МАШИННО-ВЕНТИЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
MACHINE-VALVE GENERATOR OF DIRECT CURRENT

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования постоянного тока с улучшенными показателями качества.
Известен машинно-вентильный генератор постоянного тока (МВГПТ), состоящий из электрической машины с двумя группами гальванически развязанных трехфазных якорных обмоток, каждая из которых подключена к входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выполненных по мостовой схеме. Выходы выпрямителей соединены параллельно и образуют выход генератора (описание приведено на стр.29 в книге: Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения / Авторы: Н.М. Рожнов, А.М. Русаков, А.М. Сугробов, П.А. Тыричев; Под ред. П.А. Тыричева. - М.: Издательство МЭИ, 1996. - 280 с.). Устройство имеет большую массу и габаритные размеры, а также низкие энергетические показатели, обусловленные прерывистым характером протекания тока в обмотках электрической машины.
<mrow><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow>
Указанные недостатки частично устранены в другом устройстве, описанном в патенте РФ на полезную модель №81011 «Система генерирования постоянного тока» / Авторы: Коняхин С.Ф., Мыцык Г.С. // Опубл. 27.02.2009, Бюл. №8. Оно содержит электрическую машину переменного тока с двумя группами гальванически развязанных трехфазных якорных обмоток, два трехфазных выпрямителя, выполненных по мостовой схеме, трехфазный двухобмоточный трансформатор тока. При этом одна из групп якорных обмоток выполнена по схеме «звезда», а другая по схеме «треугольник». По числу витков трехфазные якорные обмотки разных групп различаются в
раз. Каждая из этих трехфазных якорных обмоток через соответствующие обмотки трехфазного трансформатора тока подключена ко входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования.
<mrow><msqrt><mn>3</mn></msqrt></mrow>
Недостатками этой системы являются ее низкая технологичность, которая обусловлена: во-первых, отношением чисел витков якорных обмоток разных групп, равным
(иррациональное число, затрудняющее реализацию); а во-вторых, сложностью схемы пофазного подключения обмоток трехфазного двухобмоточного трансформатора к выводам якорных обмоток генератора и трехфазных мостовых выпрямителей.
Технической задачей изобретения, является улучшение технологичности изготовления системы.
Технический результат, заключающийся в снижении массы и габарита системы
Это достигается тем, что известный машинно-вентильный генератор постоянного тока, содержащий электрическую машину переменного тока с двумя группами гальванически развязанных трехфазных якорных обмоток, два трехфазных выпрямителя, выполненных по мостовой схеме, отличающийся тем, что каждая из трехфазных якорных обмоток подключена ко входам одного из выпрямителей, а трехфазный трансформатор тока заменен на однофазный трансформатор тока с двумя согласно последовательно включенными обмотками, точка соединения которых образует первый выходной вывод машинно-вентильного генератора, одни выходные выводы выпрямителей, имеющие одинаковую полярность, подключены к концам обмоток указанного трансформатора, а другие однополярные выводы выпрямителей соединены и образуют второй выходной вывод машинно-вентильного генератора, причем якорные обмотки каждой группы имеют пространственный сдвиг на угол π/6.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема МВГПТ.
1.1-1.2
1.1-1.2
5.1
5.1
3.1-3.2
4.1-4.2
6-7
На фиг.2 приведены осциллограммы рабочих процессов в этом генерирующем устройстве: а) - фазное напряжение - u(t) и ток - i(t) якорной обмотки 1.1-1.2 генератора; б) - напряжение - u(t) и ток - i(t) обмотки 5.1 трансформатора 5; в) - напряжения u(t) и u(t) на выходе выпрямительных мостов 3, 4 соответственно и выходное напряжение МВГПТ - u(t).
МВГПТ содержит электрическую машину переменного тока, содержащую две сдвинутые между собой в пространстве на угол π/6 группы гальванически развязанных трехфазных обмоток 1 и 2, имеющих фазные выводы - 1.1, 1.2, 1.3 и 2.1, 2.2, 2.3 соответственно; два трехфазных выпрямителя, выполненных по мостовой схеме 3, 4 с выходными выводами 3.1, 3.2 и 4.1, 4.2 соответственно; трансформатор тока 5 с двумя согласно последовательно включенными и обмотками 5.1 и 5.2, имеющими магнитную связь друг с другом. Концы обмоток 5.1 и 5.2 подключены к одноименным по полярности выходным выводам 3.1 4.1 выпрямительных мостов 3, 4. Точка соединения обмоток 5.1 и 5.2 образует один выходной вывод МВГПТ 6, а точка соединения одноименных по полярности выводов 3.2 и 4.2 выпрямительных мостов 3, 4 образует второй выходной вывод МВГПТ 7. Нагрузка 8 может быть подключена между выходными выводами 6 и 7 МВГПТ.
МВГПТ работает следующем образом.
3.1-3.2
4.1-4.2
6-7
ТФ
При напряжении электрической машины синусоидальной формы и при топологии якорной обмотки «треугольник» фазный ток имеет форму пьедестала (фиг.2а). Особенность же работы трансформатора тока 5 состоит в том, что он выравнивает мгновенные значения выпрямленных напряжений двух выпрямителей 3 и 4 - u(t) и u(t) на фиг.2в, сдвинутых между собой по фазе на угол π/6 (на частоте напряжения генератора), формируя из них одно напряжение - u(t). При этом к двум последовательно включенным обмоткам 5.1, 5.2 трансформатора тока 5 прикладывается напряжение u(t), равное разности мгновенных значений выходных напряжений мостов 3, 4 и имеющее треугольную форму с частотой 6f (фиг.2б), где f - частота напряжения генератора:
ТФ
3.1-3.2
4.1-4.2
u(t)=u(t)-u(t).
3.1-3.2
4.1-4.2
3.1-3.2
4.1-4.2
3.1-3.2
4.1-4.2
6-7
<mrow><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>u</mi><mrow><mi>Т</mi><mi>Ф</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mi>t</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
Допустим на первом интервале времени u(t)>u(t). Тогда напряжение, равное
, вычитается из большего напряжения u(t), а такая же часть добавляется к меньшему напряжению u(t). При изменении знака неравенства, когда u(t)<u(t) происходит обратный процесс. В результате такого выравнивания и происходит формирование выходного напряжения МВГПТ u(t).
Таким образом, особенность принципа построения МВГПТ заключается в том, что, во-первых, благодаря введению двухобмоточного трансформатора тока 5 изменяется режим работы якорных обмоток 1 и 2 электрической машины таким образом, что по сравнению с вариантами МВГПТ, когда трансформатор не используется, их габаритная мощность снижается, причем при использовании топологии обмоток каждой группы, как «звезда», так и «треугольник», а снижение этого показателя приводит к снижению расхода активных материалов (меди и электротехнической стали) и соответствующему уменьшению массы системы генерирования и, во-вторых, благодаря применению однофазного двухобмоточного трансформатора тока вместо трехфазного улучшается технологичность системы за счет упрощения схемы подключения ее элементов и использования более простого по своей конструкции трансформатора тока.
Использование изобретения обеспечивает снижение массы и габарита системы.