Однофазный генератор переменного напряжения, выполненный на вентильном двигателе

Предлагаемая полезная модель относится к электрическим машинам, а именно к однофазным генераторам переменного напряжения.
Известен трехфазный синхронный генератор, содержащий ротор, на валу которого расположены полюсы с прикрепленными на них 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 обмотки. Каждая обмотка подключена к выпрямительному тиристорному мосту от дополнительного источника питания постоянного тока (Прохоров С.Г. Электрические машины: учебное пособие / С.Г. Прохоров. - Ростов н/Д.: Феникс, 2012 - С. 230-231).
Основным недостаткам этого устройства является 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, при пониженной надежности вследствие сложности конструкции.
В основе полезной модели лежит техническая проблема обеспечения генерации однофазного переменного напряжения без использования дополнительного источника питания и выпрямительного тиристорного моста при повышенной надежности устройства.
Для решения поставленной задачи в однофазном генераторе переменного напряжения, выполненном на вентильном двигателе, 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 статорных обмотках переменного напряжения. Количество обмоток на статоре четное и равно числу полюсов на роторе. Обмотки соединены последовательно таким образом, что начало второй обмотки соединено с концом первой обмотки, начало первой обмотки соединено с входом нагрузки, а конец второй обмотки соединен с выходом нагрузки.
Обеспечение генерации однофазного переменного напряжения без использования дополнительного источника питания и выпрямительного тиристорного моста при повышенной надежности устройства обусловлено тем, что на обмотках в генераторном режиме от вращения постоянных магнитов, расположенных на роторе, наводится ЭДС, которая снимается с обмоток прямо на нагрузку при уменьшении количества обмоток минимум до одной пары, при которых вентильный двигатель не может работать как двигатель, но хорошо работает в качестве генератора.
Количество обмоток на статоре четное, для увеличения мощности устройства, и равно числу полюсов на роторе.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема расположения постоянных магнитов на роторе и обмоток на статоре; на фиг. 2 показана принципиальная схема однофазного генератора переменного напряжения, выполненного на вентильном двигателе; на фиг. 3 показана зависимость изменения величины генерируемого напряжения на обмотках от времени; на фиг. 4 показана зависимость изменения величины генерируемого напряжения на нагрузке от времени.
Кроме того, на чертеже использованы следующие обозначения:
- L1, L2 - обмотки статора;
- N-северный полюс постоянного магнита;
- S - южный полюс постоянного магнита;
- • - начало обмотки;
- Р - ротор;
- С - статор;
- R - нагрузка;
- u - создаваемое переменное напряжение;
- t - время.
Однофазный генератор переменного напряжения, выполненный на вентильном двигателе, содержит ротор, на котором расположен постоянный магнит, выполняющий функцию 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 числу полюсов на роторе. Обмотки соединены последовательно таким образом, что начало второй обмотки соединено с концом первой обмотки, начало первой обмотки соединено с входом нагрузки, а конец второй обмотки соединен с выходом нагрузки.
Пример выполнения предложенного устройства, содержащего одну пару обмоток статора и одну пару полюсов.
Однофазный генератор переменного напряжения, выполненный на вентильном двигателе, содержит ротор 1 (Р), на валу которого прикреплен постоянный магнит 2 с северным и южным полюсами, и статор 3 (С), на котором расположены обмотки 4 (L1) и 5 (L2). Ротор 1 (Р) выполнен принудительно вращающимся внешним источником механической энергии (на чертеже не показан) для наведения в обмотках 4 (L1) и 5 (L2) переменного напряжения. Обмотки 4 (L1) и 5 (L2) соединены последовательно таким образом, что конец первой обмотки 4 (L1) соединен с началом второй обмотки 5 (L2), начало первой обмотки 4 (L1) соединено с входом 6 нагрузки 8 (R), а конец второй обмотки 5 (L2) соединен с выходом 7 нагрузки 8 (R) (фиг. 1, 2).
Работа однофазного генератора переменного напряжения, выполненного на вентильном двигателе, происходит следующим образом.
При вращении ротора 1 (Р) находящийся на нем постоянный магнит 2 с одной парой полюсов наводит в обмотках 4 (L1) и 5 (L2), находящихся на статоре 3 (С), переменное напряжение (фиг. 3). Между входом 6 нагрузки 8 (R) и выходом 7 нагрузки 8 (R) вследствие последовательного соединения обмоток 4 (L1) и 5 (L2) происходит сложение переменных напряжений (фиг. 4).
Таким образом, предложенное устройство позволяет генерировать переменное удвоенное напряжение без использования дополнительных источников питания и исключения выпрямительного тиристорного моста для питания обмоток статора при уменьшении количества обмоток до одной пары, при которых вентильный двигатель не может работать как двигатель, но хорошо работает в качестве генератора.