СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
POWER GENERATION SYSTEM

Предлагаемая система относится к области электротехники, использующей электрогенераторы с возбуждением от постоянных магнитов.
Такие генераторы, за счет отсутствия потерь в роторе, имеют повышенный кпд, меньшие габариты и вес, особенно при повышенных оборотах ротора. Однако при их использовании возникают две проблемы:
1. Защита системы при аварийных режимах, например К.З.;
2. Регулирование выходного напряжения.
Известно регулирование напряжения генератора с ротором на постоянных магнитах за счет механического углового перемещения частей ротора относительно друг друга (см. В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. «Электрические генераторы с постоянными магнитами». Энергоатомиздат, Москва, 1988 год, стр.110).
Известный генератор имеет параметрический центробежный регулятор с точностью ±10%, что для большинства применений недостаточно. Известен генератор (см. патент на полезную модель РФ №81395 от 23.11.2008 г.), который обеспечивает точность ±3%, однако он требует привод со стабильными оборотами. Кроме того, обе упомянутых системы генерирования не защищаются в аварийных режимах, что требует существенного усложнения конструкции за счет специального расцепителя.
Известна система генерирования электроэнергии с регулированием напряжения за счет вытягивания ротора из статора (см. В.А.Балагуров, Ф.Ф.Галтеев. «Электрические генераторы с постоянными магнитами». Энергоатомиздат, Москва, 1988 год, стр.111). Эта система практически не применяется из-за необходимости применения специальной гидравлической системы, что резко усложняет конструкцию и не обеспечивает приемлемого быстродействия.
Предлагается система генерирования электроэнергии, свободная от упомянутых недостатков.
Это достигается тем, что система генерирования электроэнергии с ротором на постоянных магнитах и регулированием напряжения за счет механического перемещения частей магнитной системы ротора относительно друг друга имеется вал генератора снабженный внутренней и внешней втулками, свободно перемещающимися относительно вала, при этом указанные втулки жестко соединены одной или несколькими шпонками, а вал имеет профилированные окна, через которые проходят упомянутые шпонки, причем часть магнитной системы ротора жестко соединена с внешней втулкой, тогда как вторая часть магнитной системы ротора жестко закреплена на валу и взаимное перемещение частей магнитной системы обеспечивается за счет радиально-поступательного перемещения втулок, путем осевого воздействия электромагнита, соединенного с внутренней втулкой через опорно-радиальный подшипник.
Предлагаемая система представлена на фигуре 1, где обозначено:
1 - Вал генератора;
2 - Часть магнитной системы, жестко закрепленной на валу;
3 - Статор генератора;
4 - Часть магнитной системы, жестко закрепленной на внешней втулке;
5 - Подшипниковые узлы;
6 - Внешняя втулка с возможностью скольжения по валу;
7 - Внутренняя втулка с возможностью скольжения внутри вала;
8 - Шпонка, жестко связанная с внешней и внутренней втулками;
9 - Якорь электромагнита;
10 - Обмотка электромагнита;
11 - Датчики выходных параметров систем;
12 - Схема измерения и управления;
13 - Силовой усилитель управления электромагнитом;
14 - Нагрузки системы генерирования электроэнергии;
15 - Радиально-упорный подшипник.
Работает система следующим образом.
От внешнего двигателя вращается вал 1 и от взаимодействия частей 2 и 4 магнитной системы с обмотками в статоре 3, наводится напряжение, снабжающее электроэнергией нагрузку.
При отсутствии тока в обмотке 10 электромагнита, под действием сил, втягивающих часть 4 магнитной системы и из-за реакции ротора под нагрузкой, втулки 6 и 7 перемещаются так, что соединяющая их шпонка 8 оказывается в положении «минус». При этом полюса частей (2 и 4) ротора оказываются разнонаправленными. Наводимые от их воздействия в обмотках статора напряжения направлены встречно, и генерирования электроэнергии не происходит.
Под воздействием якоря 9 электромагнита, через упорно-радиальный подшипник 15, втулкам 7 и 6 сообщается радиально-поступательное движение и шпонка 8 переходит из позиции «минус» в сторону позиции «плюс».
В позиции «плюс», части 2 и 4 магнитной системы действуют согласно и наводимые от их воздействия в полуобмотках статора 3 напряжения суммируются и на выходе генератора обеспечивается максимальное напряжение.
За счет действия цепи обратной связи, состоящей из блоков 11; 12; 13; и электромагнита, поддерживается постоянное напряжение на нагрузке 14.
Важно, что в предлагаемой системе генерирования электроэнергии с генератором на постоянных магнитах, обеспечивается регулирование выходного напряжения от нуля до максимального, как и в генераторах с обмоткой возбуждения, при сохранении преимуществ систем на генераторах с возбуждением от постоянных магнитах.
В ряде случаев целесообразно использовать две шпонки и соответственно две пары профилированных окон.