Синус-косинусный двухфазный генератор
SINE COSINE TWO-PHASE GENERATOR

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно, к двухфазным генераторам переменного напряжения с повышенной генерируемой мощностью.
Известен трехфазный синхронный генератор, содержащий ротор, на валу которого расположены полюсы с прикрепленными к ним катушками возбуждения, к которым подключен источник постоянного напряжения, и статор, в пазах которого уложены обмотки переменного тока. Источник постоянного напряжения, необходимый для питания катушек возбуждения полюсов ротора, подключен к последним через два кольца на роторе и подвижные щеточные контакты (Кузнецов М.И. Основы электротехники / М.И. Кузнецов. - М.: Высшая школа, 1964. - С. 332-333).
Однако описанный трехфазный синхронный генератор имеет следующие недостатки; дополнительный расход электрической энергии на источник постоянного напряжения, необходимый для питания катушек возбуждения полюсов ротора; низкая надежность вследствие наличия подвижных щеточных контактов для подачи питающего постоянного напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является вентильный двигатель постоянного тока, содержащий ротор, на котором расположены постоянные магниты, выполняющие функцию полюсов, и статор, на котором расположены три катушки возбуждения. Каждая катушка подключена к выпрямительному тиристорному мосту от дополнительного источника питания постоянного тока (Прохоров С.Г. Электрические машины: учебное пособие. - Ростов н/Д: Феникс, 2012 - с. 230-231).
Основными недостатками этого устройства являются отсутствие генерации однофазного переменного напряжения ввиду обеспечения движения ротора только при поступлении извне постоянного напряжения от изолированного источника на обмотки статора в определенной последовательности, что связано с дополнительным расходом электроэнергии, и пониженная надежность вследствие сложности конструкции.
В основе изобретения лежит техническая проблема обеспечения одновременной генерации однофазного переменного напряжения в виде синусоиды и косинусоиды с повышенным значением мощности без использования дополнительного источника питания и выпрямительного тиристорного моста при повышении надежности за счет упрощения конструкции устройства.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что в синус-косинусном двухфазном генераторе, содержащем ротор, на котором расположены постоянные магниты, выполняющие функцию полюсов, и статор, на котором расположены обмотки статора, ротор выполнен принудительно вращающимся внешним источником механической энергии для наведения в обмотках статора переменного напряжения. Количество обмоток на статоре четное и в четыре раза больше, чем количество пар полюсов на роторе, а диаметрально противоположные обмотки статора соединены между собой последовательно встречно или параллельно сонаправленно.
Обеспечение одновременной генерации однофазного переменного напряжения в виде синусоиды и косинусоиды с повышенным значением мощности без использования дополнительного источника питания постоянного напряжения и выпрямительного тиристорного моста при повышении надежности устройства без значительного усложнения конструкции обусловлено группировкой обмотки статора между собой в пары и соединением их последовательно встречно или параллельно сонаправленно, которое позволяет суммировать созданные на них напряжение или ток. При этом наведение на обмотках статора переменное напряжение в генераторном режиме от вращения постоянных магнитов, находящихся на роторе, снимается с обмоток статора прямо на нагрузку, позволяет исключить дополнительный источник питания для обмоток статора.
Количество катушек возбуждения на cтаторе четное и в четыре раза большее, чем количество пар полюсов на роторе, что позволяет повысить мощность генератора.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема расположения постоянных магнитов на роторе и обмоток на статоре синус-косинусного двухфазного генератора; на фиг. 2 изображено последовательное соединение обмоток статора; на фиг. 3 представлено параллельное соединение обмоток статора; на фиг. 4 показаны графики зависимости генерируемого напряжения на обмотках статора от времени; на фиг. 5 показаны синусоида и косинусоида генерируемого напряжения между входом и выходом последовательно соединенных обмоток статора; на фиг. 6 показаны синусоида и косинусоида генерируемого напряжения между входом и выходом параллельного соединенных обмоток статора.
Кроме того, на чертеже использованы следующие обозначения:
- L1 - L4 - обмотки статора;
- N - северный полюс постоянного магнита;
- S - южный полюс постоянного магнита;
- • - начало обмотки;
- Р - ротор;
- С - статор;
- u - создаваемое переменное напряжение;
- t - время.
Синус-косинусный двухфазный генератор содержит ротор, на котором расположены постоянные магниты, выполняющие функцию полюсов, и статор, на котором расположены обмотки статора. Ротор выполнен принудительно вращающимся внешним источником механической энергии для наведения в обмотках статора переменного напряжения. Количество обмоток статора на статоре четное и в четыре раза больше, чем количество пар полюсов на роторе. Диаметрально противоположные обмотки статора соединены между собой последовательно встречно или параллельно сонаправленно.
Пример выполнения синус-косинусного двухфазного генератора с последовательно встречным соединением диаметрально противоположных обмоток статора, причем количество обмоток статора - две пары, а количество пар полюсов - одна (фиг. 1, 2).
Синус-косинусный двухфазный генератор с последовательно встречным соединением диаметрально противоположных обмоток статора содержит ротор 1 (Р), на валу которого расположен постоянный магнит 2, выполняющий функцию северного и южного полюсов, и статор 3 (С), на котором расположены первая 4 (L1), вторая 5 (L2), третья 6 (L3), четвертая 7 (L4) обмоток статора. Ротор 1 выполнен принудительно вращающимся внешним источником механической энергии (на чертеже не показан) для наведения в обмотках статора переменного напряжения. Количество обмоток статора на статоре 3 (С) четное, то есть их четыре, и в четыре раза больше, чем количество пар полюсов на роторе 1 (Р), где одна пара полюсов. Конец первой обмотки 4 (L1) соединен с концом третей обмотки 6 (L3). Начало первой обмотки 4 (L1) выведено на контакт 8. Начало третей обмотки 6 (L3) выведено на контакт 9. Конец второй обмотки 5 (L2) соединен с концом четвертой обмотки 7 (L4). Начало второй обмотки 5 (L2) выведено на контакт 10. Начало четвертой обмотки 7 (L4) выведено на контакт 11.
Пример выполнения синус-косинусного двухфазного генератора с параллельно сонаправленным соединением диаметрально противоположных обмоток статора, причем количество обмоток статора - две пары, а количество пар полюсов - одна (фиг. 1, 3).
Синус-косинусный двухфазный генератор с параллельно сонаправленным соединением диаметрально противоположных обмоток статора, причем количество обмоток статора - две пары, а количество пар полюсов - одна.
Синус-косинусный двухфазный генератор с параллельно сонаправленным соединением диаметрально противоположных обмоток статора содержит ротор 1 (Р), на валу которого расположен постоянный магнит 2, выполняющий функцию северного и южного полюсов, и статор 3 (С), на котором расположены первая 4 (L1), вторая 5 (L2), третья 6 (L3), четвертая 7 (L4) обмоток статора. Ротор 1 выполнен принудительно вращающимся внешним источником механической энергии (на чертеже не показан) для наведения в обмотках статора переменного напряжения. Количество обмоток на статоре 3 (С) четное, то есть их четыре, и в четыре раза больше, чем количество пар полюсов на роторе 1 (Р), где одна пара полюсов. Начало первой обмотки 4 (L1) и конец третей обмотки 6 (L3) объединены между собой и соединены с контактом 8. Конец первой обмотки 4 (L1) и начало третей обмотки 6 (L3) объединены между собой и соединены с контактом 9. Начало второй обмотки 5 (L2) и конец четвертой обмотки 7 (L4) объединены между собой и соединены с контактом 10. Конец второй обмотки 5 (L2) и начало четвертой обмотки 7 (L4) объединены между собой и соединены с контактом 11.
Синус-косинусный двухфазный генератор с параллельным сонаправленным соединением диаметрально противоположных обмоток статора работает следующим образом.
При вращении ротора 1 (Р) находящиеся на нем постоянный магнит 2 с одной парой полюсов наводит в обмотках статора 4 (L1), 5 (L2), 6 (L3), 7 (L4) переменное напряжение (фиг. 4). Между контактами 9, 8, и 11, 10 создается переменное напряжение, причем на контактах 9, 8 - синусоида с повышенным значением тока (мощности), а на контактах 11, 10 - косинусоида с повышенным значением тока (мощности) (фиг. 5).
Синус-косинусный двухфазный генератор с параллельно сонаправленным соединением диаметрально противоположных катушек возбуждения работает следующим образом.
При вращении ротора 1 (Р) находящиеся на нем постоянный магнит 2 с одной парой полюсов наводит в обмотках статора 4 (L1), 5 (L2), 6 (L3), 7 (L4) переменное напряжение (фиг. 4). Между контактами 9, 8, и 11, 10 создается переменное и согласно ориентированное напряжение (фиг. 6), причем на контактах 9, 8 - синусоида с повышенным значением тока (мощности), а на контактах 11, 10 - косинусоида с повышенным значением тока (мощности).
Таким образом, предложенное устройство способно генерировать двухфазное переменное напряжение с удвоенной величиной напряжения или тока в виде синусоиды и косинусоиды без использования дополнительных источников питания постоянного тока для обмоток возбуждения и вентильного моста, что значительно снижает стоимость предлагаемого устройства.