ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ИСТОЧНИК

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве электромашинного источника постоянного тока.
Известен электромашинный источник постоянного тока, имеющий конструкцию, подобную конструкциям обычных синхронных генераторов со стандартной магнитной системой, содержащий сам генератор, выпрямитель, к выходу которого подключена нагрузка [1]. Данный генератор имеет компактную схему, что предопределило его применение в различных отраслях техники, однако качество выпрямленного напряжения невысокое из-за больших значений коэффициента пульсаций.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является электромашинный генератор постоянного тока, содержащий полюсы статора, обмотку якоря и ротор с постоянными магнитами, причем полюсы крепятся к станине статора, обмотка якоря разделена на катушки, каждая из которых размещена на соответствующем полюсе [2]. Данный генератор отличается повышенным качеством выпрямленного напряжения, однако уровень выходного напряжения невысок, ввиду малого числа полюсов и малого числа витков в катушках обмотки якоря.
Требуемый технический результат заключается в повышении уровня выходного напряжения.
Требуемый технический результат достигается тем, что в электромашинном высоковольтном источнике, содержащим станину статора, блок полюсов, закрепленных на станине, обмотку якоря, разделенную на катушки, каждая из которых размещена на соответствующем полюсе, схему выпрямления, подключенную к обмотке якоря и соединенную с шинами
постоянного тока и ротор с постоянными магнитами, блок полюсов размещен равномерно по всей внутренней поверхности развертки станины в виде рядов, при этом число полюсов в любом ряду по длине развертки станины равно m, где m=1, 2, 3, ..., а число рядов по высоте развертки станины равно n, где n=1, 2, 3, ...; схема выпрямления выполнена из n однофазных мостовых выпрямителей; катушки одноименных полюсов всех рядов соединены последовательно и согласно и образуют последовательную цепь, подключенную к входу соответствующего однофазного мостового выпрямителя, причем минусовой выход первого из указанных выпрямителей подключен к минусовой клемме, а плюсовой n-го выпрямителя соединен с плюсовой клеммой шин постоянного тока, при этом выходы указанных выпрямителей между первым и последним соединены последовательно.
На фиг.1 представлена схема размещения блока полюсов на внутренней поверхности развертки станины статора. На фиг.2 показана схема включения катушек полюсов первых трех рядов обмотки якоря.
1
2
n
1
2
n
1
2,
n
1
2
n
Источник содержит (фиг.1) станину статора 1, блок полюсов 2, состоящий из n рядов, где n=1, 2, 3, ..., в каждом из которых m полюсов, размещенных по длине развертки станины (2-1, 2-2, ..., 2-m), на каждом из которых размещены катушки полюсов w, w, ...,w обмотки якоря 3, образующие последовательные цепи: 3-1, 3-2, 3-3 (фиг.2), схему выпрямления 4, содержащую однофазные мостовые выпрямители: 4-1, 4-2, 4-3 и шины постоянного тока 5 с минусовой клеммой 5-1 и плюсовой клеммой 5-2, причем последовательная цепь 3-1 образована при последовательном и согласном включении катушек w, w, ..., w первых полюсов 2-1 каждого из рядов и соединена с входом однофазного мостового выпрямителя 4-1 схемы выпрямления 4; последовательная цепь 3-2 образована при соединении катушек w, w..., w вторых полюсов 2-2 каждого ряда и соединена с входом однофазного мостового выпрямителя 4-2 схемы выпрямления 4 и последовательная цепь 3-3 образована при последовательном и согласном соединении катушек w, w, ..., w третьих
полюсов 2-3 каждого ряда и соединена с входом однофазного мостового выпрямителя 4-3 схемы выпрямления 4, причем минусовой выход выпрямителя 4-1 соединен с минусовой клеммой 5-1, плюсовой выход выпрямителя 4-3 соединен с плюсовой клеммой 5-2 шин постоянного тока 5, плюсовой выход выпрямителя 4-1 соединен с минусовым выходом 4-2, плюсовой выход выпрямителя 4-2 соединен с минусовым выходом выпрямителя 4-3, т.е. все выпрямителя соединены между собой последовательно.
w
Если считать, что ЭДС одной катушки равно е, а рядов только три, то ЭДС любой последовательности цепи будет равна
Если число рядов будет равно n, то ЭДС цепи будет равна
вых
В соответствии со схемой, показанной на фиг.2 выходное значение ЭДСe можно найти по формуле
ц1
где e - ЭДС катушек первых полюсов;
ц2
e - ЭДС катушек вторых полюсов;
ц3
e - ЭДС катушек третьих полюсов.
1
2
mn
Источник работает следующим образом. При вращении ротора с постоянными магнитами во всех катушках w, w, ..., w обмотки якоря 3, расположенных на полюсах рядов 1 ... n, возникнут ЭДС, при этом ее суммарная величина определяется по формуле (2). Под действием указанной ЭДС на входе (не обозначено) схемы выпрямления 4 появиться напряжение, которое выпрямляется и поступает на шины постоянного тока 5. Переходя от мгновенных значений ЭДС к действующим, запишем значение ЭДС i-ой катушки
i
где f - частота ЭДС; w - число витков катушки i-го полюса; Ф - магнитный поток, создаваемый ротором с постоянными магнитами.
При числе катушек n в любой последовательной цепи и числе полюсов в каждом ряду равным m, находим, что общее число витков обмотки якоря 3 будет равно
а действующее значение ЭДС обмотки определяется по формуле
об
Переходя от ЭДС обмотки к действующему значению напряжения обмотки U, имеем
где ΔU - падение напряжения на всех участках всех последовательных цепей обмотки якоря 3.
схv
d
Учитывая, что коэффициент схемы выпрямления 4 по напряжению равен К=0,9 можно найти значение выпрямленного напряжения U, т.е. напряжение на шинах постоянного тока 5,
Таким образом, увеличивая число полюсов на поверхности развертки станины статора и увеличивая число витков катушки каждого из полюсов можно получить требуемое значение постоянного напряжения в диапазоне от сотен вольт до киловольт, чем и достигается постоянный требуемый результат.
Источники, принятые во внимание
[1]. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М., ВШ., 1982, стр.114, рис.3.2.
[2]. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами. М., Энергоатомиздат., 1988, стр.28, рис.1.24.