индукторного генератора. В данном многофазном генераторе источник напряжения возбуждения подключен к диоду только одной фазы, что приводит к асимметрии этого генератора и, соответственно, к ухудшению его КПД и массогабаритных характеристик.This induction generator uses a separate excitation voltage source, which receives power from an external energy source or from the output voltage of the generator itself. Its output is galvanically connected to the stator winding. This leads to the need to use a galvanically isolated source of excitation voltage, providing the necessary (full) excitation power. Such voltage sources are implemented in the form of rather complex pulse voltage converters with a transformer output having increased overall dimensions and weight and limited efficiency. In addition, the currents flowing in the components of such a source (with the exception of the output current) do not lead to an increase in the excitation flux of the inductor generator. In this multiphase generator, the excitation voltage source is connected to a diode of only one phase, which leads to an asymmetry of this generator and, accordingly, to a deterioration in its efficiency and overall dimensions.
В итоге, к недостаткам известного индукторного генератора относятся его повышенная сложность и, соответственно, пониженная надежность, а также относительно невысокий КПД, повышенные габаритные размеры и масса.As a result, the disadvantages of the known inductor generator include its increased complexity and, accordingly, reduced reliability, as well as relatively low efficiency, increased overall dimensions and weight.
Задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности и КПД индукторного генератора, а также уменьшение его габаритных размеров и массы.The problem solved by the invention is to increase the reliability and efficiency of the inductor generator, as well as reducing its overall dimensions and mass.
Этот технический результат достигается за счет того, что индукторный генератор с совмещенными обмотками возбуждения и статора содержит неподвижный статор с явнополюсным сердечником и многофазной обмоткой, выполненной в виде зубцовых катушек, охватывающих полюса статора, по меньшей мере один источник тока возбуждения, выполненный в виде дополнительных витков, размещенных в зубцовых катушках, или в виде одной или нескольких дополнительных катушек, размещенных вместе с зубцовыми катушками на полюсах статора и соединенных между собой последовательно и/или параллельно, вращающийся безобмоточный ротор с зубчатым сердечником, закрепленным на его валу, причем сердечники статора и ротора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали, полюса статора и зубцы сердечника ротора обращены друг к другу и разделены воздушным зазором, а зубцовые катушки каждой фазы соединены между собой последовательно и/или параллельно и образуют обмотки фаз. Кроме того, генератор содержит по меньшей мере один диод, включенный последовательно по меньшей мере в одну из обмоток фаз, которые соединены по схеме треугольника или многоугольника, по меньшей мере один конденсатор, причем каждый источник тока возбуждения через дополнительный диод, или через последовательно соединенные дополнительный диод и ключ, или через тиристор подключен к диоду, а конденсатор подключен либо параллельно этому диоду, либо между точкой его соединения с обмоткой фазы и точкой соединения ключа с дополнительным диодом.This technical result is achieved due to the fact that the inductor generator with combined field windings and the stator contains a fixed stator with an explicit pole core and a multiphase winding made in the form of gear coils covering the stator poles, at least one excitation current source made in the form of additional turns placed in the tooth coils, or in the form of one or more additional coils placed together with the tooth coils at the poles of the stator and interconnected by exploratory and / or parallel, a rotating windingless rotor with a toothed core fixed to its shaft, the stator and rotor cores being made in the form of packets drawn from insulated sheets of electrical steel, the stator poles and the rotor core teeth facing each other and separated by an air gap, and the gear coils of each phase are connected together in series and / or in parallel and form phase windings. In addition, the generator contains at least one diode connected in series in at least one of the phase windings, which are connected according to a triangle or polygon circuit, at least one capacitor, each source of excitation current through an additional diode, or through an additional diode connected in series the diode and the key, either through a thyristor is connected to the diode, and the capacitor is connected either parallel to this diode, or between the point of its connection with the phase winding and the point of connection of the key with an additional diode.
Реализация отличительных признаков независимого пункта формулы изобретения обеспечивает достижение указанных технических результатов.The implementation of the distinctive features of the independent claim provides the achievement of these technical results.
В частности, выполнение источников тока возбуждения в виде дополнительных катушек статора, либо дополнительных витков в этих катушках, и их подключение через тиристоры, дополнительный диод или последовательно соединенные дополнительный диод и ключ к диоду и конденсатору, включенным последовательно в обмотки фаз, обеспечивает, по сравнению с прототипом, повышение КПД индукторного генератора за счет исключения потерь энергии в импульсном источнике питания и его выходном трансформаторе, обеспечивающем гальваническую развязку источника напряжения возбуждения от фазных обмоток, а также за счет того, что ток в дополнительных обмотках, выполняющих функции источника тока возбуждения, направлен в ту же сторону, что и ток возбуждения в фазах генератора. К дополнительному повышению КПД приводит применение конденсаторов в цепях возбуждения, которые создают фазных обмотках дополнительный магнитный поток в нужных положениях полюсов (зубцов) статора относительно зубцов ротора.In particular, the implementation of the excitation current sources in the form of additional stator coils, or additional turns in these coils, and their connection via thyristors, an additional diode, or an additional diode and a key connected in series to a diode and capacitor connected in series in the phase windings, provides, in comparison with the prototype, increasing the efficiency of the inductor generator by eliminating energy losses in the switching power supply and its output transformer, providing galvanic isolation of the source the excitation voltage from the phase windings, and also due to the fact that the current in the additional windings, which serve as the excitation current source, is directed in the same direction as the excitation current in the generator phases. The use of capacitors in the excitation circuits, which create phase magnetic windings with an additional magnetic flux in the necessary positions of the stator poles (teeth) relative to the rotor teeth, leads to an additional increase in efficiency.
Благодаря указанным отличительным признакам обеспечивается также повышение надежности индукторного генератора за счет упрощения источника напряжения (тока) возбуждения, в том числе за счет исключения необходимости применения высоковольтных устройств гальванической развязки источника тока возбуждения и фазных обмоток, а также за счет исключения соединительных проводов между источником тока возбуждения и генератором.Thanks to these distinguishing features, it is also possible to increase the reliability of the inductor generator by simplifying the excitation voltage (current) source, including by eliminating the need for high-voltage devices for galvanic isolation of the excitation current source and phase windings, as well as by eliminating the connecting wires between the excitation current source and generator.
Одновременно, благодаря исключению необходимости применения отдельного импульсного источника напряжения возбуждения с гальванической развязкой, в том числе его трансформатора, имеющего большие габаритные размеры и массу, достигается уменьшение габаритных размеров и массы индукторного генератора.At the same time, due to the elimination of the need to use a separate pulsed excitation voltage source with galvanic isolation, including its transformer having large overall dimensions and mass, a decrease in overall dimensions and mass of the inductor generator is achieved.
На фиг. 1 в качестве примера приведен трехфазный индукторный генератор с совмещенными обмотками возбуждения и статора, имеющий 12 полюсов статора и 8 зубцов ротора. На фиг. 2 приведен пятифазный вариант индукторного генератора. На фиг. 3, 4, 5 и 6 показана одна фаза генератора с различными вариантами подключения источника тока возбуждения к диоду, включенному последовательно в эту фазу.In FIG. 1, an example is a three-phase inductor generator with combined field and stator windings having 12 stator poles and 8 rotor teeth. In FIG. 2 shows a five-phase version of an inductor generator. In FIG. 3, 4, 5 and 6 show one phase of the generator with various options for connecting the excitation current source to a diode connected in series in this phase.
Под индукторным генератором в данном случае подразумевается синхронный генератор, у которой неподвижный статор выполняет функции якоря и индуктора, а процесс преобразования механической энергии вращающегося ротора в электрическую энергию обусловлен пульсациями магнитной индукции вследствие зубчатости ротора.In this case, an induction generator means a synchronous generator, in which the fixed stator acts as an armature and inductor, and the process of converting the mechanical energy of a rotating rotor into electrical energy is caused by pulsations of magnetic induction due to the gearing of the rotor.
Этот генератор может называться также индукторным реактивным генератором, индукторным генератором с радиальным возбуждением, индукторным разнополюсным генератором, вентильным индукторным генератором и т.д., а в англоязычной литературе - генератором с переменным магнитным сопротивлением: Switched Reluctance Generator (SRG).This generator can also be called an inductor reactive generator, an inductor generator with radial excitation, an inductor bipolar generator, a valve inductor generator, etc., and in the English literature it can be called a generator with variable magnetic resistance: Switched Reluctance Generator (SRG).
Индукторный генератор с совмещенными обмотками возбуждения и статора (именуемый далее в тексте «генератор» или «индукторный генератор»), содержит корпус (станину) и подшипниковые щиты (на чертежах условно не показаны). Внутри корпуса (станины) размещены неподвижный статор с явнополюсным сердечником и N-фазной обмоткой, выполненной в виде зубцовых катушек 1, охватывающих каждый полюс статора, а также вращающийся безобмоточный ротор 2 с зубчатым сердечником 3, закрепленным на его валу 4.An inductor generator with combined field and stator windings (hereinafter referred to as “generator” or “inductor generator”) contains a housing (bed) and bearing shields (not shown conditionally in the drawings). A stationary stator with a clearly polar core and an N-phase winding, made in the form of
Сердечники статора и ротора выполнены в виде пакетов, набранных из изолированных листов электротехнической стали. Полюса статора и зубцы сердечника ротора 3 обращены друг к другу и разделены воздушным зазором.The stator and rotor cores are made in the form of packets drawn from insulated sheets of electrical steel. The stator poles and the teeth of the
У индукторного генератора, рассчитанного на работу с низкими скоростями вращения ротора, зубцовая зона полюсная зона, с целью повышения КПД и улучшения массогабаритных характеристик генератора, может быть выполнена гребенчатой.In the induction generator, designed to work with low rotor speeds, the tooth zone of the pole zone, in order to increase efficiency and improve the overall dimensions of the generator, can be made comb.
На одном, на двух противоположных, на всех полюсах статора, относящихся к каждой фазе, или на всех полюсах статора (Z1) размещены дополнительные катушки 5, которые используются в качестве одного или нескольких (от одного до N) источников тока возбуждения N-фазного индукторного генератора.On one, on two opposite, on all poles of the stator, related to each phase, or on all poles of the stator (Z 1 ) there are
Вместо дополнительных катушек могут использоваться также дополнительные витки, размещенные в зубцовых катушках статора, либо рядом с ними.Instead of additional coils, additional coils located in or next to the stator tooth coils can also be used.
Источник тока возбуждения может содержать две дополнительные катушки (витки) 5. В этом случае эти катушки (витки) размещены на противоположных полюсах статора и соединены между собой последовательно или параллельно (фиг. 1). Если генератор содержит Z1/N или Z1 дополнительных катушек (витков), использующихся в качестве одного или нескольких (≤N) источников тока возбуждения, то они также соединяются между собой последовательно и/или параллельно. Например, если N=3, Z1=12, то четыре дополнительные катушки (Z1/N=4), расположенные на полюсах статора, либо дополнительные витки, размещенные в этих катушках, относящиеся к одной фазе, могут быть соединены между собой последовательно, или параллельно, или по две дополнительные катушки последовательно, а образовавшиеся пары - параллельно.The excitation current source may contain two additional coils (turns) 5. In this case, these coils (turns) are placed at opposite poles of the stator and are connected to each other in series or in parallel (Fig. 1). If the generator contains Z 1 / N or Z 1 additional coils (turns) used as one or more (≤N) sources of excitation current, then they are also connected to each other in series and / or in parallel. For example, if N = 3, Z 1 = 12, then four additional coils (Z 1 / N = 4) located at the poles of the stator, or additional turns placed in these coils related to the same phase, can be interconnected in series or in parallel, or two additional coils in series, and the resulting pairs in parallel.
Фазные обмотки (обмотки фаз) генератора могут быть образованы при использовании аналогичных вариантов соединений его зубцовых катушек. Например, каждые две катушки, находящиеся на противоположно расположенных полюсах (зубцах) каждой фазы, соединены между собой последовательно встречно, а образовавшиеся пара катушек - параллельно. Возможно также образование обмоток фаз путем параллельного соединения всех катушек одной фазы (фиг. 1).Phase windings (phase windings) of the generator can be formed using similar options for the connections of its gear coils. For example, every two coils located on opposite poles (teeth) of each phase are connected in series in the opposite direction, and the pair of coils formed in parallel. It is also possible the formation of phase windings by parallel connection of all coils of one phase (Fig. 1).
Эти обмотки одновременно используются в качестве обмоток возбуждения, т.е. совмещены с обмотками возбуждения. Для этого магнитопровод генератора выполнен таким образом, что катушки обмотки возбуждения и катушки обмотки якоря (он же является статором) могут размещаться на одних и тех же зубцах статора. Кроме того, обмотка возбуждения согласована с N-фазной обмоткой якоря (статора).These windings are simultaneously used as field windings, i.e. combined with field windings. For this, the generator magnetic circuit is designed in such a way that the field coil and the coil of the armature winding (it is also a stator) can be placed on the same stator teeth. In addition, the field winding is matched with the N-phase winding of the armature (stator).
Чтобы иметь возможность пропустить ток возбуждения по обмотке статора (якоря), его фазные обмотки соединены по схеме треугольника (фиг. 1, выводы фаз А, В, С) или многоугольника (фиг. 2, выводы фаз А, В, С, D, Е), а последовательно с одной из фазных обмоток фаз включен диод 6, либо такие диоды включены последовательно с обмотками всех фазных обмоток.To be able to pass the excitation current through the stator winding (armature), its phase windings are connected according to a triangle (Fig. 1, outputs of phases A, B, C) or a polygon (Fig. 2, outputs of phases A, B, C, D, E), and
Ток источника возбуждения подается по меньшей мере на один диод 6 в одной фазной обмотке. Этот ток, благодаря указанному соединению фазных обмоток, протекает по всем этим обмоткам (по всему контуру N-угольника).The current of the excitation source is supplied to at least one
С целью улучшения характеристик генератора, в том числе для уменьшения пульсаций его выходного напряжения, может быть применена симметричная схема его возбуждения. В этом случае используется N источников тока возбуждения, которые подключены к N основным диодам 6, включенным последовательно с обмотками всех N фаз, как это показано на фиг. 1 и 2.In order to improve the characteristics of the generator, including to reduce the ripple of its output voltage, a symmetric scheme of its excitation can be applied. In this case, N excitation current sources are used, which are connected to the N
Параллельно диодам 6 подключены конденсаторы 7, которые генерируют реактивную энергию, необходимую для работы индукторного генератора в режиме возбуждения от собственных источников тока - от дополнительных обмоток (витков) 5, т.е. при его работе в режиме самовозбуждения.In parallel to the
Поскольку для возбуждения генератора необходим постоянный или однополярный импульсный ток, дополнительные катушки 5, использующиеся в качестве одного или нескольких источников тока возбуждения, подключены к диодам 6 и конденсаторам 7 не непосредственно, а через дополнительные диоды 8, если в генераторе не предусмотрено регулирование его выходного напряжения (фиг. 3). Если такое регулирование предусмотрено, то источники тока возбуждения подключаются к диодам 6 через тиристоры 9 (фиг. 2, 4) или через последовательно соединенные дополнительные диоды 8 и ключи 10, выполненные, например, в виде одного или группы параллельно соединенных полевых транзисторов с изолированным затвором 11 (МОП - металл-окисел-полупроводник или МДП - металл-диэлектрик-полупроводник), а по англоязычной терминологии - MOS, MOSFET или МОСФЕТ (от сокращения словосочетаний: «Metal-Oxide-Semiconductor» (металл-окисел-полупроводник) и «Field-Effect-Transistors» (транзистор, управляемый электрическим полем) и их транскрипции (фиг.5, 6), или биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ) (анг. IGBT - Insulated-gate bipolar transistor), или биполярных транзисторов (БТ) (анг. BJT - Bipolar Junction Transistor). Их кристаллы размещены в отдельных корпусах или объединены в транзисторные модули.Since a constant or unipolar pulse current is required to excite the generator,
Конденсаторы 7 могут быть любого типа. Целесообразно применение керамических или пленочных конденсаторов, что позволяет повысить надежность генератора и улучшить его массогабаритные характеристики в силу более высокой удельной емкости конденсаторов этих типов.
Эти конденсаторы могут быть подключены как параллельно диодам 6, так и между точками соединений фазных обмоток с диодами 6 и точками соединений дополнительных диодов 8 с ключами 10 (транзисторами 11), как это показано на фиг. 7.These capacitors can be connected both parallel to the
В режимах начального пуска и максимальной выходной мощности генератора, когда ключ 10 (транзистор или транзисторный модуль 11) постоянно включен (открыт), отличия в схеме подключения конденсаторов 7 (фиг. 5 или 6) не влияют на работу генератора.In the modes of initial start-up and maximum output power of the generator, when the key 10 (transistor or transistor module 11) is constantly on (open), differences in the connection of capacitors 7 (Fig. 5 or 6) do not affect the operation of the generator.
Последовательность соединения дополнительного диода 8 и ключа 10 (транзистора или транзисторного модуля 11) может быть любой. Полярность включения всех диодов 6, дополнительных диодов 8, тиристоров 9 и транзисторов 11 может быть изменена на противоположную без нарушения работоспособности генератора и его характеристик при условии одновременного изменения полярности включения всех указанных элементов электрической схемы генератора.The connection sequence of the
При работе генератора максимальное обратное напряжение на диодах 6 и на дополнительных диодах 8 относительно невелико - существенно меньше выходного напряжения генератора UВЫХ. Благодаря этому, с целью повышения КПД генератора, в качестве диодов 6 и дополнительных диодов 8 могут быть применены диоды с барьером Шоттки.When the generator is operating, the maximum reverse voltage on the
Для управления тиристорами 9 или ключами 10 (транзисторами 11) в состав генератора входит регулятор его выходного напряжения 12. Он формирует токи управления одним или всеми тиристорами IУПР (фиг. 4) или напряжения управления на затворах одного или всех транзисторов UУПР (фиг. 5, 6) из условия увеличения или уменьшения тока возбуждения генератора, соответственно, при снижении или увеличении его выходного напряжения UВЫХ относительно предварительно установленной величины.To control
Этот регулятор может быть выполнен, в частности, в виде электронного двухпозиционного переключателя с петлей гистерезиса, например, на основе инвертирующего триггера Шмитта, или в виде импульсного модулятора, например, широтно-импульсного или частотно-импульсного. Предпочтительно применение регулятора с числом выходных каналов управления, равных числу фаз N генератора, которое, как правило, совпадает с числом тиристоров 9 или ключей 10 (транзисторов 11).This controller can be made, in particular, in the form of an electronic on-off switch with a hysteresis loop, for example, based on an inverting Schmitt trigger, or in the form of a pulse modulator, for example, pulse-width or pulse-frequency. It is preferable to use a controller with the number of output control channels equal to the number of phases N of the generator, which, as a rule, coincides with the number of
Каждый канал регулятора выходного напряжения генератора имеет оптоэлектронную или трансформаторную гальваническую развязку между этим регулятором 12 и соответствующим тиристором 9 или ключом 10 (транзистором 11). Электрическое питание данного регулятора может осуществляться, в частности, от отдельного маломощного источника питания или от низковольтного источника питания электромеханической трансмиссии, в которой используется генератор.Each channel of the generator output voltage regulator has an optoelectronic or transformer galvanic isolation between this
С целью уменьшения габаритных размеров и массы генератора, его диоды 6, конденсаторы 7, а также дополнительные диоды 8 и тиристоры 9 или ключи 10 могут быть размещены в корпусе, на корпусе или на подшипниковом щите генератора, которые используются в качестве охладителей этих компонентов генератора. Это техническое решение является предпочтительным к реализации в случае применения жидкостного охлаждения генератора.In order to reduce the overall dimensions and mass of the generator, its
N-фазная полезная нагрузка генератора может быть подключена непосредственно к его фазным обмоткам. В этом случае сигнал обратной связи, необходимый для работы регулятора выходного напряжения генератора 12, формируется с помощью дополнительного маломощного выпрямителя (на чертежах условно не показан).The N-phase generator payload can be connected directly to its phase windings. In this case, the feedback signal necessary for the operation of the output voltage regulator of the
Генератор может также работать на внешний или встроенный многофазный (N-фазный) двухполупериодный выпрямитель 13, который либо выполнен в виде отдельного устройства, либо размещен на подшипниковом щите или на корпусе генератора. В этом на нагрузку RH 14 поступает постоянное выходное напряжение UВЫХ. Для сглаживания пульсаций этого напряжения параллельно нагрузке (выводным клеммам генератора) может быть подключен емкостный фильтр СН 15.The generator can also operate on an external or built-in multiphase (N-phase) half-
Генератор работает следующим образом.The generator operates as follows.
После начала вращения ротора 2 его остаточная намагниченность вызывает возникновение ЭДС в дополнительных обмотках (витках) 5 статора. Эта ЭДС через дополнительный диод 8 и открытый тиристор 9 или ключ 10 поступает на диод 6. В результате этого по обмоткам фаз (по контуру треугольника или многоугольника) начинает протекать начальный ток возбуждения, который образует неподвижное магнитное поле возбуждения. В случае необходимости, начальный ток возбуждения генератора формируется с помощью дополнительного маломощного источника тока, подключенного к одному из диодов 6 (на чертежах условно не показан).After the start of rotation of the
При протекании тока возбуждения по зубцовым катушкам, зубцы (полюса) статора приобретают противоположную полярность. Магнитные потоки полюсов (зубцов) статора зависят не только от магнитодвижущей силы (МДС), но и от их положения относительно зубцов ротора. При вращении ротора связь магнитного потока с зубцовыми катушками статора изменяется во времени с частотой f, которая зависит от скорости вращения n и числа зубцов ротора Z2, f=n⋅Z2.When the excitation current flows along the tooth coils, the stator teeth (poles) acquire the opposite polarity. The magnetic fluxes of the poles (teeth) of the stator depend not only on the magnetomotive force (MDS), but also on their position relative to the teeth of the rotor. When the rotor rotates, the relationship of the magnetic flux with the stator tooth coils changes in time with a frequency f, which depends on the rotation speed n and the number of teeth of the rotor Z 2 , f = n ⋅ Z 2 .
Как следствие, в зубцовых катушках и, соответственно, в обмотках фаз индуцируется симметричная многофазная ЭДС. Поскольку ЭДС отдельных фаз генератора смещены друг относительно друга на угол 120° (при N=3), суммарная ЭДС, которая прикладывается к источникам токов возбуждения (к диодам 6), равна нулю.As a result, symmetrical multiphase EMF is induced in the tooth coils and, accordingly, in the phase windings. Since the EMF of the individual phases of the generator are offset from each other by an angle of 120 ° (at N = 3), the total EMF, which is applied to the sources of the excitation currents (to diodes 6), is zero.
Одновременно в дополнительных катушках (витках) 5, образующих источник тока возбуждения, возникает ЭДС. Она выпрямляется дополнительным диодом 8 или тиристором 9 и непосредственно или через ключ 10 (транзистор 11) подается на диод 6, усиливая ток обмотки возбуждения и, соответственно, создавая дополнительную МДС возбуждения.At the same time, in the additional coils (turns) 5 that form the source of the excitation current, an EMF occurs. It is rectified by an
ЭДС с фазных обмоток через двухполупериодный выпрямитель 13 подается на нагрузку RH 14, параллельно которой может быть подключен емкостный фильтр СH 15.EMF from phase windings through a half-
При этом в фазных обмотках протекают однополупериодные токи нагрузки, МДС которых в зубцах статора совпадает с МДС тока возбуждения, т.е. ток нагрузки увеличивает поток возбуждения. Это приводит к улучшению КПД и массогабаритных характеристик генератора. Одновременно наличие указанной внутренней положительной связи по току нагрузки способствует компенсации реакции якоря, что приводит к повышению жесткости внешней характеристики генератора.In this case, half-wave load currents flow in phase windings, whose MDS in the stator teeth coincides with the MDS of the excitation current, i.e. load current increases the flow of excitation. This leads to improved efficiency and overall dimensions of the generator. At the same time, the presence of the indicated internal positive coupling in the load current helps to compensate for the armature reaction, which leads to an increase in the rigidity of the external characteristics of the generator.
В результате присоединении к диодам 6 конденсаторов 7, в обмотках фаз возникает емкостный ток, опережающий ток источника возбуждения на угол 90°. Этот емкостный ток создает магнитный поток, который во время нахождения зубцов ротора под зубцами статора увеличивает магнитный поток возбуждения, а когда зубцы статора находятся против пазов ротора, уменьшает основной магнитный поток, увеличивая тем самым величину изменения магнитного потока в полюсах (зубцах) статора. Поэтому применение конденсаторов 7 также приводит к увеличению КПД и улучшению массогабаритных характеристик генератора.As a result of the connection of
В случае необходимости регулирования выходного напряжения генератора, он дополнительно содержит тиристоры 9 или ключи 10 (транзисторы 11), а также регулятор выходного напряжения генератора 12, который осуществляет управление этими тиристорами или ключами, регулируя ток возбуждения генератора и, соответственно, обеспечивая поддержание его выходного напряжения на заданном уровне.If it is necessary to regulate the output voltage of the generator, it additionally contains
Прочие особенности работы предложенного индукторного генератора не требуют пояснений, поскольку они понятны из чертежей и научно-технической литературы.Other features of the proposed inductor generator do not require explanation, since they are clear from the drawings and scientific and technical literature.
Для специалистов в данной области техники также понятно, что кроме описанных вариантов индукторного генератора возможны также иные варианты его реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.For specialists in the art it is also clear that in addition to the described variants of the inductor generator, other options for its implementation are also possible based on the features set forth in the claims.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130438A RU2658636C1 (en) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Induction generator with combined excitation and stator windings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017130438A RU2658636C1 (en) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Induction generator with combined excitation and stator windings |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2658636C1 true RU2658636C1 (en) | 2018-06-22 |
Family
ID=62713388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017130438A RU2658636C1 (en) | 2017-08-28 | 2017-08-28 | Induction generator with combined excitation and stator windings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2658636C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690673C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Excitation device of generator and quality control of generated electric energy by valve-jet generator |
RU2702615C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-10-09 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") | Inductor generator with combined excitation and stator windings |
RU2759560C1 (en) * | 2021-04-19 | 2021-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU116498A1 (en) * | 1957-03-28 | 1957-11-30 | Р.П. Жежерин | Variable-pole inductor generator |
US5493195A (en) * | 1994-09-29 | 1996-02-20 | Sundstrand Corporation | Switched reluctance starter/generator control system allowing operation with regenerative loads and electrical system employing same |
RU2179779C2 (en) * | 2000-01-10 | 2002-02-20 | Петрушин Александр Дмитриевич | Valve-type inductor generator |
UA98261C2 (en) * | 2011-04-15 | 2012-04-25 | Вячеслав Данилович Лущик | Induction three-phase heteropolar valve generator |
UA78144U (en) * | 2012-09-03 | 2013-03-11 | Украинская Инженерно-Педагогическая Академия | Combined three-phase different-pole valve inductor generator |
KR101311378B1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-09-25 | 경성대학교 산학협력단 | System for driving switched reluctance generator based on variable generation voltage converter |
CN204408232U (en) * | 2014-12-30 | 2015-06-17 | 中国计量学院 | Small-power four phase switch reluctance generator power converter |
-
2017
- 2017-08-28 RU RU2017130438A patent/RU2658636C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU116498A1 (en) * | 1957-03-28 | 1957-11-30 | Р.П. Жежерин | Variable-pole inductor generator |
US5493195A (en) * | 1994-09-29 | 1996-02-20 | Sundstrand Corporation | Switched reluctance starter/generator control system allowing operation with regenerative loads and electrical system employing same |
RU2179779C2 (en) * | 2000-01-10 | 2002-02-20 | Петрушин Александр Дмитриевич | Valve-type inductor generator |
UA98261C2 (en) * | 2011-04-15 | 2012-04-25 | Вячеслав Данилович Лущик | Induction three-phase heteropolar valve generator |
KR101311378B1 (en) * | 2012-05-31 | 2013-09-25 | 경성대학교 산학협력단 | System for driving switched reluctance generator based on variable generation voltage converter |
UA78144U (en) * | 2012-09-03 | 2013-03-11 | Украинская Инженерно-Педагогическая Академия | Combined three-phase different-pole valve inductor generator |
CN204408232U (en) * | 2014-12-30 | 2015-06-17 | 中国计量学院 | Small-power four phase switch reluctance generator power converter |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2690673C1 (en) * | 2018-10-15 | 2019-06-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Excitation device of generator and quality control of generated electric energy by valve-jet generator |
RU2702615C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-10-09 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") | Inductor generator with combined excitation and stator windings |
RU2759560C1 (en) * | 2021-04-19 | 2021-11-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7852025B2 (en) | Electronic commutator circuits | |
EP2779428B1 (en) | Variable speed constant frequency system with generator and rotating power converter | |
Grigoryev | Specifics of power circuit arrangements of semiconductor converters for power supply to synchronous reluctance machines | |
RU2658636C1 (en) | Induction generator with combined excitation and stator windings | |
US9806657B2 (en) | Method and apparatus for control of switched reluctance motors | |
US20090115363A1 (en) | Electronic Commutator Circuits | |
CN106972802A (en) | The method and apparatus of controlled motor drive system DC bus-bar voltage | |
Wadibhasme et al. | Review of various methods in improvement in speed, power & efficiency of induction motor | |
RU2702615C1 (en) | Inductor generator with combined excitation and stator windings | |
RU2662233C1 (en) | Induction electrical machine | |
RU2726950C1 (en) | Voltage stabilized magnetoelectric alternator | |
RU2145461C1 (en) | Off-line contactless synchronous generator | |
RU2701169C1 (en) | Small-size dc generating system | |
RU2510877C1 (en) | Electric drive with synchronous reluctance machine | |
RU2660945C2 (en) | Magnetoelectric machine | |
SU1603515A1 (en) | A.c. electric drive | |
RU2279173C2 (en) | Inductor engine (variants) | |
EP2530828A1 (en) | Electricity generation device and permanent-magnet electric generator | |
RU2559810C1 (en) | Low-speed switched reluctance motor with concentric windings controlled by two-phase sinusoidal current | |
RU2231891C2 (en) | Double-layer fractional-slot winding for electrical machines | |
RU2674465C2 (en) | Source of direct current, installed on synchronous step engine, with increased output power | |
RU202412U1 (en) | ALTERNATOR | |
RU2759219C1 (en) | Synchronous machine | |
GB2494715A (en) | Power control circuit for self-excited electrical generator | |
RU2275733C1 (en) | Regulating single-to-three phase converter |