ГЕНЕРАТОР ВЕНТИЛЬНОГО ТИПА
GENERATOR OF VALVE TYPE

Известны генераторы вентильного типа, где начальное магнитное поле возбуждения передается по цепи в обмотку, которой предстоит генерация, с выхода через какой-то буфер-накопитель емкостно-индуктивного типа. Обмотка в момент сдвижения группы полюсов, на которых она расположена, коммутаторами (транзисторами, щетками) соединяется с «+» и «-» выхода, получая импульс тока. В момент, когда полюса начнут размыкаться, коммутаторы выключаются и обмотка генерирует. (US patent 5705918, Кузнецов «Вентильно-индукторные двигатели», МЭИ, 2003 г., ru 2179779, info@kaskod.ru).
Начальное магнитное поле возбуждения происходит от аккумулятора или от остаточной намагниченности магнитопровода.
Недостаток этих схем в том, что у обмоток нет общего контура возбуждения для управляющего воздействия, отсутствие обратной связи и возбуждения по току.
Цель изобретения - уменьшить количество элементов коммутации, упростить управление, расширить область применения.
Указанная цель достигается тем, что рабочие обмотки образуют цепь возбуждения и последовательно соединены между собой через диоды возбуждения, которые соединяют конец одной обмотки с началом другой, к началу первой и к концу последней подключен источник питания цепи возбуждения, так что диод возбуждения последней обмотки включен встречно с напряжением питания источника возбуждения, а все остальные - попутно, выходы на нагрузку подключены один к началу, другой к концу каждой обмотки через силовые диоды, включенные встречно к диодам возбуждения. Появляется возможность по контуру из обмоток пустить ток, источником может быть запитанный с выхода генератора инвертор, микрогенератор, аккумулятор. При этом часть обмоток со своей группой полюсов работает в режиме генерации, компенсируя своим током убывающий магнитный поток, другая часть в режиме двигателя (пассивные обмотки) - подкручивая генератор и создавая противоЭДС первой группе. За цикл оборота сумма ЭДС генерации и противоЭДС равны, но из-за активного сопротивления контур нуждается в небольшой подпитке от источника питания: инвертора, микрогенератора, аккумулятора.
Рабочие обмотки имеют выводы возбуждения, которые через управляемые вращением вала коммутаторы возбуждения подключаются к выходу генератора - общей точке силовых диодов, подключенных к началам обмоток - это увеличивает надежность. В момент коммутации одной из пассивных обмоток образуется цепь из генерирующей и пассивной обмоток, при этом в пассивной вынужденно растет ток и магнитный поток так, чтобы уравнять своей противоиндукцией ЭДС генерирующей обмотки. Число витков при этом в пассивной обмотке меньше, чем в активной и равенство ЭДС по контуру будет при ΔФпасс≥ΔФген, где ΔФпасс и ΔФген - рост и падение магнитных потоков в пассивной и генерирующей обмотках. В принципе генератор может работать с одним коммутатором, периодично возбуждающим цепь возбуждения.
Для самоподпитки возбуждения, исключения из схемы возбуждения коммутаторов, источника питания - в генераторах для сварки, где напряжение холостого хода может быть минимальным - вводится возбуждение по току. Ток с генерирующей обмотки проходит по полюсам соседней обмотки в момент их смыкания и отдает им намагничивание. Для этого схема сделана так, что в цепях между выходами генератора последовательно с каждой рабочей обмоткой соединена токовая обмотка возбуждения - располагается она на той группе полюсов, где соседняя по очереди работы - рабочая обмотка. При больших выходных токах (сварка) одного-двух витков достаточно для начального намагничивания сомкнутых полюсов.
При возможности на полюсах размещаются обмотки питания так, что на каждой группе полюсов находится эта обмотка, включенная через диоды подпитки в питание цепи возбуждения: выходы выпрямленного тока встречно с любым диодом цепи возбуждения. Любые колебания магнитного потока в полюсах наводят ЭДС, которое выпрямленным поступает в цепь возбуждения, т.е. встречно к любому из диодов, запирая его, и согласно с остальным контуром, наводя в нем ток возбуждения.
Все варианты возбуждения могут работать вместе или отдельно, подпитывая замкнутый контур возбуждения.
На фиг.1 дан вид генератора сбоку, где 8 - статор, 7 - ротор, 3 и 6 - катушки обмотки 23, 14 - вал, 18 - датчик поворота вала, 19 - коллектор датчика поворота вала, 9 и 10 - крышки с подшипниками. Известная конструкция - 18 - датчик поворота вала, 19 - коллектор датчика поворота вала - отвечают за своевременное включение коммутаторов обмоток и индуцирования в них тока.
На фиг.2 изображен поперечный разрез генератора, где: 1-4; 2-5; 3-6 - надетые на полюса статора катушки, составляющие рабочие обмотки 21, 22, 23; 11, 12, 13 - токовые обмотки возбуждения; 7 - ротор, 8 - статор; обмотки питания возбуждения - 31, 32, 33 не показаны (см. фиг.3).
На фигуре 3 показана схема работы генератора. Здесь: 21, 22, 23 - рабочие обмотки VD1-VD6 - силовые диоды. VD7-VD9 - диоды возбуждения, включенные встречно с силовыми диодами конца одной и начала соседней обмоток; 31,32,33 - обмотки питания возбуждения, питают выпрямительный блок 9, который в свою очередь питает цепь возбуждения К1-К3 - коммутаторы рабочих обмоток, между выводами возбуждения и общей точкой схемы. Каждая обмотка может иметь свой коммутатор. При вращении открываются по очереди коммутаторы соседних к генерирующим обмоток, которые в это время получают импульс намагничивания. Для позиции на фиг.2 - генерирующая обмотка (23) из катушек 3 и 6. При вращении ротора против часовой стрелки обмотка 21 из катушек 1 и 4 принимает намагниченность от обмотки 23. Коммутатор (К1), замыкая выводы возбуждения с одним из выводов генератора, оставляют генерирующую (23) и « пассивную» (21) обмотки один на один. Наибольшая ЭДС тогда, когда полюса почти разорваны и в тот же момент соседние полюса имеют наименьшую энергию намагничивания. Включившись, коммутатор замкнет цепь: выход соседней генерирующей обмотки (23) - диод возбуждения VD9 - своя обмотка (21) - вывод возбуждения - коммутатор (К1) - от схемы - диод VD6 - обмотка 23.
Возбуждение обмоток постоянным током и коммутаторами относятся к п.4 и п.2 формулы. Способов коммутации много и здесь они не рассматриваются.
На фиг.4 - электрическая схема возбуждения по току, где: 11, 12, 13 - токовые обмотки возбуждения; 21, 22, 23 - рабочие обмотки; VD1+VD6 - силовые диоды;
VD7+VD9 - диоды возбуждения. При возрастании тока через нагрузку токовые обмотки намагнитят сомкнутые полюса, на которых находятся. Применимо для сварки.