БЕСКОНТАКТНАЯ СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при построении систем генерирования постоянного тока повышенной мощности (от сотен КВА до единиц МВА).
1Э
Известна система генерирования постоянного тока, описанная в патенте РФ на полезную модель №81011, МПК H02K 21/12, опубл. 27.02.2009. Система содержит генератор с двумя якорными обмотками, одна из которых выполнена по схеме «звезда», а другая по схеме «треугольник», два трехфазных выпрямительных моста и трехфазный двухобмоточный трансформатор тока. По числу витков якорные обмотки различаются в  раз. Каждая из этих трехфазных обмоток через обмотки трансформатора тока подключена ко входам одного из двух трехфазных выпрямительных мостов, которые по выходу соединены параллельно. Система генерирования обеспечивает пульсность выпрямленного напряжения m=12.
Недостатки этой системы заключаются в низком качестве выпрямленного напряжения и низкой технологичности.
ΣWя
S
d0
S
d0
Наиболее близкой по технической сущности к полезной модели является система генерирования постоянного тока, описанная в журнале «Электричество» №2, 2014 г. стр. 36, рис 4. Она содержит электрическую машину с девятью якорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 2π/9 и образующими три группы трехфазных обмоток, соединенных по схеме «звезда», каждая из которых своими концами подключена ко входам одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, а также трехфазный трансфильтр с тремя магнитосвязанными обмотками, расположенными на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода, три одноименные по полярности вывода каждого из трех выпрямительных мостов подключены к одним концам трех обмоток трансфильтра, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют первый выходной вывод системы генерирования, а три других одноименных по полярности выходных вывода трех выпрямительных мостов объединены и образуют второй выходной вывод этой системы генерирования. Габаритная (расчетная) мощность 9 фазной электрической машины в этой системе генерирования равна S=K·P, где K=1,047 - коэффициент преобразования по мощности, отражающий расход активных материалов машины, а, в конечном счете, ее массогабаритные показатели; a P - мощность нагрузки в цепи постоянного тока.
Недостатком такой системы является завышенная габаритная мощность генератора.
Техническая задача полезной модели заключается в уменьшении габаритной мощности генератора.
Техническим результатом является уменьшение расхода активных материалов (меди и электротехнической стали) на изготовление генератора.
Это достигается тем, что известная система генерирования постоянного тока, содержащая электрическую машину с девятью якорными обмотками, сдвинутыми в пространстве относительно друг друга на угол 2π/9 и образующими три группы трехфазных обмоток, каждая из которых одним своим концом подключена ко входам одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, а также трехфазный трансфильтр с тремя магнитосвязанными обмотками расположенными, например, на стержнях трехфазного магнитопровода, один конец каждой из которых подключен к одному одноименному по полярности выходному выводу одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют первый выходной вывод системы генерирования постоянного тока, отличается тем, что она снабжена вторым аналогичным трехфазным трансфильтром, каждая из трех его магнитосвязанных обмоток одним своим концом подключена к другому одноименному по полярности выходному выводу одного из трех трехфазных выпрямительных мостов, другие концы этих трех обмоток объединены и образуют второй выходной вывод системы генерирования постоянного тока, а девять якорных обмоток электрической машины соединены между собой согласно последовательно.
эм
d0
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема модифицированного 9 фазного вентильного генератора (ВГ-9КМ) с габаритной мощностью электрической машины S=1,0135·P, на фиг. 2, фиг. 3 приведены осциллограммы основных процессов в ВГ-9КМ, полученные на основе имитационного компьютерного моделирования.
Система генерирования постоянного тока содержит электрическую машину с 9 якорными обмотками 1÷9, соединенными согласно последовательно (по кольцевой схеме), три трехфазных выпрямительных моста: один на диодах 10÷15, второй на диодах 16÷22, третий на диодах 23÷28; и два трехфазных трансфильтра 29, 30 соответственно с обмотками 29.1÷29.3 и 30.1÷30.3. Обмотки 29.1÷29.3 одними своими одноименными по полярности концами объединены и подключены к одному выходному выводу 31 системы генерирования, а обмотки 30.1÷30.3 аналогичным образом подключены ко второму выводу 32 этой системы. Нагрузку 33 подключают к выходным выводам 31, 32 системы. Точки соединения A1, B1, C1 якорных обмоток 3, 6, 9 подключают ко входам одного выпрямительного моста (на диодах 10÷15); точки соединения A2, B2, C2 якорных обмоток 1, 4, 7 подключают ко входам второго выпрямительного моста (на диодах 16÷22); а точки A3, B3, C3 соединения якорных обмоток 2, 5, 8 подключают к входам третьего выпрямительного моста (на диодах 23÷28). Положительные выводы трех выпрямительных мостов подключены к другим одноименным по полярности концам обмоток 29.1÷29.3 одного трансфильтра 29, а отрицательные выводы этих выпрямительных мостов подключены к другим одноименным по полярности концам обмоток 30.1÷30.3 второго трансфильтра 30.
Бесконтактная система генерирования постоянного тока работает следующим образом
d0
С якорных обмоток 1÷9 электрической машины, работающей в генераторном режиме, снимают девятифазную систему напряжений, последовательно сдвинутых относительно друг друга на угол 2π/9. В данной системе напряжений выделены три трехфазные системы напряжений A1, B1, C1; A2, B2, C2; A3, B3, C3, которые также сдвинуты между собой на тот же угол 2π/9, и каждую из этих трех систем напряжений подают на входы одного из трех выпрямительных мостов: систему напряжений A1, B1, C1 на входы моста из диодов 10÷15, систему напряжений A2, B2, C2 на входы моста из диодов 16÷22; систему напряжений A3, B3, C3 на входы моста из диодов 23÷28. Выпрямленные напряжения трех мостов имеют одинаковую пульсность шесть, но последовательно сдвинуты между собой по фазе на угол π/9. Благодаря трансфильтрам 29, 30 ток нагрузки I с пульсностью восемнадцать равномерно делится между тремя мостами, а пульсность шесть преобразуется в пульсность восемнадцать.
Л1
Л9
ф1
ф9
Ф1
Ф2
Ф1
Ф2
Л1
ТФ1
ТФ1
ТФ1
d(6)
d(18)
d0
d0
dmax(6)
dmin(6)
dmax(18)
dmin(18)
я(9)г
фг
d0 с
я(9)г
d0
я(9)г
do
Принцип работы системы генерирования постоянного тока поясняется осциллограммами на фиг. 2 и фиг. 3. На фиг. 2 показаны линейные i÷i и фазные i÷i токи якорных обмоток 1÷9 генератора; на фиг. 3а - фазные напряжения u, u и токи i, i двух его соседних якорных обмоток 1, 2; на фиг. 3б - линейный ток i и ток i через одну из трех обмоток 29.1 одного трансфильтра 29; на фиг. 3в - ток I через обмотку 29.1 трансфильтра 29 и напряжение u на этой обмотке, а также напряжение u с пульсностью 6 на выходе одного из трех выпрямителей и напряжение u с пульсностью 18 на выходе системы генерирования постоянного тока, т.е. между выводами 31, 32. Осциллограммы получены при мощности P=10 кВт, f=50 Гц, U=540 B, (U=565,645 B, U=489,664 B, U=542,825 B, U=534,571 B), габаритная мощность якорных обмоток генератора при этом равна S=9·S=10,18 кВА, что в долях от выходной мощности Pоставляет S=1,017·P. Небольшое расхождение с ранее теоретически полученным результатом S=1,0135·P объясняется учетом при моделировании падения напряжения на диодах выпрямительных мостов.
С учетом габаритных мощностей трансфильтров в прототипе и в предложенном решении выигрыш по суммарной установленной мощности оборудования (электрической машины и трансфильтров) снижается до 0,7%, что применительно к приведенному примеру все равно означает существенное ее снижение (в вышеприведенном примере на 7000 ВА). Эффективность от использования полезной модели тем больше, чем на большую мощность она проектируется.
Г(i)
Г(i)
В процессе моделирования выяснилось также следующее преимущество предложенного решения. Искажения фазного тока, то в рассмотренном решении ВГ-9КМ в 1,5 раза меньше, чем в прототипе: коэффициент гармоник тока здесь равен K=11% против K=16%, а ближайшие по частоте 5 и 7 гармоники не превышают 7%, против 5-й - 20% и 7-й - 14,3% в прототипе. Это означает, что потери в якорных обмотках и в стали магнитопровода якоря также будут значительно меньшими.
Использование полезной модели позволяет уменьшить габаритную мощность генератора.