СИНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР ЗМІННОГО СТРУМУ

16.07.2015

СИНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР ЗМІННОГО СТРУМУ

UA (11) 2237339 (13) C2

(51) 7 H02K19/24, H02K19/16

(12) ОПИС ВИНАХОДУ ДО ПАТЕНТУ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Статус: за даними на 20.11.2007 — припинив дію, але може бути відновлений

(21) Заявка: 2002131095/09

(22) Дата подання заявки: 2002.11.19

(24) Дата початку відліку терміну дії патенту: 2002.11.19

(43) Дата публікації заявки: 2004.05.27

(45) Опубліковано: 2004.09.27

(56) Список документів, цитованих у звіті про пошук: ВАЖНОВ А. В. Електричні машини. — Л. Енергія, 1968, с. 356-358. RU 2037070 С1, 09.06.1995. RU 2080732 С1, 27.05.1997. SU 1381274 А, 15.03.1986. SU 1812598 А1, 30.04.1993. DE 3113532 А1, 04.11.1982. ВОЛЬДЕК А. В. Електричні машини. — М. Енергія, 1974, с. 367 і 368.

(72) Автор(и): Кім К. К. (UA)

(73) Власник(и): Петербурзький державний університет шляхів сполучення (UA)

Адреса для листування: 190031, Санкт-Петербург, Московський пр-т, 9, ПГУПС

(54) СИНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР ЗМІННОГО СТРУМУ

Винахід відноситься до електротехніки, а більш конкретно до електричних синхронних генераторів змінного струму. Технічний результат даного винаходу — поліпшення енергетичних характеристик синхронного генератора змінного струму. Сутність цього полягає в тому, що в синхронному генераторі змінного струму, що містить феромагнітний корпус, всередині якого жорстко закріплений феромагнітний статор, усередині корпусу розташований вал, спирається своїми кінцями на підшипники. Усередині корпусу розміщені обмотка змінного струму і обмотка збудження, а насаджений на вал ротор, який згідно винаходу виконаний у вигляді тора, складений з чергуються феромагнітних і немагнітних ділянок. При цьому обмотки змінного струму і збудження, жорстко закріплені відносно статора, навиті на ротор, якого зовні на корпусі жорстко закріплений статор приводного дугового з обмоткою двигуна змінного струму. 2 з.п. ф-ли, 1 іл.

ОПИС ВИНАХОДУ

Винахід відноситься до електротехніки, а більш конкретно до електричних синхронних генераторів змінного струму.

Відомі синхронні генератори, що складаються з феромагнітного з обмоткою статора змінного струму і феромагнітного ротора, закріпленого на валу, який за своїм кінцях забезпечений підшипниками, а один кінець вала кінчається муфтою для закріплення вала приводного двигуна (Вольдек А.В. Електричні машини. М. Енергія, 1974. — С. 367 та 368). Насаджений На вал феромагнітний ротор, який в пазах несе обмотку збудження, яка в свою чергу електрично з’єднаний з двома контактними кільцями, жорстко закріпленими на кінці валу. Запитывание обмотки збудження проводиться за допомогою електричних щіток, сполучених з мережею постійного струму і жорстко закріплених на нерухомій траверсе. Сукупність контактних кілець і щіток становить вузол ковзного струмознімання. Статорні обмотки генераторів даних підключають до мережі змінного струму, а обертають вал з допомогою приводного двигуна. Основним недоліком синхронних генераторів є те, що наявність сайту ковзного струмознімання, що складається з контактних кілець і щіток, що призводить до появи втрат енергії, а отже, до зниження ККД генератора.

Відомий синхронний генератор змінного струму, обраний в якості прототипу (Важнов А. В. Електричні машини. Л. Енергія, 1968. — С. 356-358), що містить феромагнітний корпус, всередині якого жорстко закріплений циліндричний феромагнітний статор, всередині якого розташований вал, спирається своїми кінцями на підшипники. Один кінець вала закінчується муфтою для приводного двигуна. На внутрішній поверхні статора в пазах розміщена статорна обмотка змінного струму, яка підключається до зовнішньої мережі. Насаджений На вал циліндричний ротор, в пазах якого розташована обмотка збудження, кінці якої електрично з’єднані з двома контактними кільцями, жорстко закріпленими на кінці валу. За контактним кільцям ковзають електричні щітки, встановлені на траверсі, яка жорстко закріплена на корпусі генератора. З допомогою щіток і контактних кілець виконується подача постійного струму в обмотку збудження.

Після запитывания обмотки збудження ротор з допомогою приводного двигуна починає обертання. В результаті взаємодії магнітного поля обмотки збудження і статорної обмотки в останній індукуються ЕРС і у зовнішню мережу починає надходити струм.

Основним недоліком прототипу є те, що втрати у вузлі ковзного струмознімання, що складається з контактних кілець і щіток, призводять до низького значення ККД генератора, що зумовлює погіршення енергетичних характеристик генератора.

Перед автором стояло завдання поліпшення енергетичних характеристик синхронного генератора змінного струму.

Технічний результат досягається за рахунок того, що в синхронному генераторі змінного струму, що містить феромагнітний корпус, всередині якого жорстко закріплений феромагнітний статор, усередині корпусу розташований вал, спирається своїми кінцями на підшипники, усередині корпусу розміщені обмотка змінного струму і обмотка збудження, а насаджений на вал ротор, який виконаний у вигляді тора, складений з чергуються феромагнітних і немагнітних ділянок, причому обмотки змінного струму і збудження, жорстко закріплені відносно статора, навиті на ротор, якого зовні на корпусі жорстко закріплений статор приводного дугового з обмоткою двигуна змінного струму, причому довжина феромагнітного ділянки ротора вибирається виходячи з умови одночасного перекриття їм і обмотки збудження і статорної обмотки, а статор приводного дугового двигуна розташований в нижній частині корпусу.

Порівняльний аналіз з прототипом показує, що генератор змінного струму відрізняється: 1) тороїдальної формою ротора; 2) складовою конструкцією ротора; 3) розташуванням обмоток; 4) використанням дугового статора.

Відмічені відмінності дозволяють відмовитися від вузла ковзного струмознімання, що складається з контактних кілець і щіток, тобто зменшити втрати енергії, іншими словами підвищити ККД генератора, а отже, поліпшити енергетичні характеристики синхронного генератора змінного струму.

Пропоноване пристрій показано на кресленні. У феромагнітному корпусі 1 жорстко встановлений феромагнітний статор 2, всередині якого жорстко закріплені обмотка змінного струму 3 і обмотка збудження 4. Всередині розточки статора встановлений вал 5, який своїми кінцями спирається на підшипники 6. Один кінець вала закінчується муфтою (не показана) для з’єднання з валом приводного двигуна (не показаний). Насаджений На вал 5 ротор 7 тороїдальної форми, що складається з чергуються феромагнітних 8 і немагнітних 9 (наприклад, із фторопласта) ділянок. На кресленні показаний варіант виконання синхронного генератора змінного струму з ротором, що складається з одного феромагнітного 8 і одного немагнітного 9 ділянок. На ротор 7 навиті: 1) обмотка збудження 4, яка живиться від джерела живлення — збудника (не показаний), що жорстко закріплена відносно корпуса 1 і виконана таким чином, що ротор 7 вільно проходить всередині неї (не торкаючись її внутрішніх стінок); 2) статорна обмотка 3, жорстко закріплені відносно корпусу 1 і поєднана із зовнішньою мережею. Зовні (в нижній частині корпусу 1) ротора 7 розташований статор 10 з обмоткою змінного струму 11 приводного дугового двигуна.

Робота пристрою відбувається наступним чином. При запитывании обмотки змінного струму 11, розташованої на статорі 10 приводного дугового двигуна, створюється змінне магнітне поле, взаємодія якого з вихровими струмами, наведеними у феромагнітних ділянках 8 ротора 7, призводить до виникнення обертаючого моменту — ротор 7 разом з валом 5 починає обертатися в підшипниках 6. Слід зазначити, що статор дугового двигуна 10 розташовується в нижній частині корпусу 1, тому, коли статор 2 знеструмлений, ротор 7 під дією сили тяжіння повертається таким чином, що феромагнітний ділянка 8 знаходиться над статором 10 приводного дугового двигуна.

Після запитывания обмотки збудження 4 остання створює магнітний потік, який замикається через феромагнітний ділянка 8 (феромагнітний матеріал не насичений — його магнітне опір мало) і зчіплюється з витками обмотки статора 3 (довжина феромагнітного ділянки вибирається виходячи з умови одночасного перекриття їм і обмотки збудження 4 і статорної обмотки 3). Після повороту ротора 7 між обмоткою збудження 4 і статорної обмотки 3 знаходиться немагнітний ділянка 9, магнітне опір якого велике. В результаті частка магнітного потоку, створеного обмоткою збудження 4 та зчепленого з обмоткою статора 3, зменшується і в обмотці статора 3 згідно із законом електромагнітної індукції індукується ЕРС, під дією якої в мережу починає надходити струм. При подальшому повороті ротора 7 процес повторюється.

У пропонованій конструкції обмотка збудження і статорна обмотка виконані нерухомими, тому відпадає необхідність у вузлі ковзного струмознімання, використання якого зумовлювало втрати енергії, зниження ККД генератора, а отже, погані енергетичні показники генератора.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Синхронний генератор змінного струму, що містить феромагнітний корпус, всередині якого жорстко закріплений феромагнітний статор, усередині корпусу розташований вал, спирається своїми кінцями на підшипники, усередині корпусу розміщені обмотка змінного струму і обмотка збудження, а насаджений на вал ротор, який відрізняється тим, що ротор виконаний у вигляді тора складається з чергуються феромагнітних і немагнітних ділянок, причому обмотки змінного струму і збудження, жорстко закріплені відносно статора, навиті на статор, якого зовні на корпусі жорстко закріплений статор приводного дугового з обмоткою двигуна змінного струму.

2. Синхронний генератор змінного струму за п. 1, який відрізняється тим, що довжина феромагнітного ділянки ротора вибирається виходячи з умови одночасного перекриття їм і обмотки збудження, і статорної обмотки.

3. Синхронний генератор змінного струму за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що статор приводного дугового двигуна розташований в нижній частині корпусу.

Короткий опис статті: генератори змінного струму Винаходи та технології. СИНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР ЗМІННОГО СТРУМУ.

Джерело: СИНХРОННИЙ ГЕНЕРАТОР ЗМІННОГО СТРУМУ

Також ви можете прочитати