МНОГОФАЗНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ОДНОПОЛУПЕРИОДНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ
MULTIPHASE SYNCHRONOUS GENERATOR WITH SINGLE HALF-WAVE RECTIFIER

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к устройствам, использующимся в системах автономного электроснабжения.
Известна многофазная электрическая машина переменного тока [патент RU №2559197 С2, H02K 3/28," опубл. 27.06.2015], содержащая ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, и модульность обмотки статора связана с числом зубцов статора соотношением: Zs=2⋅m⋅M, где Zs - число зубцов статора, m - количество фаз, М=р=1, 2, 3 … до технологически возможного значения -количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется как Ω=2⋅π⋅f/M, где f - частота питающей сети, М - количество модулей.
Недостатком данного устройства является пониженная мощность и КПД вследствие больших потерь на вихревые токи и перемагничивание, возникающих в статоре, а также искажения формы кривой генерируемого напряжения.
Известен магнитоэлектрический генератор [патент RU №2521048 С1, H02K 21/24, опубл. 27.06.14] содержащий статор с тороидальным магнитопроводом с радиально расположенными зубцами, сгруппированными по три зубца в каждой группе, на которых размещены обмотки статора, и укрепленный на валу дисковый ротор с постоянными магнитами с осевой намагниченностью и чередующейся полярностью.
Недостатком данного устройства является низкий КПД вследствие больших потерь на вихревые токи, а также несинусоидальность формы кривой генерируемого напряжения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому изобретению является высокоскоростной многофазный синхронный генератор [патент RU №2599056 C1, H02K 16/04, опубл. 10.10.2016], содержащий ротор, установленный на дополнительных газодинамических подшипниках, на котором расположены постоянные магниты, а статоры с размещенными на них однофазными зубцовыми обмотками выполнены из отдельных сегментов, набранных из листов аморфной стали, повернуты относительно друг друга на угол α=360/m, где m - число фаз, и размещены так, что длина вылета лобовых частей однофазной зубцовой обмотки противопоставленного статора компенсирована расположением в свободном пространстве между статорами, угол α между фазами выходных напряжений генератора достигается смещением как самих статоров, так и магнитов на роторе относительно соответствующего им статора.
Недостатками данного устройства являются большие массогабаритные показатели, низкий КПД, ограниченные функциональные возможности, обусловленные сложностью конструкции, а также то, что не обеспечивается минимизация искажений формы кривой выходного напряжения из-за влияния высших гармоник, характерного для зубцовой обмотки.
Задачей изобретения является снижение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей, благодаря использованию однополупериодных управляемых выпрямителей в многофазном синхронном генераторе, а также снижение зубцовых пульсаций момента при одновременном упрощении конструкции генератора и технологии его изготовления.
Техническим результатом является повышение надежности многофазного синхронного генератора с возможностью подключения в трехфазную сеть, а также повышение энергоэффективности и снижение зубцовых пульсации благодаря использованию однополупериодных управляемых выпрямителей.
Поставленная задача решается, и технический результат достигается тем, что в многофазном синхронном генераторе, содержащем ротор, подшипник, постоянные магниты и статор с размещенной на нем зубцовой обмоткой, выполненный из отдельных сегментов, набранных из листов аморфной стали, что повернуты относительно друг друга на угол α, согласно изобретению, ротор выполнен двухполюсным с высококоэрцитивными постоянными магнитами, а силовая обмотка состоит из двух трехфазных зубцовых обмоток, соединенных в «звезду», при этом к первой обмотке подключен трехфазный однополупериодный управляемый выпрямитель с «прямым включением», а вторая обмотка подключена к трехфазному однополупериодному управляемому выпрямителю с «обратным включением», обе обмотки в электрическом плане соединены согласно, а выходы однополупериодных управляемых выпрямителей включены параллельно.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображена компоновочная схема трехфазного генератора. На фигуре 2 показана осциллограмма экспериментальных исследовании. На фигуре 3 изображена схема многофазного синхронного генератора с однополупериодным управляемым выпрямителем. На фигуре 4 изображена схема соединений обмоток многофазного синхронного генератора с однополупериодными управляемыми выпрямителями.
Многофазный синхронный генератор содержит ротор 1 с высококоэрцитивными постоянными магнитами 2, статор 3, набранный из листов аморфной стали, силовую многофазную зубцовую обмотку 4, которая состоит из двух трехфазных зубцовых обмоток, соединенных в «звезду», при этом первая обмотка подключена к однополупериодному управляемому выпрямителю 5, состоящему из тиристоров 6, включенных в прямом направлении, а вторая обмотка подключена к однополупериодному управляемому выпрямителю 7, состоящему из тиристоров 8, включенных в обратном направлении, обе обмотки в электрическом плане соединены согласно, выходы однополупериодных управляемых выпрямителей включены параллельно.
Для пояснений принципа работы заявляемого изобретения представлены фигуры 1 и 2. При вращение ротора 1 с высококоэрцитивными постоянными магнитами 2 в статоре 3, (фиг. 1) набранном из листов аморфной стали, индуцируется ЭДС многофазной зубцовой обмотки 4, при этом обмотка намотана чередованием через зубец. При экспериментальных исследованиях было выявлено, что в половине периода присутствует влияние третьей гармоники, а в другой половине отсутствует третья гармоника, осциллограмма данного явления представлена на (фиг. 2).
Многофазный синхронный генератор (фиг. 3), работает следующим образом: при вращении ротора 1 с высококоэрцитивными постоянными магнитами 2 в статоре 3, набранном из листов аморфной стали, индуцируется ЭДС многофазной зубцовой обмотки 4, при этом в каждой трехфазной зубцовой обмотке формируется несинусоидальная кривая выходного напряжения относительно оси Y (фиг. 2), после прохождения несинусоидального напряжения каждой обмотки через трехфазные однополупериодные управляемые выпрямители, схема соединения с однополупериодными управляемыми выпрямителями показана на (фиг. 4), из выпрямленных полуволн формируется синусоидальное выходное напряжение.
Итак, достигается снижение массогабаритных показателей и расширение функциональных возможностей, благодаря внедрению однополупериодного управляемого выпрямителя в многофазном синхронном генераторе, снижаются зубцовые пульсации момента при одновременном упрощении конструкции синхронного генератора и технологии его изготовления.
Таким образом, обеспечивается повышение надежности многофазного синхронного генератора с возможностью подключения в трехфазную сеть, а также повышение энергоэффективности и снижение зубцовых пульсации благодаря использованию однополупериодного управляемого выпрямителя.