ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ ИСТОЧНИК

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве электромашинного источника трехфазного переменного напряжения в системах автономного электроснабжения объектов.
Известен электромашинный источник, содержащий последовательно соединенные источник постоянного тока, шины постоянного тока, коллекторный двигатель постоянного тока с параллельным или смешанным возбуждением, синхронный генератор трехфазного тока с постоянными магнитами, соединенный с указанным двигателем общим валом, устройство регулирования напряжения указанного генератора, соединенное с регулятором частоты вращения названного двигателя, причем указанные устройства соединены между собой и подключены к выходу синхронного генератора трехфазного тока с постоянными магнитами, и клеммы для подключения нагрузки [1]. Данный источник нашел широкое применение в системах автономного электроснабжения объектов из-за простоты и технологичности схемы, высокого качества электроэнергии, однако ему присущи и недостатки, среди которых основным является наличие щеточно-коллекторного узла в двигателе, надежность которого считается низкой по сравнению с надежностью остальных элементов двигателя постоянного тока, что и ограничивает область применения указанного источника.
Требуемым техническим результатом полезной модели является повышение надежности источника.
Требуемый технический результат достигается тем, что в электромашинном источнике, содержащем последовательно соединенные источник постоянного тока, шины постоянного тока, двигатель постоянного тока, синхронный генератор трехфазного тока с постоянными магнитами, соединенный с указанным двигателем общим валом, и клеммы для подключения нагрузки, двигатель постоянного тока выполнен в виде бесконтактного двигателя постоянного тока, между источником постоянного тока и шинами постоянного тока установлен стабилизатор постоянного напряжения, между шинами постоянного тока включен полярный конденсатор, а статор указанного генератора снабжен однофазной обмоткой, подключенной к соответствующим шинам постоянного тока через выпрямительное устройство.
На чертеже представлена структурная схема электромашинного источника.
ДПТ
БДПТ
Источник содержит последовательно соединенные аккумуляторную батарею 1, стабилизатор постоянного напряжения 2, шины постоянного тока 3, бесконтактный двигатель постоянного тока 4, синхронный генератор трехфазного тока с постоянными магнитами 5 и клеммы для подключения нагрузки 8, при этом указанный двигатель 4 и указанный генератор 5 объединены общим валом 9. Между шинами постоянного тока 3 включен полярный конденсатор 7. Статор (не показан) синхронного генератора с постоянными магнитами 5 снабжен трехфазной обмоткой 5-1, подключенной к клеммам для подключения нагрузки 8 (клеммы L1, L2 и L3), и однофазной обмоткой 5-2, подключенной к входу 6-1 выпрямительного устройства 6, выход 6-2 которого присоединен к соответствующим шинам постоянного тока 3, параллельно полярному конденсатору 7. Аккумуляторная батарея 1 является источником постоянного тока. Стабилизатор постоянного напряжения 2 выполняет функцию стабилизации напряжения источника постоянного тока 1 путем стабилизации частоты вращения общего вала 9, от которой зависит качество электрической энергии: величина установившегося отклонения выходного напряжения и величина отклонения его частоты от заданного значения, и поддерживает постоянство напряжения на шинах постоянного тока 3. Однофазная обмотка 5-2 синхронного генератора 5 обеспечивает подзарядку аккумуляторной батареи 1 с помощью выпрямительного устройства 6 и полярного конденсатора 7, выполняющего функции емкостного накопителя энергии и сглаживающего емкостного фильтра выпрямительного устройства 6. Все элементы источника серийно выпускаются отечественной промышленностью. Заданный уровень вероятности безотказной работы (ВБР) источника достигается за счет высокого значения ВБР бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ) и рационализации регулирующих устройств источника, в котором выходные параметры энергии формируются без использования регулятора напряжения генератора и регулятора частоты вращения вала двигателя. Расчеты ВБР ДПТ с щеточно-коллекторным узлом, проведенные в [2], показали, что ВБР обычного двигателя Р (t) = 0.807, в то время, как ВБР БДПТ составляет Р (t) = 0.966, т.е. на 20% выше. Кроме того, замена регулятора напряжения генератора 5 и регулятора скорости ДПТ на стабилизатор постоянного напряжения позволяет дополнительно увеличить ВБР источника за счет уменьшения числа регулирующих устройств в источнике. Кроме того, поскольку срок службы БДПТ больше срока службы стандартного ДПТ, то надежность источника также повышается. Помимо перечисленных факторов, необходимо учесть, что введение подзаряда батареи 1 за счет применения мощности однофазной обмотки 5-2 генератора 5 увеличивает время разряда батареи 1, что способствует увеличению времени автономности объекта.
Источник работает следующим образом.
1
2
3
При замыкании выключателя батареи 1 (не показан), последняя выдает постоянное напряжение с выходных клемм (не обозначены) на вход стабилизатора постоянного напряжения 2, нагрузкой которого является БДПТ 4, с помощью шин постоянного тока 3. Двигатель 4 начинает вращение, которое передается генератору 5 посредством общего вала 9. Вращение ротора генератора 5 (не обозначен) способствует возникновению ЭДС в трехфазной обмотке 5-1, которая поступает на клеммы для подключения нагрузки 8 (клеммы L, L и L), и в однофазной обмотке 5-2, которая поступает в выпрямительное устройство 6, где переменное напряжение выпрямляется и поступает на шины постоянного тока 3 с учетом их полярности, при этом полярный конденсатор 7 сглаживает частоту пульсаций выпрямленного напряжения однофазной обмотки 5-2. Разряд аккумуляторной батареи 1 заканчивается в тот момент, когда накопленная конденсатором энергия будет израсходована.
Источники, принятые во внимание
[1]. Липай Б.Р., Соломин А.Н., Тыричев П.А. Электромеханические системы. М., МЭИ, 2008, стр. 39, рис. 2.5.
[2]. Кузнецов Н.Л. Надежность электрических машин. М., МЭИ, 2006, стр. 92…196.