СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использована при создании систем электроснабжения транспортных средств.
Наиболее близким к полезной модели устройством является система генерирования постоянного тока, содержащая трехфазный синхронный электрический генератор с двумя комплектами якорных обмоток, каждая из которых подключена к входам одного из двух выпрямителей, выполненных по мостовой схеме (1). Выходы выпрямителей соединены параллельно и образуют выход генератора. На выходе выпрямительных мостов формируется выпрямленное напряжение с пульсностью 12. Устройство имеет низкий коэффициент использования обмоток по току и, следовательно, значительную габаритную мощность секций обмоток и плохие масса-габаритные показатели. Данный недостаток объясняется тем, что выпрямительные мосты работают попеременно с интервалами π/6, и ток через каждую фазную обмотку секции на полупериоде напряжения имеет форму двух импульсов (длительностью π/6 и паузой между импульсами π/6). При этом действующее значение фазного тока составляет 0,577 от величины постоянной составляющей выпрямленного тока.
Кроме того, из-за значительных искажений эквивалентного фазного тока, определяющего реакцию якоря генератора, устройство имеет большие потери в секциях обмоток (от поверхностного эффекта и эффекта близости) и в диодах выпрямительных мостов (из-за большой величины действующего значения протекающего через них тока), что ведет к снижению КПД системы.
В известном устройстве (1) фазные секции обмоток расположены в разных пазах статора таким образом, что их магнитные оси пространственно сдвинуты на угол π/6 электрических градусов (для образования фазового сдвига между фазными напряжениями этих обмоток на угол 30 эл. Град.). Однако такое решение требует обязательного увеличения числа пазов, следствием чего является увеличение диаметра машины и ухудшение ее масса-габаритных показателей.
Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является улучшение масса-габаритных показателей и повышение КПД устройства.
Технический результат достигается тем, что в системе генерирования постоянного тока, содержащей трехфазный двухобмоточный трансформатор тока и трехфазный генератор переменного тока с двумя комплектами якорных обмоток с одинаковым линейным напряжением, якорные обмотки первого комплекта соединены с первыми обмотками трансформатора тока пофазно согласно последовательно, образуя три первые фазные секции, соединенные по схеме «звезда», а якорные обмотки второго комплекта соединены с вторыми обмотками трансформатора тока пофазно встречно последовательно, образуя три вторые фазные секции, соединенные по схеме «треугольник», выходы первой и второй фазных секций подключены соответственно к входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно, при этом число витков якорных обмоток и вторых обмоток трансформатора тока каждой из вторых фазных секций в √3 раз больше числа витков якорных обмоток и первых обмоток трансформатора тока каждой из первых фазных секций соответственно, при этом якорные обмотки всех фазных секций уложены в пазах с соблюдением совпадения их магнитных осей, причем якорные обмотки всех фазных секций могут быть пофазно уложены в общих пазах, а трехфазный трансформатор тока может быть выполнен на трех однофазных магнитопроводах либо на одном трехфазном.
На Фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства.
На Фиг.2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу схемы.
Система генерирования постоянного тока (Фиг.1) содержит трехфазный двухобмоточный трансформатор тока и трехфазный генератор переменного тока с двумя комплектами якорных обмоток с одинаковым линейным напряжением. Якорные обмотки 1, 2, 3 первого комплекта соединены с первыми обмотками 4, 5, 6 трансформатора тока пофазно согласно последовательно, образуя три первые фазные секции, соединенные по схеме «звезда». Якорные обмотки 7, 8, 9 второго комплекта соединены со вторыми обмотками 10, 11, 12 трансформатора тока пофазно встречно последовательно, образуя три вторые фазные секции, соединенные по схеме «треугольник». Выходы первой и второй фазных секций обмоток подключены соответственно к входам одного из двух трехфазных выпрямителей 13, 14, выходы которых соединены параллельно. Число витков якорных обмоток 7, 8, 9 и вторых обмоток 10, 11, 12 трансформатора тока каждой из вторых фазных секций в √3 раз больше числа витков якорных обмоток 1, 2, 3 и первых обмоток 4, 5, 6 трансформатора тока каждой из первых фазных секций соответственно. Якорные обмотки 1-3 и 7-9 всех фазных секций пофазно уложены в пазах с соблюдением совпадения их магнитных осей, при этом они могут быть размещены в общих пазах. Трехфазный трансформатор тока может быть выполнен на трех однофазных магнитопроводах либо на одном трехфазном. Первая фазная секция обмоток и выпрямитель 13 образуют первый преобразовательный (выпрямительный) канал, а вторая фазная секция обмоток и выпрямитель 14 - второй.
Рабочие процессы в системе генерирования поясняются временными диаграммами на фиг.2, где показаны:
- на фиг.2 а фазное 15, линейное 16 напряжения и фазный ток 17 первых фазных секций обмоток (1, 2, 3) 1-го канала преобразования (выпрямления) системы генерирования;
- на фиг.2 б фазное (оно же линейное) напряжение 18 линейный 19 и фазный 20 токи вторых фазных секций обмоток (7, 8, 9) 2-го канала преобразования (выпрямления) системы генерирования;
- на фиг.2 в ток 21 в резистивной нагрузке и ток 22 непосредственно на выходе моста 13;
- на фиг.2 г ток 23 в резистивной нагрузке и ток 24 непосредственно на выходе моста 14.
Благодаря введению трехфазного двухобмоточного трансформатора тока достигаются следующие технические результаты:
- максимальное значение тока в каждом канале вдвое меньше максимального значения тока нагрузки;
- токи между двумя каналами делятся строго пополам.
Ток в первых и вторых фазных секциях имеет трехступенчатую форму (3 ступени на четверти периода - см. фиг.2) с 6 интервалами квантования на полупериоде и с паузой на нуле в один интервал квантования. Искажения этих токов сведены к минимуму: коэффициент гармоник тока с такой формой равен 0,152. Действующее значение тока в каждой фазе первой секции обмоток, соединенной по схеме «звезда», составляет 0,381 от максимального значения тока в секции обмоток.
Во второй секции фазных обмоток, соединенных по схеме «треугольник», максимальное и действующее значения тока в √3 раз меньше, и составляет 0,180 от постоянной составляющей тока нагрузки. Габаритные мощности обеих секций обмоток одинаковы.
Из-за снижения действующего значения тока через вентили мостов 13 и 14 (порядка 1,5 раз), потери в них уменьшены в 2,25 раза и, как следствие, масса охладителей снижена примерно в 2 раза.
Размещение якорных обмоток в общих пазах позволило сократить число пазов и уменьшить диаметр машины, что положительно сказалось на ее масса-габаритных показателях.
Благодаря введению двухобмоточного трансформатора тока площадь паза для фазных секций обмоток уменьшена на 33%. При этом (при той же мощности) соответственно может быть увеличен внутренний диаметр расточки статора и, следовательно, уменьшена длина машины и снижена общая масса генератора (примерно на 10...15%).
Полезная модель может найти широкое применение при проектировании систем электроснабжения постоянного тока.
Составитель описания: Мыцык Г.С.
«Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения» И.М.Рожнов, А.М.Русаков., А.М.Сугробов, П.А.Тыричев, М. МЭИ стр.29, рис.15з).