[go: up one dir, main page]

RU2708881C1 - Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора - Google Patents

Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора Download PDF

Info

Publication number
RU2708881C1
RU2708881C1 RU2019105605A RU2019105605A RU2708881C1 RU 2708881 C1 RU2708881 C1 RU 2708881C1 RU 2019105605 A RU2019105605 A RU 2019105605A RU 2019105605 A RU2019105605 A RU 2019105605A RU 2708881 C1 RU2708881 C1 RU 2708881C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetizing
windings
stator
toroidal
magnetoelectric generator
Prior art date
Application number
RU2019105605A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Викторович Родионов
Айрат Наилевич Галиев
Николай Юрьевич Львов
Флюр Рашитович Исмагилов
Вячеслав Евгеньевич Вавилов
Владимир Игоревич Бекузин
Original Assignee
Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Кристалл"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Кристалл" filed Critical Акционерное общество "Опытное конструкторское бюро "Кристалл"
Priority to RU2019105605A priority Critical patent/RU2708881C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2708881C1 publication Critical patent/RU2708881C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/02Details of the control
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/34Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using magnetic devices with controllable degree of saturation in combination with controlled discharge tube or controlled semiconductor device

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в возможности стабилизации напряжения двухполюсного магнитоэлектрического генератора при одновременном повышении его эффективности и минимизации массогабаритных показателей. Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора содержит источник постоянного тока, регулятор, магнитоэлектрический генератор, состоящий из корпуса, статора с пазовыми обмотками, ротора, подмагничивающих тороидальных обмоток, намотанных на спинке статора. Нижняя часть подмагничивающей тороидальной обмотки плотно прилегает к пазовой обмотки и уложена с ней в одних пазах. Верхняя часть подмагничивающей тороидальной обмотоки уложена в четырех общих пазах, расположенных по внешнему диаметру статора. Подмагничивающая тороидальная обмотка выполнена с возможностью отвода потерь от пазовых обмоток. Подмагничивающие тороидальные обмотки разбиты на две раздельные обмотки, соединенные между собой параллельно относительно источника постоянного тока. Четыре общих паза расположены по внешнему диаметру статора и одновременно выполняют функцию пазов для верхней части подмагничивающих тороидальных обмоток, функцию канала охлаждения и функцию механического крепления статора в корпусе магнитоэлектрического генератора. 4 ил.

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в качестве устройства стабилизации напряжения магнитоэлектрических генераторов с постоянной частотой вращения ротора.
Известно устройство, реализующее способ стабилизации напряжения генератора при изменении скорости вращения ротора [заявка на патент РФ 2010101858/07, C1, Н02Р 9/00, 27.07.2011], включающий регулирование магнитного потока, по которому изменяют магнитное сопротивление воздушного зазора между статором и ротором путем перемещения ротора относительно статора вдоль продольной оси генератора, при этом ротор и внутренняя часть статора выполнены в форме усеченного конуса.
Недостатками аналога является сложность конструкции и снижение электромагнитных характеристик генератора.
Известно устройство для стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов [патент РФ №2366071, С1, Н02Р 9/46, 27.08.2009], содержащее бесконтактный генератор, последовательно соединенные непосредственный преобразователь частоты, выходной фильтр, блок трансформаторов тока, выходные выводы, выход генератора соединен также с конденсаторами возбуждения, которые соединены с блоком стабилизации напряжения, содержащим выпрямитель, силовой транзистор, систему управлении, вход которой соединен с выходными выводами преобразователя через трансформаторно-выпрямительный блок; блок косинусной синхронизации соединен с выходом генератора и с блоками формирования управляющих сигналов, с которыми соединен также задающий генератор частоты; каждый блок формирования управляющих сигналов содержит первый и второй компараторы, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов, датчик тока.
Недостатками аналога являются сложность конструкции и увеличенные массогабаритные показатели бесконтактного генератора, вызванные применением дополнительной полупроводниковой техники.
Известно устройство для стабилизации напряжения бесконтактных генераторов переменного тока [патент РФ №2366072, C1, Н02Р 9/46, 27.08.2009], содержащее генератор электроэнергии, каждая из его статорных обмоток содержит по три ответвления, начало обмоток, средние выводы и концы обмоток, причем начала обмоток объединены и соединены с первым входом блока питания, средние выводы и концы обмоток через блоки стабилизации напряжения соединены с выводами для подключения нагрузки генераторов, к концам обмоток подключены первый и второй трехфазные блоки конденсаторов возбуждения, соединенных по схеме «треугольник», выходы блока питания соединены с блоками стабилизации напряжения, каждый из которых содержит первый и второй оптосимисторы соответственно, нуль-орган, генератор пилообразного напряжения, компаратор, первый и второй формирователи импульсов соответственно.
Недостатками данной конструкции является ее сложность и увеличенные массогабаритные показатели бесконтактного генератора, вызванные применением дополнительной полупроводниковой техники.
Известно устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора [патент US 5714823, H02K 19/12, 3.02.1998] содержащее магнитоэлектрический генератор, состоящий из статора с пазовыми обмотками и ротор, при этом в зубцах статора дополнительно уложены тороидальные подмагничивающие обмотки, которые соединяются между собой последовательно и питаются от источником постоянного тока.
Недостатками данной конструкции является ее сложность и невозможность использования ее для двухполюсных генераторов, так как в дополнительных обмотках будут наводиться значительные ЭДС.
Известно устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора [патент РФ №132 647 U1, C1, Н02Р 9/46, 20.09.2013], содержащее магнитоэлектрический генератор, состоящий из статора с пазовыми обмотками и ротор, при этом на спинке статора дополнительно намотаны тороидальные подмагничивающие обмотки, которые соединяются с источником постоянного тока, поверх которых установлен ферромагнитный цилиндр.
Недостатками данной конструкции является ее сложность и невозможность использования ее для двухполюсных генераторов, так как в дополнительных обмотках будут наводиться значительные ЭДС, кроме того, в данной конструкции затруднен теплоотвод от обмоток подмагничивания.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора [Специальные электрические машины под. ред. А.И. Бертинова, М. Энергоиздат, 1982 г., с. 258], содержащее, источник постоянного тока, регулятор, магнитоэлектрический генератор, состоящий из корпуса, статора с пазовыми обмотками и ротора, при этом на спинке статоре в дополнительных пазах намотаны тороидальные подмагничивающие обмотки, которые соединяются с источником постоянного тока.
Недостатками данной конструкции является высокие затраты энергии, вызванные значительным рассеянием полезного потока подмагничивания и как следствие слабая стабилизация напряжения, невозможность использования ее для двухполюсных генераторов, так как в дополнительных обмотках будут наводиться значительные ЭДС, кроме того, в данной конструкции затруднен теплоотвод от обмоток подмагничивания.
Задача изобретения - повышение эффективности регулирования и стабилизации напряжения магнитоэлектрических генераторов при применении их в автономных объектах, улучшение теплоотвода активной части магнитоэлектрического генератора и повышение энергоэффективности магнитоэлектрического генератора.
Техническим результатом является возможность стабилизации напряжения двухполюсного магнитоэлектрического генератора при одновременном повышении его эффективности и минимизации массогабаритных показателей.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в устройстве стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, содержащем источник постоянного тока, регулятор, магнитоэлектрический генератор состоящий из корпуса, статора с пазовыми обмотками, ротора, подмагничивающих тороидальных обмоток, намотанных на спинке статора, согласно изобретению, нижняя часть подмагничивающей тороидальной обмотки плотно прилегает к пазовой обмотки и уложена с ней в одних пазах, а верхняя часть подмагничивающей тороидальной обмотоки уложена в четырех общих пазах, расположенных по внешнему диаметру статора, при этом подмагничивающая тороидальная обмотка выполнена с возможностью отвода потерь от пазовых обмоток, подмагничивающие тороидальные обмотки разбиты на две раздельные обмотки, соединенные между собой параллельно относительно источника постоянного тока, причем четыре общих паза, расположенных по внешнему диаметру статора, одновременно выполняют функцию пазов для верхней части подмагничивающих тороидальных обмоток, функцию канала охлаждения и функцию механического крепления статора в корпусе магнитоэлектрического генератора.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен поперечный разрез устройства стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора. На фиг. 2 изображена электрическая схема предложенного устройства. На фиг. 3 приведены осциллограммы напряжения в подмагничивающей тороидальной обмотке и напряжение фазы в пазовой обмотки. На фиг. 4 изображена функция зависимости напряжения фазы пазовой от тока в подмагничивающей тороидальной обмотке.
Предложенное устройство содержит (фиг. 1) источник постоянного тока 1, электрически соединенный с регулятором 2, магнитоэлектрический генератор, состоящий из корпуса 3, в котором установлен статор 4 с пазовыми обмотками 5, двухполюсный ротор 6 с постоянными магнитами 7, подмагничивающие тороидальные обмотки 8, которые разбиты на две тороидальные обмотки 9 и 10, соединенные между собой параллельно (фиг. 2), каждая из тороидальных обмоток 9 и 10 состоит из нижней части подмагничивающей обмотки 11, которая уложена в общих пазах с пазовыми обмотками 5 и плотно прилегает к ним, и верхней части подмагничивающей обмотки 12, уложенной в одном из четырех общих пазов 13, расположенных по внешнему диаметру статора 4 магнитоэлектрического генератора, общие пазы 13 совместно с корпусом 3 магнитоэлектрического генератора образуют канал охлаждения, общие пазы 13 также выполняют функцию механического крепления статора в корпусе магнитоэлекрического генератора.
Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора работает следующим образом: при вращении двухполюсного ротора 6 с постоянными магнитами 7 в пазовых обмотках 5 наводится ЭДС, величина которого на 20-25% больше, чем необходимая для обеспечения нужного качества электроснабжения объекта, в котором применяется магнитоэлектрический генератор. При этом в каждой из параллельных между собой частях тороидальных обмоток 9 и 10 подмагничивающей тороидальной обмотки 8 через регулятор 2 от источника постоянного тока 1 протекает постоянный ток, который насыщает участок цепи магнитопровода статора 4 и снижает тем самым наводимое в нем ЭДС. В том случае, если бы подмагничивающая тороидальная обмотка 8 не состояла из двух частей 9 и 10, соединенных параллельно, то при двухполюсном роторе 6 в ней бы наводилось ЭДС (фиг. 3 и фиг. 4), и регулирование напряжения магнитоэлектрического генератора с ее помощью было бы практически невозможным. Процесс регулирования выходного напряжения магнитоэлектрического генератора описывается известными выражениями, которые представлены для общего понимания процессов в магнитоэлектрическом генераторе. Сумма магнитных напряжений на отдельных участках магнитной цепи магнитоэлектрического генератора в генераторном режиме при холостом ходе равняется магнитодвижущей силе (далее МДС), создаваемым постоянными магнитами:
Figure 00000001
где FM - МДС ПМ;
Fδ - МДС воздушного зазора;
Fj - МДС спинки магнитопровода статора 4;
Fz - МДС зубцов статора 4.
Представляя (1) в виде зависимостей МДС от магнитных индукций и напряженностей соответствующих участков, получим:
Figure 00000002
где Вδ - магнитная индукция в воздушном зазоре магнитоэлектрического генератора;
δ - воздушный зазор;
Нz - напряженность магнитного поля в зубцах статора 4;
Нj- напряженность магнитного поля в спинке статора;
hz, hj - высота зубца и спинки статора 4 соответственно;
kδ - коэффициент воздушного зазора.
Тогда, магнитную индукцию в воздушном зазоре, а следовательно и выходное напряжение магнитоэлектрического генератора можно выразить в виде:
Figure 00000003
Figure 00000004
где kƒ - коэффициент формы поля;
kw - обмоточный коэффициент;
р - число полюсов;
Figure 00000005
, ƒ, w - активная длина, частота тока и число витков пазовой обмотки 5;
D-диаметр расточки статора 4.
Далее при появлении нагрузки на выводных концах пазовой обмотки 5 под действием магнитного поля реакции якоря выходное напряжение магнитоэлектрического генератора снижается (фиг. 4), при этом с помощью регулятора 2 снижается ток в подмагничивающей тороидальной обмотки 8. Так как подмагничивания тороидальная обмотка 8 выполнена из проводящего материала, то ее теплопроводность довольно высокая и через ее нижнюю часть подмагничивающей обмотки 11 потери в пазовой обмотке 5 передаются на верхнюю часть подмагничивающей обмотки 12 и отводятся с помощью хладагента, который протекает в общих пазах 13, расположенных по внешнему диаметру статора 4 магнитоэлектрического генератора, общие пазы 13 совместно с корпусом 3 магнитоэлектрического генератора образуют канал охлаждения.
Итак, заявляемое изобретение позволяет обеспечить возможность стабилизации напряжения двухполюсного магнитоэлектрического генератора при одновременном повышении его эффективности и минимизации массогабаритных показателей.
В результате устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора позволяет обеспечить повышение эффективности регулирования и стабилизации напряжения магнитоэлектрических генераторов при применении их в автономных объектах, улучшение теплоотвода от активной части магнитоэлектрических и повышение их эффективности.

Claims (1)

  1. Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, содержащее источник постоянного тока, регулятор, магнитоэлектрический генератор, состоящий из корпуса, статора с пазовыми обмотками, ротора, подмагничивающих тороидальных обмоток, намотанных на спинке статора, отличающееся тем, что нижняя часть подмагничивающей тороидальной обмотки плотно прилегает к пазовой обмотке и уложена с ней в одних пазах, а верхняя часть подмагничивающей тороидальной обмотоки уложена в четырех общих пазах, расположенных по внешнему диаметру статора, при этом подмагничивающая тороидальная обмотка выполнена с возможностью отвода потерь от пазовых обмоток, подмагничивающие тороидальные обмотки разбиты на две раздельные обмотки, соединенные между собой параллельно относительно источника постоянного тока, причем четыре общих паза, расположенных по внешнему диаметру статора, одновременно выполняют функцию пазов для верхней части подмагничивающих тороидальных обмоток, функцию канала охлаждения и функцию механического крепления статора в корпусе магнитоэлектрического генератора.
RU2019105605A 2019-02-27 2019-02-27 Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора RU2708881C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105605A RU2708881C1 (ru) 2019-02-27 2019-02-27 Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105605A RU2708881C1 (ru) 2019-02-27 2019-02-27 Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2708881C1 true RU2708881C1 (ru) 2019-12-12

Family

ID=69006815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019105605A RU2708881C1 (ru) 2019-02-27 2019-02-27 Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2708881C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2564320A (en) * 1948-12-17 1951-08-14 Keefe And Merritt Company O Permanent magnet type electric generator
US5714823A (en) * 1994-08-29 1998-02-03 Sundstrand Corporation Quasi regulated permanent magnet generator
RU2346374C1 (ru) * 2004-11-26 2009-02-10 Прэтт энд Уитни Кэнэдэ Корп. Электродвигатель-генератор переменного тока (варианты) и генератор переменного тока (варианты)
RU2366072C1 (ru) * 2008-07-28 2009-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Устройство для стабилизации напряжения бесконтактных генераторов переменного тока
RU2366071C1 (ru) * 2008-07-21 2009-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов
RU2010101858A (ru) * 2010-01-22 2011-07-27 Константин Вячеславович Кобежиков (RU) Способ стабилизации напряжения генератора при изменении скорости вращения ротора
RU132647U1 (ru) * 2013-03-12 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Устройство стабилизации напряжения бесконтактных синхронных генераторов переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2564320A (en) * 1948-12-17 1951-08-14 Keefe And Merritt Company O Permanent magnet type electric generator
US5714823A (en) * 1994-08-29 1998-02-03 Sundstrand Corporation Quasi regulated permanent magnet generator
RU2346374C1 (ru) * 2004-11-26 2009-02-10 Прэтт энд Уитни Кэнэдэ Корп. Электродвигатель-генератор переменного тока (варианты) и генератор переменного тока (варианты)
RU2366071C1 (ru) * 2008-07-21 2009-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов
RU2366072C1 (ru) * 2008-07-28 2009-08-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Устройство для стабилизации напряжения бесконтактных генераторов переменного тока
RU2010101858A (ru) * 2010-01-22 2011-07-27 Константин Вячеславович Кобежиков (RU) Способ стабилизации напряжения генератора при изменении скорости вращения ротора
RU132647U1 (ru) * 2013-03-12 2013-09-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Устройство стабилизации напряжения бесконтактных синхронных генераторов переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101154022B1 (ko) 전동기
MX2007006305A (es) Control de saturacion de maquina electrica.
Shushu et al. A two-stage brushless excitation method for hybrid excitation synchronous generator
EP2814146A2 (en) Permanent magnet synchronous machines with magnetic flux regulation
Zhao et al. Comparative study of wound-field flux-switching machines and switched reluctance machines
US20170005555A1 (en) Asymmetric salient permanent magnet synchronous machine
RU2637767C2 (ru) Способ стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора
CN104038004A (zh) 用于发电系统的交流发电机
Kataoka et al. Design of high torque PM vernier motor
Islam et al. Effects of pulse-width-modulated supply voltage on eddy currents in the form-wound stator winding of a cage induction motor
RU2708881C1 (ru) Устройство стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора
Mizuno et al. Basic principles and characteristics of hybrid excitation synchronous machine
RU2719685C1 (ru) Статор электродвигателя
RU132647U1 (ru) Устройство стабилизации напряжения бесконтактных синхронных генераторов переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов
RU2496216C1 (ru) Линейный генератор возвратно-поступательного движения
Kakihata et al. Design of surface permanent magnet-type vernier motor
Kataoka et al. Design of surface permanent magnet-type vernier motor using Halbach array magnet
Zhou et al. Comparison of low-cost wound-field switched-flux machines
Grachev et al. Variable cross-section windings for efficiency improvement of electric machines
US10770999B2 (en) Brushless, self-excited synchronous field-winding machine
Wallace et al. Design and construction of medium power axial flux induction motors
Bernsmüller et al. External rotor switched reluctance machine for a kinetic energy storage system
RU2667661C1 (ru) Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины
CN2141618Y (zh) 具有稳压极的单相无刷钕铁硼交流发电机
RU221552U1 (ru) Устройство для бесконтактного регулируемого возбуждения синхронной машины

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210228