Регулируемый источник постоянного тока

Предлагаемая полезная модель относится к синхронным генераторам и может быть использована для выработки постоянного тока.
Известен генератор постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения, являющийся электрической машиной постоянного тока, который содержит постоянные электромагниты, выполняющие функцию полюсов, с обмоткой возбуждения, якорь с обмоткой, коллектор со щетками, укрепленный на валу якоря. Обмотка возбуждения получает питание от дополнительного источника постоянного тока независимо от обмотки якоря, при вращении которого в обмотке якоря наводится ЭДС, снимаемая щетками с коллектора (Кузнецов М.И. Основы электротехники / М.И. Кузнецов. - М.: Высшая школа, 1964. - С. 350, 352).
В качестве основного недостатка описанного генератора постоянного тока с независимой обмоткой возбуждения можно отметить повышенный расход электрической энергии на дополнительный источник питания постоянного тока, так как для работы генератора необходимо подавать постоянное напряжение на обмотку возбуждения для создания магнитного потока. Кроме того, данный генератор имеет пониженную надежность, так как для снятия выработанной ЭДС требуется наличие коллектора и щеток, что в свою очередь увеличивает экономические затраты.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является шаговый двигатель, содержащий ротор, на котором расположены постоянные магниты, выполняющие функцию полюсов, и статор, на котором расположены отдельные обмотки. Каждая обмотка связана с изолированным источником постоянного напряжения и с системой управления. Питание постоянным током подается на каждую обмоток отдельно, причем поочередно с помощью системы управления, что обеспечивает шаговое движение ротора и его фиксацию при обесточенных обмотках. Шаг двигателя зависит от количества обмоток (Емельянов А.В. Шаговые двигатели: учеб. пособие / А.В. Емельянов, А.Н. Шилин. - Волгоград: ВолгГТУ, 2005. - С. 6, рис. 2, 3). Данный двигатель может работать как генератор, если изменить схему включения обмоток и вращать ротор от внешнего источника механической энергии.
Основным недостатком этого устройства является отсутствие выработки напряжения ввиду обеспечения движения ротора только при поступлении извне постоянного напряжения от изолированного источника на обмотки в определенной последовательности, что связано с дополнительным расходом электрической энергии.
Представленная полезная модель регулируемого источника постоянного тока решает проблему выработки напряжения при отсутствии изолированного источника постоянного напряжения на каждой обмотке.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что в регулируемом источнике постоянного тока, содержащем ротор, на котором расположены постоянные магниты, выполняющие функцию полюсов, и статор, на котором расположены обмотки, согласно полезной модели ротор выполнен принудительно вращающимся внешним источником механической энергии для наведения в обмотках статора переменного напряжения. Еоличество обмоток на статоре четное и равно количеству полюсов на роторе. Дциаметрально противоположные обмотки соединены между собой параллельно, и их начала подключены к выпрямительному мосту, а концы всех параллельно соединенных обмоток объединены между собой.
Обеспечение возможности исключения изолированного источника постоянного напряжения на каждой обмотке обусловлено тем, что на обмотках в генераторном режиме от вращения постоянных магнитов, находящихся на роторе, наводится ЭДС в обмотках, которая снимается с обмоток прямо на нагрузку.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема расположения постоянных магнитов на роторе и обмоток на статоре, на фиг. 2 -принципиальная схема регулируемого источника постоянного тока; на фиг. 3 представлены графики зависимостей генерируемого тока на обмотках статора от времени; на фиг. 4 представлены графики зависимостей переменного тока между входами выпрямительного моста от времени; на фиг. 5 показан порядок включения тиристоров выпрямительного моста и показана зависимость выпрямленного тока на нагрузке при параллельном соединении обмоток статора.
Кроме того, на чертеже использованы следующие обозначения:
- L1-L4 - обмотки статора;
- T1-Т4 - тиристоры;
- N - северный полюс постоянного магнита;
- S - южный полюс постоянного магнита;
- • - начала обмоток статор;
- Р - ротор;
- С - статор;
- I - переменный ток;
- Id - постоянный ток;
- t - время;
- t1-t3 - моменты времени.
Регулируемый источник постоянного тока содержит ротор, на котором расположены постоянные магниты, выполняющие роль полюсов, и статор, на котором расположены обмотки. Ротор выполнен принудительно вращающимся внешним источником механической энергии для наведения в обмотках статора переменного напряжения. Количество обмоток на статоре четное и равно количеству полюсов на роторе. Диаметрально противоположные обмотки соединены между собой параллельно, и их начала подключены к выпрямительному мосту, а концы всех параллельно соединенных обмоток объединены между собой.
Пример выполнения регулируемого источника постоянного тока, содержащего две пары обмоток статора, соединенных параллельно, и две пары полюсов.
Регулируемый источник постоянного тока содержит ротор 1 (Р), на валу которого расположены два подковообразных постоянных магнита 2, выполняющие функции двух пар полюсов S - N, и статор 3 (С), на котором расположены четыре обмотки - обмотка 4 (L1), являющаяся четной, обмотка 5 (L2), являющаяся нечетной, обмотка 6 (L3), являющаяся четной, обмотка 7 (L4), являющаяся нечетной. Таким образом, количество обмоток - 4 (L1), 5 (L2), 6 (L3), 7 (L4) - на статоре 3 (С) четное и равно количеству полюсов на роторе 1 (Р).
Диаметрально противоположные обмотки 4 (L1) и 6 (L3) соединены между собой параллельно. Начала обмоток 4 (L1) и 6 (L3) объединены и подключены к входу 8 выпрямительного моста, связанному с тиристорами 9 (Т1) и 10 (Т2).
Диаметрально противоположные обмотки 5 (L2) и 7 (L4) также соединены между собой параллельно. Начала обмоток 5 (L2) и 7 (L4) объединены и подключены к входу 11 выпрямительного моста, связаному с тиристорами 12 (ТЗ) и 13 (Т4).
Концы всех параллельно соединенных обмоток 4 (L1), 5 (L2), 6 (L3), 7 (L4) объединены между собой.
Выход 14 выпрямительного моста подключен к входу нагрузки 15 (R), а выход 16 выпрямительного моста подключен к выходу нагрузки 15 (R) (фиг. 1, 2).
Работа регулируемого источника постоянного тока происходит следующим образом.
При вращении ротора1 (Р) находящиеся на нем постоянные магниты 2 с двумя парами полюсов S-N в обмотка статора 4 (L1), 5 (L2), 6 (L3), 7 (L4) наводят переменный ток (фиг. 3). При этом на обмотках статора 3 (С) 4 (L1), 6 (L3) и 5 (L2), 7 (L4) происходит попарное сложение выработанной величины тока (фиг.4).
При подаче на входы 8, 11 выпрямительного моста в момент времени t1 открыты тиристор 9 (Т1) и тиристор 13 (Т4). В момент времени t2 тиристор 9 (Т1) и тиристор 13 (Т4) закрываются, а тиристор 12 (Т3) и тиристор 10 (Т2) открыты. В момент времени t3 как и в момент времени tl, тиристор 12 (Т3) и тиристор 10 (Т2) закрываются, а тиристор 9 (Т1) и тиристор 13 (Т4) открыты, и процесс повторяется дальше (фиг. 5).
Из вышесказанного видно, что представленная полезная модель, способна создавать постоянный ток двойной величины без использования дополнительных источников питания за счет параллельного соединения обмоток статора, кроме того за счет наличия тиристоров в выпрямительном мосту присутствует возможность регулирования величины пропускаемого напряжения за счет изменения угла открытия тиристоров.