БЕСКОНТАКТНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве источника постоянного тока для питания аппаратуры, предъявляющий повышенные требования к качеству напряжения.
Известен генератор постоянного тока, содержащий одноименную однополюсную электрическую машину с коаксиальными катушками возбуждения, расположенными на статоре, якорь, в пазах которого расположены проводящие стержни якорной обмотки и контактные пальца, установленными на якоре [1]. Достоинствами названного генератора являются: простота коммутации тока, высокий КПД и возможность получения больших токов, однако ему свойственны и недостатки, среди которых основным является наличие контактных колец и щеток.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является бесконтактный генератор постоянного тока, содержащий статор с пазами в которых размещена многофазная обмотка, ротор с постоянными магнитами, многофазный выпрямительный блок подключенный к указанной обмотке и шины постоянного тока [2]. Данный генератор имеет простую конструкцию и является бесконтактным, что и обусловило широкий диапазон его использования, однако среди его недостатков- высокий уровень пульсаций выпрямленного напряжения, что ограничивает его применение для питания радиоэлектронной аппаратуры, предъявляющей высокие требования к уровню пульсаций напряжения на входе.
Требуемый технический результат заключается в повышении выпрямленного напряжения за счет увеличения числа фаз статорной обмотки, напряжения которых используются для питания выпрямительного блока.
Требуемый технический результат достигается тем, что в бесконтактном генераторе постоянного тока, содержащем статор в z пазах которого размещена m - фазная обмотка статора, причем z и m - целые числа и m<z, ротор из постоянных магнитов, m - фазный выпрямительный блок, подключенный к указанной обмотке и шины постоянного тока, соединенные с указанным блоком, m - фазная обмотка статора разделена на z отдельных однофазных секций с одинаковым числом витков, каждая из которых размещена на отдельном зубце статора, а упомянутый выпрямительный блок выполнен в виде z однофазных схем выпрямления, вход каждой из которых подключен к соответствующей однофазной секции, при этом выход каждой однофазной схемы выпрямления подсоединен к шинам постоянного тока.
На фиг.1 изображена структурная схема генератора. На фиг.2 показано сечение горизонтальной плоскости генератора. На фиг.3 представлена схема генератора.
Генератор (фиг.1) содержит статор! на зубцах 2 которого расположены однофазные секции обмотки 3, ротор из постоянных магнитов 4, выпрямительный блок составленный из однофазных схем выпрямления 5, шины постоянного тока 6. К указанным шинам подключены потребители постоянного тока 7. Зубцы 2 крепятся (фиг.2) к станине статора 8, ротор 4 расположен в расточке статора 1, и насажен на вал 9, однофазные секции обмотки 3 надеты на зубцы 2, при этом каждая из них соединена с соответствующей однофазной схемой выпрямления выпрямительного блока 5, а выходы названых схем выпрямления соединены с шинами постоянного тока 6, к которым параллельно подключены потребителями постоянного тока 7. На фиг.3 представлено: статор 1 с зубцами: 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 закрепленных на станине 8 (фиг.2), при этом на каждой из зубцов 10...21 надета отдельная однофазная секция: 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 и 33 обмотки 3 (фиг.1), к которым подключены входы соответствующих однофазных схем выпрямления: 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 и 45 выпрямительного блока 5 (фиг.1), а выходы указанных схем выпрямления подключены к шинам постоянного тока 6. Зубцы 2 статора 1 (фиг.1) набираются из листов электротехнической стали подобно полюсам в синхронном генераторе и по аналогии с полюсами крепятся к станине 8 (фиг.2). Угол сдвига зубцов в пространстве равен
где р - число пар полюсов.
Между поверхностями зубцов 2 и ротора (фиг.2) образован воздушный зазор, величина которого обеспечивает свободное вращение ротора 4 в расточке статора 1. Обмотка статора 3 (фиг.1), состоящая из секций выполняется по типу обмоток возбуждения синхронных машин или машин постоянного тока и крепятся теми же способами. Однофазные схемы выпрямления 34...45 (фиг.3) выпрямительного блока 5 (фиг.1) могут быть как одно- так и двухполупериодными; они выполняются на обычных кремниевых диодах. Если схемы выпрямления 34...45 (фиг.3) выпрямительного блока 5 (фиг.1) выполнены двухполупериодными, то общий коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на шинах постоянного тока 6 равен
где m=12, так как зубцов (пазов) z=12. Ротор 4 выполнен из постоянных магнитов по аналогии с роторами двигателей постоянного тока с постоянными магнитами.
Бесконтактный генератор постоянного тока работает следующим образом. Если генератор собран правильно, то на статоре 1 установлены зубцы 2, на каждый из которых надета секция обмотки 3 и при вращении ротора 4 каким-либо устройством, секции обмотки 3 будут пересекаться силовыми магнитными линиями потока Ф, потому в них будет наводиться ЭДС равная
i
E - ЭДС i-той секции надетой на i-ый зубец; f=pn/60 - частота; га-частота вращения ротора 4. Ввиду того, что секции 22...33 обмотки 3 имеет одинаковое число витков, то полученные ЭДС будут равны по величине, т.е.
Созданные ЭДС получают на входы однофазных схем выпрямления 34...45 выпрямительного блока 5, в которых переменный ток преобразуется в постоянный ток и выпрямленные напряжения поступают на шины постоянного тока 6 от которых получают электроэнергию потребители 7. Так как при передаче электрической энергии от секций обмотки 3 к потребителям 7 неизбежны потери, то процесс передачи электрической энергии можно интерпретировать мнемонической формулой, вида
~
П
Тр
где ΔU - падение напряжения, к - требуемое значение коэффициента пульсаций, определяемый по формуле (2); откуда следует, что увеличивая число зубцов 2 с секциями обмоток 3 можно получить любое значение коэффициента пульсаций.
Сравнение данного генератора с прототипом показывает, что конструкция предлагаемого устройства проще, акоэффициент пульсаций меньше в 19 раз.
П ПР
где к- коэффициент пульсации прототипа.
Источники, принятые во внимание
1. Специальные электрические машины. Кн2. Под ред. Б.Л.Алиевского М., Энергоатомиздат, 1993, стр68, рис.8.29
2. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока М., ВШ., 1982, стр114, рис.3.2