Многофазный генератор переменного тока: Бесконтактный многофазный генератор переменного тока — ESR Energy — Дизельные генераторы, электростанции, цены на дизель-генераторные установки

Содержание

Бесконтактный многофазный генератор переменного тока

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано, например, для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию переменного тока.

Известен бесконтактный синхронный генератор с вращающимися выпрямителями (см. Кашин Я.М., Кириллов Г.А., Ракло А.В. Авиационное оборудование самолетов, Ч. 1. Мин-во обороны Рос. Федерации, Красн. высш. воен. авиац. уч-ще летчиков. - Краснодар: КВВАУЛ, 2006, с. 33-35, Кашин Я.М., Кириллов Г.А., Варенов А.Б. Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы. Часть 1. Электрооборудование воздушных судов. - Краснодар: филиал ВУНЦ ВВС ВВА, 2012, с. 18-20), содержащий корпус, в котором на одном валу установлены три электрические машины радиальной конструкции: подвозбудитель, возбудитель и основной генератор, при этом подвозбудитель, являющийся магнитоэлектрической синхронной машиной с вращающимся индуктором и неподвижной обмоткой якоря, состоит из вращающегося постоянного многополюсного магнита индуктора подвозбудителя с радиально направленным магнитным полем и магнитопровода с установленной на статоре обмоткой якоря подвозбудителя; возбудитель, являющийся трехфазной синхронной машиной с установленной на статоре обмоткой возбуждения и вращающейся обмоткой якоря, состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с обмоткой якоря возбудителя; основной генератор, являющийся трехфазной синхронной машиной с вращающейся обмоткой возбуждения и установленной на статоре обмоткой якоря, состоит из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с обмоткой якоря основного генератора.

Однако технология изготовления такого генератора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора, необходимости выполнения обмоточных работ внутри цилиндрического статора. Кроме того, стоимость такого генератора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке.

Недостатком такого генератора являются также низкие массогабаритные показатели (большой осевой размер), так как входящие в его состав подвозбудитель, возбудитель и основной генератор выполнены радиальными, а как известно, из всех электрических машин (ЭМ) одинаковой мощности ЭМ радиальной конструкции имеют наибольший осевой размер.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и принятый авторами за прототип является аксиальный бесконтактный генератор постоянного тока (патент РФ №2402858, опубликован 27.10.2012, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащий корпус, корпус; подвозбудитель, состоящий из постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и магнитопровода с рабочей обмоткой (обмоткой якоря) подвозбудителя; возбудитель, состоящий из магнитопровода с обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровода с рабочей обмоткой (обмоткой якоря) возбудителя; и основной генератор, состоящий из магнитопровода с обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровода с рабочей обмоткой (обмоткой якоря) основного генератора, установленные на одном валу, при этом постоянные магниты индуктора подвозбудителя и магнитопроводы, в пазы которых уложены обмотки подвозбудителя, возбудителя и основного генератора, выполнены аксиальными, при этом боковые аксиальные магнитопроводы жестко установлены в корпусе, а постоянные магниты индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод жестко установлены на валу с возможностью вращения относительно боковых аксиальных магнитопроводов, при этом постоянные магниты индуктора подвозбудителя установлены с торца одного бокового аксиального магнитопровода, а внутренний аксиальный магнитопровод установлен между боковыми аксиальными магнитопроводами, внутренний аксиальный магнитопровод и боковой аксиальный магнитопровод, с торца которого установлены постоянные магниты индуктора подвозбудителя, выполнены с двумя активными торцовыми поверхностями с пазами, а другой боковой аксиальный магнитопровод выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с двумя активными торцовыми поверхностями со стороны постоянных магнитов подвозбудителя уложена многофазная рабочая обмотка (обмотка якоря) подвозбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения возбудителя, которая подключена к рабочей обмотке (обмотке якоря) подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, в пазы внутреннего аксиального магнитопровода со стороны обмотки возбуждения возбудителя уложена многофазная рабочая обмотка (обмотка якоря) возбудителя, а с противоположной стороны уложена однофазная обмотка возбуждения основного генератора, которая подключена к рабочей обмотке (обмотке якоря) возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, при этом в пазы бокового аксиального магнитопровода с одной активной торцовой поверхностью уложена многофазная рабочая обмотка (обмотка якоря) основного генератора, которая подключена к многофазному выпрямителю.

Однако недостатком известного из пат. РФ №2402858 генератора являются низкие массогабаритные показатели (большие размеры при малой массе), обусловленные большими осевыми и диаметральными размерами генератора и нерациональным использованием свободного пространства внутри его корпуса.

Большие осевые и диаметральные размеры обусловлены тем, что аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя и аксиальные магнитопроводы, в которые уложены обмотки подвозбудителя и возбудителя, имеют такие же размеры, как и аксиальные магнитопроводы основного генератора, при этом мощность подвозбудителя и возбудителя значительно ниже мощности основного генератора.

Кроме того, низкие массогабаритные показатели (большие диаметральные размеры) известного из пат. РФ №2402858 генератора обусловлены тем, что входящие в его состав подвозбудитель, возбудитель и основной генератор выполнены аксиальными, а как известно, из всех ЭМ одинаковой мощности ЭМ аксиальной конструкции имеют наибольший диаметр.

Недостатком известного из пат. РФ №2402858 генератора также является сложность конструкции, обусловленная тем, что его ротор, представляющий собой аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод, в пазы которого уложены многофазная обмотка якоря возбудителя и однофазная обмотка возбуждения основного генератора, жестко закрепленные на одном валу, содержит две части - аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя и внутренний аксиальный магнитопровод, между которыми находится один из боковых аксиальных магнитопроводов, закрепленный в корпусе (статоре). Это усложняет технологию изготовления и сборку генератора, его обслуживание и ремонт.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение массогабаритных показателей генератора с одновременным упрощением способа его изготовления.

Технический результат заявленного изобретения - уменьшение осевых и диаметральных размеров генератора при его неизменной мощности, за счет рационального использования свободного пространства внутри корпуса генератора и упрощение технологии сборки генератора.

Технический результат достигается тем, что в бесконтактном многофазном генераторе переменного тока, содержащем корпус, подвозбудитель, состоящий из аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, возбудитель, состоящий из магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, и основной генератор, состоящий из магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, установленные на одном валу, закрепленном в переднем и заднем подшипниковых узлах, при этом аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя жестко закреплены на валу посредством первого диска, при этом корпус разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции, при этом передняя и средняя секции выполняются в форме усеченных конусов с различными углами раствора, а задняя секция выполняется цилиндрической, при этом внешнее основание задней секции образуется крышкой корпуса, на внутренней поверхности которой закрепляется многофазный двухполупериодный выпрямитель, а в центре устанавливается второй подшипниковый узел, основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции, при этом магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора выполняются в форме усеченного конуса, а магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя выполняются радиальными, при этом магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора жестко закрепляется на валу посредством второго и третьего дисков, а радиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя жестко закрепляется на валу посредством четвертого диска, при этом аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя выполняется с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, установленных на валу внутри усеченной части средней секции корпуса, и жестко закрепляется на внутренней усеченной части передней секции корпуса, магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закрепляется на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса, а радиальный магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя жестко закрепляется на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса.

Предлагаемое изобретение, выполняя, как и прототип, функцию преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию, позволяет обеспечить улучшение массогабаритных показателей генератора, а также упростить способ его изготовления.

Улучшение массогабаритных показателей достигается путем уменьшения осевых и диаметральных размеров генератора при его неизменной мощности и рационального использования свободного пространства внутри корпуса генератора.

Уменьшение осевых и диаметральных размеров генератора достигается за счет уменьшения соответствующих размеров аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя в соответствии с величиной мощности, преобразуемой подвозбудителем энергии. Уменьшение размеров аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя приводит к уменьшению их габаритных размеров, а соответственно расхода электротехнических материалов на их изготовление и, следовательно, к уменьшению массы всего генератора в целом.

Уменьшение размеров, а соответственно и массы генератора обеспечивается также за счет разделения корпуса на переднюю, заднюю и среднюю секции и выполнения передней и средней секции в форме усеченных конусов с различными углами раствора, а задней секции - в форме цилиндра с основанием, образованным крышкой корпуса, в центре которой установлен второй подшипниковый узел. Секции рационально сочленяются между собой за счет того, что основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции. За счет того, что магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, жестко закрепленный на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса, и магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя, жестко закрепленный на валу посредством четвертого диска, выполняются радиальными, основание заявляемого генератора имеет меньший диаметр, чем диаметр прототипа, т.к. диаметр радиальных ЭМ при одной и той же мощности меньше диаметра аксиальных ЭМ.

Поскольку диаметр усеченной части средней секции корпуса генератора меньше диаметра ее основания, равного диаметру основания задней секции, а диаметр усеченной части передней секции меньше диаметра ее основания, совпадающего с усеченной частью средней секции, то размеры заявляемого генератора, а, соответственно, и его масса, меньше, чем у прототипа.

Рациональное использование свободного пространства внутри корпуса заявляемого генератора достигается за следующим образом.

Выполнение магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, жестко закрепляемого на валу посредством второго и третьего дисков, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, жестко закрепляемого на внутренней боковой поверхности средней части корпуса, в форме усеченного конуса позволяет рационально разместить их в средней секции.

Выполнение передней секции в форме усеченного конуса, диаметр усеченной части которой меньше диаметра усеченной части средней секции, позволяет рационально разместить в ней аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя с уменьшенными в соответствии с преобразуемой ими мощности габаритными размерами и, соответственно, массой.

Выполнение средней секции в форме усеченного конуса, диаметр основания усеченной части которой меньше диаметра основания генератора, позволяет рационально разместить в ее усеченной части аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя с уменьшенными в соответствии с преобразуемой ими мощности габаритными размерами и, соответственно, массой.

Благодаря рациональному использованию свободного пространства внутри корпуса генератора его размеры уменьшаются при его неизменной мощности и массе.

Упрощение способа изготовления генератора достигается за счет упрощения технологии его сборки. Механическое соединение трех частей ротора (аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора и радиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя) между собой обеспечивает возможность жесткого закрепления всех элементов ротора на валу вне корпуса (статора). Собранный таким образом вне корпуса (статора) ротор целиком устанавливается в корпус (статор) и закрепляется в нем в переднем и заднем подшипниковых узлах, при этом исключается необходимость сборки ротора (закрепления на валу генератора аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора и радиального магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя) внутри корпуса (статора).

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого бесконтактного многофазного генератора переменного тока с вращающимися выпрямителями в разрезе, на фиг. 2 - его электрическая схема.

Бесконтактный многофазный генератор переменного тока содержит: корпус 1, в котором установлены подвозбудитель, возбудитель и основной генератор.

Корпус 1 разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции, при этом передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора α и β, а задняя секция выполнена цилиндрической, при этом внешнее основание задней секции образовано крышкой 17 корпуса 1, основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции.

Подвозбудитель состоит из расположенных внутри усеченной части средней секции корпуса 1 аксиальных постоянных магнитов 2 индуктора подвозбудителя, жестко установленных посредством первого диска 6 на валу 19, закрепленном в переднем 5 и заднем 18 подшипниковых узлах, и жестко установленного на внутренней стороне усеченной части передней секции корпуса 1 аксиального магнитопровода 3, выполненного с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов 2 индуктора подвозбудителя, в которые уложена многофазная обмотка 4 якоря подвозбудителя.

Возбудитель состоит из жестко закрепленного на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса 1 радиального магнитопровода 13 с однофазной обмоткой 14 возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке 4 якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 22, закрепленный на крышке 17, и радиального магнитопровода 16 с многофазной обмоткой 15 якоря возбудителя, жестко закрепленного посредством четвертого диска 20 на валу 19.

Основной генератор состоит из выполненных в форме усеченного конуса жестко закрепленного посредством второго 8 и третьего 7 дисков на валу 19 магнитопровода 10 с однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке 15 якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель 21, и магнитопровода 11 с многофазной обмоткой 12 якоря основного генератора, жестко закрепленного на внутренней боковой поверхности средней секции корпуса 1. Магнитопровод 10 с однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора и магнитопровод 11 с многофазной обмоткой 12 якоря основного генератора выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора α и β.

Бесконтактный многофазный генератор переменного тока работает следующим образом. При вращении аксиальных постоянных магнитов 2 индуктора подвозбудителя, жестко установленных посредством первого диска 6 на валу 19, закрепленном в переднем 5 и заднем 18 подшипниковых узлах, жестко установленного на валу 19 посредством четвертого диска 20 радиального магнитопровода 16 с многофазной обмоткой 15 якоря возбудителя и выполненного в форме усеченного конуса и жестко установленного посредством второго 8 и третьего 7 дисков на валу 19 магнитопровода 10 с однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора, магнитный поток аксиальных постоянных магнитов 2 индуктора подвозбудителя взаимодействует с уложенной в пазы жестко установленного на внутренней усеченной части передней секции корпуса 1 аксиального магнитопровода 3 многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя и наводит в ней многофазную систему ЭДС. Эта ЭДС выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 22, закрепленным на внутренней поверхности крышке 17 корпуса 1, и подается на однофазную обмотку 14 возбуждения возбудителя, уложенную в пазы радиального магнитопровода 13, жестко закрепленного на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса 1. При этом по однофазной обмотке 14 возбуждения возбудителя протекает электрический ток, который создает магнитный поток.

Созданный током, протекающим по однофазной обмотке 14 возбуждения возбудителя магнитный поток взаимодействует с многофазной обмоткой 15 якоря возбудителя, уложенной в пазы радиального магнитопровода 16, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая выпрямляется многофазным двухполупериодным выпрямителем 21 и подается на однофазную обмотку 9 возбуждения основного генератора, уложенную в пазы магнитопровода 10. При этом по однофазной обмотке 9 возбуждения основного генератора протекает электрический ток, который создает магнитный поток. Магнитный поток, созданный током, протекающим по однофазной обмотке 9 возбуждения основного генератора, взаимодействует с многофазной обмоткой 12 якоря основного генератора, уложенной в пазы магнитопровода 11, и наводит в ней многофазную систему ЭДС, которая подается в сеть.

Преимуществом предлагаемого бесконтактного многофазного генератора переменного тока по сравнению с известным генератором переменного тока типа ГТ с вращающимися выпрямителями, принятым за аналог, являются лучшие массогабаритные показатели, достигаемые за счет того, что постоянные магниты 2 индуктора подвозбудителя выполняются аксиальными, магнитопровод 3 якоря подвозбудителя с трехфазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя выполняется аксиальным, магнитопровод 10 индуктора основного генератора с однофазной обмоткой 9 индуктора основного генератора выполняется коническим, магнитопровод 11 якоря основного генератора с трехфазной обмоткой 12 якоря основного генератора выполняется коническим.

Подвозбудитель аксиальной конструкции и основной генератор конической конструкции в предлагаемом бесконтактном многофазном генераторе переменного тока имеют меньший осевой размер, чем соответственно подвозбудитель и основной генератор радиальной конструкции в известном генераторе переменного тока типа ГТ с вращающимися выпрямителями. В связи с этим осевой размер предлагаемого бесконтактного многофазного генератора переменного тока меньше, чем у известного генератора переменного тока типа ГТ с вращающимися выпрямителями. Учитывая, что диаметр предлагаемого бесконтактного многофазного генератора переменного тока не превосходит диаметр известного аналога, предлагаемый бесконтактный многофазный генератор переменного тока имеет лучшие массогабаритные показатели по сравнению с известным генератором переменного тока типа ГТ с вращающимися выпрямителями.

Преимуществом предлагаемого бесконтактного многофазного генератора переменного тока по сравнению с известным аксиальным генератором постоянного тока, принятым за прототип, являются лучшие массогабаритные показатели, достигаемые за счет того, что магнитопровод 13 индуктора возбудителя с однофазной обмоткой 14 возбуждения возбудителя и магнитопровод 16 якоря возбудителя с многофазной обмоткой 15 якоря возбудителя выполняются радиальными, магнитопровод 10 индуктора основного генератора с однофазной обмоткой 9 индуктора основного генератора выполняется в форме усеченного конуса, магнитопровод 11 якоря основного генератора с многофазной обмоткой 12 якоря основного генератора выполняется в форме усеченного конуса. Возбудитель радиальной конструкции и основной генератор, выполненный в форме усеченного конуса в предлагаемом бесконтактном многофазном генераторе переменного тока, имеют меньший диаметр, чем соответственно возбудитель и основной генератор аксиальной конструкции в известном аксиальном бесконтактном генераторе постоянного тока. Учитывая, что в предлагаемом бесконтактном многофазном генераторе переменного тока диаметр аксиального подвозбудителя меньше, чем в известном аксиальном генераторе постоянного тока (его размер уменьшен в соответствии с величиной преобразуемой подвозбудителем мощности), диаметр всего предлагаемого бесконтактного многофазного генератора переменного тока будет меньше, чем диаметр генератора, принятого за прототип, а значит, предлагаемый бесконтактный многофазный генератор переменного тока обладает лучшими массогабаритными показателями по сравнению с известным аксиальным генератором постоянного тока.

Недостаток известного генератора переменного тока типа ГТ с вращающимися выпрямителями, связанный с низкими массогабаритными показателями (большой осевой размер) устраняется тем, что подвозбудитель выполняется аксиальным, а основной генератор выполняется в форме усеченного конуса, за счет чего уменьшается осевой размер, то есть достигается улучшение массогабаритных показателей.

Недостаток известного аксиального бесконтактного генератора постоянного тока, связанный с низкими массогабаритными показателями (большой диаметральный размер) устраняется тем, что аксиальный подвозбудитель выполняется с уменьшенным диаметром, возбудитель выполняется радиальным (то есть с меньшим диаметром при той же преобразуемой мощности), а основной генератор выполняется в форме усеченного конуса, за счет чего достигается улучшение массогабаритных показателей.

Бесконтактном многофазный генератор переменного тока, содержащий корпус, подвозбудитель, состоящий из аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя и аксиального магнитопровода, в пазы которого уложена многофазная обмотка якоря подвозбудителя, возбудитель, состоящий из магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя, подключенной к многофазной обмотке якоря подвозбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря возбудителя, и основной генератор, состоящий из магнитопровода с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, подключенной к многофазной обмотке якоря возбудителя через многофазный двухполупериодный выпрямитель, и магнитопровода с многофазной обмоткой якоря основного генератора, установленные на одном валу, закрепленном в переднем и заднем подшипниковых узлах, при этом аксиальные постоянные магниты индуктора подвозбудителя жестко закреплены на валу посредством первого диска, отличающийся тем, что корпус разделен на переднюю, заднюю и среднюю секции, при этом передняя и средняя секции выполнены в форме усеченных конусов с различными углами раствора, а задняя секция выполнена цилиндрической, при этом внешнее основание задней секции образовано крышкой корпуса, на внутренней поверхности которой закреплен многофазный двухполупериодный выпрямитель, а в центре установлен второй подшипниковый узел, при этом основание средней секции совпадает с внутренним основанием задней секции, а усеченная часть средней секции совпадает с основанием передней секции, при этом магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора и магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора выполнены в форме усеченного конуса, а магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя и магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя выполнены радиальными, при этом магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения основного генератора жестко закреплен на валу посредством второго и третьего дисков, а радиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя жестко закреплен на валу посредством четвертого диска, при этом аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя выполнен с одной активной торцовой поверхностью с пазами, расположенными со стороны аксиальных постоянных магнитов индуктора подвозбудителя, установленных на валу внутри усеченной части средней секции корпуса, и жестко закреплен на внутренней усеченной части передней секции корпуса, магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора жестко закреплен на внутренней стороне боковой поверхности средней секции корпуса, а радиальный магнитопровод с однофазной обмоткой возбуждения возбудителя жестко закреплен на внутренней боковой поверхности задней секции корпуса.

Трёхфазный ток, преимущества трёхфазного тока при использовании

Преимущества трёхфазного тока очевидны только специалистам электрикам. Что такое трехфазный ток для обывателя представляется весьма смутно. Давайте развеем неопределенность.

Трехфазный переменный ток

Большинство людей, за исключением специалистов - электриков, имеют весьма смутное представление, что такое так называемый «трёхфазный» переменный ток, да и в понятиях, что такое сила тока, напряжение и электрический потенциал, а также мощность, - часто путаются.

Попытаемся простым языком дать начальные понятия об этом. Для этого обратимся к аналогиям. Начнём с простейшей – протекания постоянного тока в проводниках. Его можно сравнить с водным потоком в природе. Вода, как известно, всегда течёт от более высокой точки поверхности к более низкой. Всегда выбирает самый экономичный (наикратчайший) путь. Аналогия с протеканием тока – полнейшая. Причём количество воды протекающей в единицу времени через какое-то сечение потока будет аналогично силе тока в электрической цепи. Высота любой точки русла реки относительно нулевой точки – уровня моря – будет соответствовать электрическому потенциалу любой точки цепи. А разница в высоте любых двух точек реки будет соответствовать напряжению между двумя точками цепи.

Используя эту аналогию можно легко представить в уме законы протекания постоянного электрического тока в цепи. Чем выше напряжение – перепад высот, тем больше скорость потока, и, следовательно, количество воды протекающей по реке в единицу времени.

Водный поток, точно так же как электрический ток при своём движении испытывает сопротивление русла – по каменистому руслу вода будет протекать бурно, меняя направление, немного нагреваясь от этого (бурные потоки даже в сильные морозы не замерзают вследствие нагрева от сопротивления русла). В гладком канале или трубе вода потечёт быстро и в итоге в единицу времени канал пропустит гораздо больше воды, чем извилистое и каменистое русло. Сопротивление потоку воды полностью аналогично электрическому сопротивлению в цепи.

Теперь представим закрытую бутылку, в которой налито немного воды. Если мы начнём эту бутылку вращать вокруг поперечной оси, то вода в ней будет перетекать попеременно от горлышка к донышку и наоборот. Это представление – аналогия переменному току. Казалось бы, одна и та же вода перетекает туда-сюда и что? Тем не менее, этот переменный поток воды способен совершать работу.

Откуда вообще появилось понятие переменный ток? к содержанию

Да с тех самых пор, когда человечество, узнав, что перемещение магнита вблизи проводника вызывает электрический ток в проводнике. Именно движение магнита вызывает ток, если магнит положить рядом с проводом и не двигать – никакого тока в проводнике это не вызовет. Далее, мы хотим получить (генерировать) в проводнике ток, чтобы использовать его в дальнейшем для каких-либо целей. Для этого изготовим катушку из медного провода и начнём возле неё двигать магнит. Магнит можно передвигать возле катушки как угодно – двигать по прямой туда-сюда, но, чтобы не двигать магнит руками, создать такой механизм технически сложнее, чем просто начать его вращать около катушки, аналогично вращению бутылки с водой из предыдущего примера. Вот именно таким образом - по техническим причинам - мы и получили синусоидальный переменный ток, используемый ныне повсеместно. Синусоида – это развёрнутое во времени описание вращения.

В дальнейшем оказалось, что законы протекания переменного тока в цепи отличаются от протекания постоянного тока. Например, для протекания постоянного тока сопротивление катушки равно просто омическому сопротивлению проводов. А для переменного тока – сопротивление катушки из проводов значительно увеличивается из-за появления, так называемого индуктивного сопротивления. Постоянный ток через заряженный конденсатор не проходит, для него конденсатор – разрыв цепи. А переменный ток способен свободно протекать через конденсатор с некоторым сопротивлением. Далее выяснилось, что переменный ток может быть преобразован с помощью трансформаторов в переменный ток с другими напряжением или силой тока. Постоянный ток такой трансформации не поддаётся и, если мы включим любой трансформатор в сеть постоянного тока (что делать категорически нельзя), то он неизбежно сгорит, так как постоянному току будет сопротивляться только омическое сопротивление провода, которое делается как можно меньше, и через первичную обмотку потечёт большой ток в режиме короткого замыкания.

Заметим также, что электродвигатели могут быть созданы для работы и от постоянного тока, и от переменного тока. Но разница между ними такая – электродвигатели постоянного тока сложнее в изготовлении, но зато позволяют плавно изменять скорость вращения обычным регулирующим силу тока реостатом. А электродвигатели переменного тока гораздо проще и дешевле в изготовлении, но вращаются только с одной, обусловленной конструкцией скоростью. Поэтому в практике широко применяются и те, и другие. В зависимости от назначения. Для целей управления и регулирования применяются двигатели постоянного тока, а в качестве силовых установок – двигатели переменного тока.

Далее конструкторская мысль изобретателя генератора двигалась примерно в таком направлении – если удобнее всего для генерации тока использовать вращение магнита рядом с катушкой, то почему бы вместо одной катушки генератора не расположить вокруг вращающегося магнита несколько катушек (места-то вокруг вон сколько)?

Получится сразу же, как бы несколько генераторов, работающих от одного вращающегося магнита. Причём переменный ток в катушках будет отличаться по фазе – максимум тока в последующих катушках будет несколько запаздывать относительно предыдущих. То есть синусоиды тока, если их графически изобразить, будут, как бы между собой, сдвинуты. Это важное свойство – сдвиг фаз, о котором мы расскажем ниже.

Примерно так рассуждая, американский изобретатель Никола Тесла и изобрёл сначала переменный ток, а затем и трёхфазную систему генерации тока с шестью проводами. Он расположил три катушки вокруг магнита на равном расстоянии под углами 120 градусов, если за центр углов принять ось вращения магнита.

(Число катушек (фаз) вообще-то может быть любым, но для получения всех тех преимуществ, что даёт многофазная система генерации тока, минимально достаточно трёх).

Далее русский учёный электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский развил изобретение Н. Тесла, впервые предложив трёх - и четырёхпроводную систему передачи трёхфазного переменного тока. Он предложил соединить один конец всех трёх обмоток генератора в одну точку и передавать электроэнергию всего по четырём проводам. (Экономия на дорогих цветных металлах существенная). Оказалось, что при симметричной нагрузке каждой фазы (равным сопротивлением) ток в этом общем проводе равняется нулю. Потому что при суммировании (алгебраическом, с учётом знаков) сдвинутых по фазе на 120 градусов токов они взаимно уничтожаются. Этот общий провод так и назвали – нулевой. Поскольку ток в нём возникает только при неравномерности нагрузок фаз и численно он небольшой, гораздо меньше фазных токов, то представилась возможность использовать в качестве «нулевого» провод меньшего сечения, чем для фазных проводов.

По этой же самой причине (сдвиг фаз на 120 градусов) трехфазные трансформаторы получились значительно менее материалоёмкими, так как в магнитопроводе трансформатора происходит взаимопоглощение магнитных потоков и его можно делать с меньшим сечением.

Сегодня трёхфазная система электроснабжения осуществляется четырьмя проводами, три из них называются фазными и обозначаются латинскими буквами: на генераторе - А, В и С, у потребителя - L1, L2 и L3. Нулевой провод так и обозначается – 0.

Напряжение между нулевым проводом и любым из фазных проводов называется – фазным и составляет в сетях потребителей – 220 вольт.

Между фазными проводами тоже существует напряжение, причём значительно выше, чем фазное напряжение. Это напряжение называется линейным и составляет в цепях потребителей 380 вольт. Почему же оно больше фазного? Да всё это из-за сдвига фаз на 120 градусов. Поэтому, если на одном проводе, к примеру, в данный момент времени потенциал равен плюс 200 вольт, то на другом фазном проводе в этот же момент времени потенциал будет минус 180 вольт. Напряжение – это разность потенциалов, то есть оно будет + 200 – (-180)=+380 В.

Возникает вопрос, если по нулевому проводу ток не протекает, то нельзя ли его вообще убрать. Можно. И мы получим трёхпроводную систему электроснабжения. С соединением потребителей так называемым «треугольником» - между фазными проводами. Однако нужно заметить, что при неравномерной нагрузке в сторонах «треугольника» на генератор будут действовать разрушающие его нагрузки, поэтому данную систему можно применять при огромном количестве потребителей, когда неравномерности нагрузок нивелируются. Передача электроэнергии от больших электростанций при высоких фазных и линейных напряжениях (сотни тысяч вольт) так и осуществляются. Почему же применяется такое высокое напряжение. Ответ простой – чтобы уменьшить потери в проводах на нагрев. Так как нагрев проводов (потери энергии) пропорционален квадрату протекающего тока, то желательно чтобы протекающий ток был минимален. Ну а для передачи необходимой мощности при минимальном токе нужно повышать напряжение. Линии электропередач (ЛЭП) так и обозначаются, к примеру, ЛЭП – 500 – это линия электропередачи под напряжением 500 киловольт.

Кстати потери в проводах ЛЭП можно ещё более снизить, применяя передачу постоянного тока высокого напряжения (перестаёт действовать емкостная составляющая потерь, действующая между проводами), проводились даже такие эксперименты, но широкого распространения пока такая система не получила, видимо вследствие большей экономии в проводах при трёхфазной системе генерации.

Выводы: преимущества трёхфазной системы к содержанию

В заключение статьи подведём итоги, – какие же преимущества даёт трёхфазная система генерации и электроснабжения?

Экономия на количестве проводов, необходимых для передачи электроэнергии. Учитывая немалые расстояния (сотни и тысячи километров) и то, что для проводов используют цветные металлы с малым удельным электрическим сопротивлением, экономия получается весьма существенной.
Трёхфазные трансформаторы, при равной мощности с однофазными, имеют значительно меньшие размеры магнитопровода. Что позволяет получить существенную экономию.
Очень важно, что трёхфазная система передачи электроэнергии создаёт при подключении потребителя к трём фазам как бы вращающееся электромагнитное поле. Опять-таки, вследствие сдвига фаз. Это свойство позволило создать чрезвычайно простые и надёжные трёхфазные электродвигатели, у которых нет коллектора, а ротор, по сути, представляет собой простую «болванку» в подшипниках, к которой не нужно подсоединять никакие провода. (На самом деле конструкция короткозамкнутого ротора имеет свои особенности и вовсе не болванка) Это так называемые трёхфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Очень широко распространённые сегодня в качестве силовых установок. Замечательное свойство таких двигателей – это возможность менять направление вращения ротора на обратное простым переключением двух любых фазных проводов.
Возможность получения в трёхфазных сетях двух рабочих напряжений. Другими словами менять мощность электродвигателя или нагревательной установки путём простого переключения питающих проводов.
Возможность значительного уменьшения мерцаний и стробоскопического эффекта светильников на люминисцентных лампах путём размещения в светильнике трёх ламп, питающихся от разных фаз.

Благодаря этим преимуществам трёхфазные системы электроснабжения получили широчайшее распространение в мире.

Доливо-Добровольский Михаил Осипович

Доливо-Добровольский Михаил Осипович (1862 - 1919) - инженер-электротехник. Физик. Конструктор. Изобрел ряд оригинальных электротехнических приборов и устройств. Создал асинхронный двигатель переменного тока (1889), разработал систему трехфазного тока (1890). Один из основоположников электротехники. Разработал ряд измерительных приборов, как для постоянного, так и переменного тока.

[02.01.1862, Санкт-Петербург –15.11.1919, Петроград]

Выдающийся русский ученый-электротехник, один из основоположников современной электротехники. Почетный инженер-электрик (1903). Учился в Рижском политехническом институте. За участие в студенческих политических выступлениях исключен из института без права поступления в высшие учебные заведения России. Окончил (1884) высшее техническое училище (Дармштадт, Германия), в котором затем работал ассистентом. Работал на заводах Электротехнической компании Эдисона (впоследствии "Всеобщей компании электричества", AEG; главный инженер).

Разработал систему трехфазного переменного тока, изобрел ряд оригинальных электротехнических приборов и устройств, трехфазный генератор переменного тока с вращающимся магнитным полем (1888), электродвигатель переменного тока (1889), трансформатор трехфазного тока (1890), специальные пусковые реостаты, измерительные приборы, схемы включения генераторов и двигателей звездой и треугольником, что обеспечило широкое применение трехфазного тока. На Всемирной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне (1891) демонстрировал созданную им впервые в мире систему передачи трехфазного тока на большое расстояние (170 км). Разработал электромагнитные амперметр и вольтметр для измерений как на постоянном, так и на переменном токах; прибор для определения величины потерь от вихревых токов и гистерезиса в листах трансформаторной стали, приборы для устранения помех от электрической сети в сетях телефонной связи, изобрел (1894) фазометр. Обосновал предельные значения расстояний передачи электроэнергии на переменном токе и идею передачи электроэнергии на сверхдальние расстояния на постоянном токе (1919). Участвовал в развитии электротехники в России, оказывал содействие А. С. Попову в ознакомлении с радиоаппаратурой производства компании AEG (1900). Один из организаторов Политехнического института в СПб., в который передал свою библиотеку по электротехнике; участвовал в разработке учебных программ и планов Политехнического института.

Труды: Избранные труды (о трехфазном токе). М.; Л., 1948.

Устройство синхронного генератора переменного тока, принцип работы

Электричество – вид энергии, который можно передавать на дальние расстояния, преобразовывать в механическую, тепловую энергию и трансформировать в световое излучение. Электроэнергию получают различными способами – химическим, тепловым, механическим, фотоэлектрическим.

Наиболее распространенный способ получения электроэнергии – механический, с использованием генераторов. Именно таким образом получают практически всю электрическую энергию, используемую в бытовых и производственных целях.

Генераторы, иначе называемые «электростанциями», бывают синхронными и асинхронными, одно- и трехфазными. Рассмотрим подробнее устройство и работу трехфазного электрогенератора, который может работать параллельно с другими электрогенераторами или централизованной электрической сетью.

В конструкцию синхронных электрических генераторов входят три основные детали:

Ротор. Вращающийся элемент. Это биполярный электромагнит постоянного тока. Обмотка ротора соединяется с блоком управления через два щеточных узла.
Статор. Неподвижный элемент. Витки статорной обмотки равномерно расположены по окружности. В однофазных машинах присутствует одна обмотка, в трехфазных – три, которые соединяются по схемам «звезда», «треугольник» или со сдвигом друг относительно друга на 120°.
Блок управления.

Статор и ротор изготавливают из пластин электротехнических марок стали, которые хорошо проводят магнитный поток и плохо проводят электрические вихревые токи. Синхронные генераторы, имеющие явно полюсный ротор, используются для тихоходных машин, у которых скорость вращения не превышает 1000 оборотов в минуту, например установок с гидравлическими турбинами. Синхронные электрогенераторы с не явно полюсными роторами используются для механизмов, вращающихся с высокой скоростью – 1500-3000 об/минуту. Бывают двух- и четырехполюсными.

Принцип работы синхронного электрогенератора

Основные этапы:

При вращении ротора двигателем внутреннего сгорания начинается вращение поля электромагнита.
В результате вращения магнитного поля в статорной обмотке появляется переменное синусоидальное напряжение – одно- или трехфазное. Значение напряжения генерируемого тока зависит от скорости вращения ротора.
Изменение электрической нагрузки синхронного генератора меняет механическую нагрузку на валу двигателя внутреннего сгорания. В свою очередь, это изменяет скорость вращения ротора, а значит, изменения величины напряжения и частоты. Избежать таких изменений параметров генерируемого электротока позволяет блок управления, который автоматически регулирует электрические характеристики через обратную связь.

Трехфазный синхронный генератор может работать в режиме генератора или в режиме двигателя. В первом случае в СГ входящей является механическая энергия, а выходящей – электрическая. Во втором случае – входящей является электрическая энергия, а выходящей – механическая.

Разновидности синхронных генераторов

Конкретная область применения определяет, какой вид синхронного генератора купить.

Производители предлагают электрогенераторы:

Шаговые (импульсные). Применяются для приводов, работающих в режиме старт-стоп, или для устройств постоянного режима работы с импульсным сигналом управления.
Безредукторы. Используются в автономных системах.
Бесконтактные. Востребованы в качестве электростанций на речных и морских судах.
Гистерезисные. Предназначены для установки в счетчиках времени, инерционных электрических приводах, системах автоматизированного руководства.
Индукторные. Используются для оснащения электрических установок.

Области применения синхронных трехфазных генераторов переменного тока

Важная особенность синхронного генератора – возможность синхронизации с другими подобными электрическими машинами. Это свойство позволяет использовать эти машины в промышленной энергетике и при повышении нагрузок в час пик подключать резервные агрегаты.

Трехфазные генераторы применяют на:

тепловозах с выпрямлением переменного тока полупроводниковыми элементами и других транспортных системах;
мощных гидро-, тепловых электростанциях, атомных станциях, передвижных электростанциях;
гибридных автомобилях с целью совмещения тяги ДВС и мощности тяговых электродвигателей.

Синхронные трехфазные генераторы могут использоваться в качестве электромоторов с мощностью более 50 кВт. В этом режиме ротор соединяют с источником постоянного тока, а статор подключают к трехфазному кабелю.

В каких случаях необходимо купить и использовать синхронный генератор?

Синхронный генератор переменного тока выбирают в следующих случаях:

Если предъявляются высокие требования к постоянству параметров напряжения и частоты тока.
При высокой вероятности перегрузок в переходном режиме потребителей с реактивной мощностью.
При вероятности перегрузок в рабочем режиме, когда к генератору подключаются потребители как с активной, так и с реактивной мощностью.

Преимущества использования синхронных генераторов

Плюсы трехфазных синхронных генераторов:

Способность выдерживать перегрузы в электросети, превышающие в три раза номинальное значение, и короткие замыкания.
Более высокое качество генерируемой электроэнергии, по сравнению с асинхронными генераторами. Поэтому эти электрические машины используются для работы в комплексе с дорогостоящим оборудованием.
Наличие автоматических регуляторов напряжения, регулирующих выпрямителей, которые защищают оборудование от перегруза и коротких замыканий и способны отключать электроустановки в случае возникновения аварийных ситуаций.

Современные электрические генераторы изготавливаются в соответствии с требованиями мировых стандартов качества и безопасности.

Многофазный генератор переменного тока — PatentDB.ru

Многофазный генератор переменного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

№ 87405

Класс 21dР, 5

46с", 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И. В. Казанский и Г, H. Глизер

МНОГОФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Зал<)ле«<2 19 мая 1949 г. аа ¹ 397430 ?2 Гостех!!!П<у СССР

Пре)!метом изобретения является многофазный генератор переменIlo;o тока с возбу к,!еннем постоянным многополюсным звездообразным

Ма?Ч?П. ! О .

И"Bccòíl.lc г«н«раторы п«ременного тока этого типа, применяемы«, и частн<)cTII. д,!5I OcBcllicHHH TP3KTQPQB, KBK пРави,io, c Il« bio 06«c!1«

1-1сдостги ком этого ти?:а генераторов яв 15I«Tcff громоздкость кон с I рук!!!!?! !Ipi! Bb!!10, Ií«!!èè генератора с богп!!1Иъ! чпс. 103! <)аз il Hcрацп<1пал<и<се использование его габаритов.

) )«333!;c?IAIoc ппт1Н11!с !10Bbli

I «If«p3.I <2p3 без всличепия числа полюсов.

=)то достигается тем, что все фазы пли часть пх подразделены па

:IB«часI è, K3)Kдая из которых питает сеть отдельных потребителей через об!цес д, iH сетей JB$ K HQTpcoHTB;Ic ?f, liif i 3«)!bi), ),31!Ilol! )3301f, Ko) fпенспруюшее устройство (сопротивление, дроссель и т. п.), исключающее возможность черезмерного повышения напряжения в сети одного пз потребителей при отключении второго.

Г13 чсрте)ке представлена принципиальная схема сое,lfHeHH51 полюсных катушек восьмиполюсного генератора.

Восьмl!ïoëfOCHBié генератор может быть выполнен для питания шести ламп (.7! вЂ”, 7<;) путем подразделегн?я каждой пз трех фаз на две части и включ«ния ламп м«жду началом или концом фазы и ее средней

-очкой через соответствуюшсе компенсирующее устройство 1 вЂ” 3.

Ь данном случае мошность ламп Л? и,7, питаемых от двухкатушечной фазы, отлична от мошности остальных четырех ламп. питаемых от трехкатушечных фаз.

Устройство получения регулируемого по частоте напряжения на выходе многофазного генератора переменного тока с постоянной частотой вращения вала

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам генерирования электроэнергии с регулированием по частоте и напряжению при постоянной частоте вращения вала. Устройство получения регулируемого по частоте напряжения на выходе многофазного генератора переменного тока с постоянной частотой вращения вала содержит три синхронных генератора переменного тока, объединенных общим приводом, основные трехфазные обмотки статоров которых включены в три ветви таким образом, что в каждую ветвь включены последовательно по три разноименных фазных обмоток, при этом начала ветвей образуют силовой трехфазный выход с напряжением регулируемой частоты, а концы ветвей соединены в “звезду”. Технический результат состоит в снижении массогабаритных характеристик устройства и повышении надежности. 6 ил.

Изобретение относится к области электротехники и касается вопросов целенаправленного и рационального преобразования параметров электрической энергии - частоты и напряжения. Оно может быть выгодно использовано для питания различных электрических нагрузок напряжением изменяющейся частоты и амплитуды.

В практике судостроения требуется обеспечивать питанием трехфазным напряжением переменной частоты такую нагрузку, как, например, гребной электродвигатель и в то же время питание судовых потребителей электроэнергии необходимо осуществлять трехфазным напряжением с постоянной частотой 50 Гц. Временная форма напряжения в обоих случаях должна быть близка к синусоидальной.

Наиболее подходящим по технической сущности к достигаемым результатам является устройство преобразования частоты генератора переменного тока (РФ, приоритентная справка на изобретение №2012122346 от 31.05.2012 г.) - прототип. Оно позволяет получать на одном его выходе трехфазное напряжение с заданной, управляемой частотой и хорошим качеством электроэнергии и трехфазное напряжение постоянной промышленной частоты для питания судовых потребителей на другом выходе от трех генераторов переменного тока, приводимых в движение единым механическим приводом.

Однако это устройство имеет существенный недостаток - для получения напряжения управляемой частоты требуется использовать три мощных полупроводниковых циклоконвертора, что снижает его надежность, а также значительно увеличивает его габариты и стоимость.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства преобразования частоты генератора переменного тока, обеспечивающего с одного выхода питание судовых потребителей напряжением промышленной частоты и имеющего дополнительный силовой выход для питания нагрузок напряжением хорошего качества с регулируемыми частотой и амплитудой без использования мощных полупроводниковых статических преобразователей.

Это достигается тем, что в известном устройстве преобразования частоты напряжения генератора переменного тока (прототип) предлагается основные трехфазные обмотки статоров СГПТ включить в три ветви таким образом, чтобы в каждую ветвь включить последовательно по три разноименные фазные обмотки всех СГПТ, тогда начала ветвей образуют силовой трехфазный выход с напряжением регулируемой частоты, а концы ветвей объединить, образуя соединение ветвей в "звезду".

Указанная схема включения основных обмоток статоров СГПТ в три ветви позволяет получать суммарное регулируемое напряжение с заданными переменной частотой и амплитудой, а также с другого выхода - напряжение с постоянными частотой и амплитудой для питания общесудовых потребителей с возможностью независимого регулирования величины напряжения на каждом выходе устройства. Приводной вал СГПТ при этом вращается с постоянной скоростью. Напряжение переменной частоты получается при векторном сложении всех трех фазных напряжений в каждой ветви без использования циклоконверторов.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой, графиками и рисунками, представленными на фиг. 1÷6).

Устройство получения напряжения переменной частоты на выходе многофазного генератора переменного тока с постоянной частотой вращения вала (см. блок-схему на фиг. 1) содержит три СГПТ 1, 2, 3, которые механически по валу соединены так, чтобы напряжения одноименных фаз генераторов были синфазны. Основные обмотки статоров 4, 5, 6 включены пофазно в три ветви таким образом, что в каждую ветвь включены последовательно три разноименные фазные обмотки трех синхронных генераторов переменного тока (1-ая ветвь - A₁, В₂, C₃; 2-ая ветвь - A₂, B₃, C₁ 3-я ветвь - А₃, В₁, С₂). Начала ветвей образуют силовой трехфазный выход с напряжением регулируемой частоты, а концы ветвей объединены, образуя соединение ветвей в "звезду".

Основные обмотки возбуждения 7, 8, 9 синхронных генераторов переменного тока 1, 2, 3 соединены в "звезду" и подключены к выходам управляющего трехфазного генератора синусоидального напряжения (УТГН) 10, задатчик частоты 11 соединен с первым входом, а задатчик амплитуды 12 - со вторым входом УТГН.

Одноименные фазы дополнительных трехфазных обмоток 13, 14, 15 статора каждого СГНТ 1, 2, 3 соединены последовательно и подключены к судовым потребителям, получающим напряжение 3×380 В постоянной частоты 50 Гц. Дополнительные обмотки возбуждения 16, 17, 18 всех трех СГНТ 1, 2, 3 объединены в схему "открытый треугольник" и подключены к источнику регулируемого постоянного напряжения 19, вход которого соединен с дополнительным задатчиком амплитуды постоянного напряжения 20.

К первому выходу устройства 21 подключены общесудовые потребители с напряжением 3×380 В постоянной частоты 50 Гц, а ко второму выходу 22 подключены потребители с переменными параметрами частоты и напряжения.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1). СГПТ 1, 2, 3 приводятся во вращение общим приводом и вырабатывают напряжения с одинаковой частотой, соответствующей частоте вращения, и промодулированное по амплитуде, поскольку основные обмотки возбуждения 7, 8, 9 генераторов 1, 2, 3 подключены к выходам УТГН с заданной переменной частотой f₂ в некотором диапазоне. В этом случае фазное напряжение на статорных обмотках 4, 5, 6, 13, 14, 15 генераторов 1, 2, 3 модулируется по амплитуде синусоидальным напряжением частотой с коэффициентом модуляции, равным 100%. Графические зависимости напряжения на основной обмотке возбуждения U_y и промодулированного напряжения U_мод фаз статора приведены на фиг. 2.

Разноименные фазы основных трехфазных обмоток 4, 5, 6 в статорах генераторов 1, 2, 3 соединены пофазно последовательно в три ветви, начала которых соединены в "звезду", а концы подключены к нагрузке, на которой формируется напряжение с переменными параметрами значения и частоты.

Схема соединения обмоток приведена на фиг. 3а. Пофазное последовательное соединение позволяет осуществлять суммирование напряжений разноименных фаз всех трех СГПТ 1, 2, 3 и выделять в результате суммирования напряжение с частотой, равной сумме f₁+f₂ или разности частот f₁-f₂. Результат суммарного или разностного выделения зависит от порядка чередования фаз выходов УТГН при подключении к обмоткам возбуждения 7, 8, 9 или порядка чередования фаз при включении основных статорных обмоток генераторов 4, 5, 6 в последовательные ветви.

Задатчик частоты подключен к первому входу УТГН и его уставка влияет на его выходную частоту, а значит и всего устройства в целом. Задатчик амплитуды подключен ко второму входу УТГН. С его помощью можно изменять величину выходного напряжения, а значит и амплитуду возбуждения, влияя таким образом на выходное напряжение с переменной частотой в нагрузке.

Одноименные фазы дополнительных трехфазных обмоток 13, 14, 15 в статорах СГНТ 1, 2, 3 соединены пофазно последовательно в три ветви, концы которых соединены в "звезду", а начала подключены к нагрузке 3×380 В, 50 Гц (фиг. 36). Последовательное соединение позволяет осуществлять суммирование напряжений одноименных фаз всех трех СГНТ 1, 2, 3. Выходное напряжение на концах ветвей немодулировано и имеет постоянную частоту f₁, равную 50 Гц.

Фазное напряжение каждого СГНТ 1, 2, 3 представляет собой амплитудно модулированное напряжение (фиг. 2). Это напряжение обычно представляют в виде векторной суммы трех векторов (фиг. 4) - вектора напряжения несущей частоты f₁ (а, в, с) вращающегося вокруг точки «о» с угловой частотой ω₁, равной 2πf₁ и двух векторов напряжений боковых частот 23, 24 с модулем, равным половине модуля вектора несущей частоты, вращающихся в противоположные стороны вокруг конца вектора напряжения несущей частоты «o₁» с частотой Ω, равной 2πf₂, где f₂ - частота модуляции.

Угловая частота вращения каждого вектора характеризует частоту, а угол поворота - фазу соответствующего напряжения.

Поскольку направления вращения векторов напряжений несущей частоты и напряжения боковой 23 по направлению совпадают, то частота напряжения боковой 23 равна сумме f₁+f₂, а частота напряжения боковой 24 равна разности частот f₁-f₂.

На фиг. 4 в векторной форме изображены фазные напряжения всех трех СГПТ 1, 2, 3.

На фиг. 5 в векторной форме показаны фазные напряжения СГПТ 1, 2, 3, входящие в одну из последовательно включенных ветвей основных обмоток генераторов для получения напряжения переменной частоты. Результаты суммирования этих напряжений приведены на фиг. 6.

Видно, что суммирование векторов напряжений разноименных фаз с частотой ω₁ приводит к взаимной компенсации напряжений с этой частотой, поскольку в трехфазной системе векторы а, в¹, с¹¹ смещены по фазе на 120 электрических градусов и равны по модулю. То же относится к составляющей напряжения боковых частот 23, 23¹, 23¹¹.

В то же время составляющие с боковой частотой 24, 24¹, 24¹¹ синфазны и модуль суммарного вектора утраивается. Таким образом, на концах ветви выделяется напряжение, частота которого равна разности частот: несущей (определяемой частотой вращения вала СГПТ 1, 2, 3 и числом их пар полюсов) и частоты модуляции, изменяемой задатчиком частоты.

Амплитуда напряжения возбуждения, действующая на выходе УТГН и приложенная к основным обмоткам возбуждения 7, 8, 9, определяет амплитуду боковых частот в спектре выходного напряжения СГНТ 1, 2, 3, а значит и выходного напряжения выделенной нижней боковой частоты 24+24¹+24¹¹, действующей на выходе с переменными частотой и напряжением устройства.

Введение дополнительных обмоток возбуждения 16, 17, 18, питаемых постоянным током от источника регулируемого постоянного напряжения 19, позволяет изменять амплитуду только выходного напряжения с частотой 50 Гц, как в прототипе.

При нулевом постоянном токе возбуждения в дополнительных обмотках возбуждения 16, 17, 18 напряжение с частотой 50 Гц в спектре выходного напряжения СГПТ отсутствует.

Дополнительные обмотки возбуждения уложены в те же пазы ротора, что и основные обмотки возбуждения. Однако схема их включения «открытый треугольник» позволяет получать в точках подключения источника регулируемого постоянного напряжения нулевой уровень переменного напряжения, наводимого от тока основных обмоток возбуждения.

Таким образом, пофазное последовательное соединение разноименных фаз СГПТ в три ветви позволяет выделять на концах этих ветвей суммарное по частоте f₁+f₂ или разностное по частоте f₁-f₂ напряжение. Напряжения на каждой ветви будут сдвинуты по фазе относительно друг друга на 120°, образуя систему трехфазного напряжения. Это приводит к появлению возможности отбора от синхронного генератора переменного тока трехфазного напряжения с переменными частотой и амплитудой.

Предлагаемое устройство, как и прототип, одновременно вырабатывает на выходе трехфазное напряжение с постоянной частотой. Временная форма напряжения на обоих силовых выходах практически синусоидальна. Наличие двух задатчиков амплитуды напряжения позволяет независимо регулировать его на каждом силовом выходе устройства.

В отличие от прототипа предлагаемое устройство не требует использования трех мощных полупроводниковых статических преобразователей параметров электроэнергии, что резко снижает массогабаритные характеристики устройства, соответственно его стоимость и увеличивает надежность при эксплуатации.

Физическая модель предложенного устройства мощностью 10 кВт при испытаниях показала полное совпадение выходных параметров напряжений с обоих выходов с расчетными величинами.

Устройство получения регулируемого по частоте напряжения на выходе многофазного генератора переменного тока с постоянной частотой вращения вала, содержащее три синхронных многофазных, например трехфазных, генератора переменного тока, имеющих общий привод, обеспечивающий совпадение по частоте и амплитуде синфазные выходные напряжения всех трех синхронных генераторов переменного тока с основными и дополнительными трехфазными обмотками статоров и основными и дополнительными обмотками возбуждения роторов, а также управляющий трехфазный генератор синусоидального напряжения, задатчик частоты и первый задатчик амплитуды, источник регулируемого постоянного напряжения с дополнительным задатчиком амплитуды, причем основные обмотки возбуждения всех синхронных генераторов переменного тока соединены в “звезду” и подключены к выходам управляющего трехфазного генератора синусоидального напряжения, выход задатчика частоты подключен к первому входу, а выход первого задатчика амплитуды подключен ко второму входу управляющего трехфазного генератора синусоидального напряжения, дополнительные обмотки возбуждения в роторе каждого синхронного генератора переменного тока объединены в схему "открытый треугольник", к входным концам которого подключен источник регулируемого постоянного напряжения, вход которого соединен с дополнительным задатчиком амплитуды, причем одноименные дополнительные трехфазные обмотки статоров всех синхронных генераторов переменного тока соединены последовательно в три ветви, объединенные в “звезду” и образующие трехфазный выход со стабильными частотой и амплитудой напряжения, отличающееся тем, что основные трехфазные обмотки статоров синхронных генераторов переменного тока включены в три ветви таким образом, что в каждую ветвь включены последовательно по три разноименные фазные обмотки трех синхронных генераторов переменного тока, начала ветвей образуют силовой трехфазный выход с напряжением регулируемой частоты, а концы ветвей объединены в “звезду”.

Модель генератора переменного тока - Морской флот

Один из вариантов обеспечения электропитания — генератор переменного тока. Эта установка может быть как основным вариантом, так и только на время пропадания основного источника питания.

Что такое генератор тока

Устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую, называют генератором тока. Они бывают переменного и постоянного тока. Устройства, вырабатывающие постоянный ток, более сложны в исполнении и менее надёжны.

Тоже как вариант))

С появлением полупроводниковых приборов, которые позволяют выпрямить переменный ток, по большей части всё равно использовался генератор переменного тока. Если необходим постоянный ток, на выходе источника переменного тока ставят выпрямитель, который формирует электропитание требуемого типа и уровня.

Устройство и принцип работы

Понять, как происходит такое преобразование, можно глядя на простейшую модель генератора. Его работа основана на принципе возникновения ЭДС — электродвижущей силы. Коротко сформулировать суть этого явления можно так, если замкнутая рамка пересекает магнитное поле, в ней возникает (наводится) электрический ток. Чтобы «снять» ток с рамки, используют специальное устройство ‒ щеточный узел. На концах рамки сделаны кольца, которые соприкасаются с токосъёмными контактами (щетками). Щетки, за счет силы упругости пружин, плотно прилегают к кольцам, обеспечивая контакт. К щеткам припаяны провода, по которым далее в устройство и передаётся ток.

Генератор переменного тока: устройство и принцип действия

Как получается переменное напряжение? Представьте себе, рамка вращается, то одной, то другой стороной приближаясь к полюсам (положительному S и отрицательному N). Чем ближе к полюсу, тем сильнее наводимое поле (больше сила тока), чем дальше ‒ тем меньше. Соответственно, на контактных кольцах имеем плавно изменяющуюся силу тока. Она то близка к нулю (когда рамка находится дальше всего), то подходит к максимуму. Таким образом, получаем на выходе ток синусоидальной формы.

Таким образом получаем на выходе генератора ток синусоидальной формы

Те же самые процессы происходят, если прямоугольную рамку закрепить неподвижно, а внутри нее вращать магнитное поле. Ток также имеет синусоидальную форму, просто имеем два типа установок ‒ с неподвижным статором и с неподвижным ротором.

Генератор постоянного тока устроен точно также и отличается только устройство снятия тока. К рамке прикреплены два полукольца, так что щетки снимают ток попеременно, то с одного конца рамки, то с другого. В результате на выходе имеем положительные полуволны, которые близки к постоянному току.

Виды бытовых генераторов

Это была теория, а теперь переходим к практике. Генераторы электрического тока нужны обычно для обеспечения питанием электрооборудования. Существуют две ситуации:

Электрогенератор нужен на случай пропадания сети.
Как основной источник питания.

Простейшие генераторы постоянного и переменного тока: устройство и принцип работы

Для обоих случаев логика выбора похожа, но имеет свои особенности. Если генератор нужен для постоянной работы, на первое место выходит расход топлива и надёжность. Также стоит обратить внимание на «громкость» работы, ёмкость бака для топлива.

Для кратковременного включения на случай пропадания питания, чаще всего стараются приобрести не слишком дорогую модель. Но в погоне за экономией, не стоит забывать о качественных характеристиках.

Синхронные и асинхронные

Сейчас не станем разбираться к конструктивных особенностях, а остановимся на достоинствах и недостатках. Синхронные генераторы отличаются тем, что на якоре имеют обмотки. Они выдают более стабильное напряжение и имеют меньшие отклонения по частоте. Это хорошо для требовательных к качеству питания. К плюсам синхронных генераторов тока относят также нормальную реакцию на пусковые токи, так что нормально работают они с индуктивной нагрузкой (с электродвигателями). Минусы ‒ более сложная конструкция и высокая цена. Ещё один момент, наличие щеток, которые, как известно снашиваются и искрят. Так что при более высокой цене синхронные генераторы имеют меньший рабочий ресурс.

Устройство асинхронных моделей проще

Асинхронные генераторы имеют более простую конструкцию и более низкие цены. При относительно невысокой цене отличаются значительно большим эксплуатационным сроком. Но стабильность тока желает быть лучше: погрешность до 10% по напряжению и 4% по частоте. Ещё один недостаток: плохо переносят пусковые токи. Потому, для обеспечения нормальной работы сложной техники желательно иметь стабилизатор, а для плавного пуска электромоторы подключать через преобразователь частоты.

Инверторный или нет

Есть ещё так называемые инверторные бытовые генераторы тока. Это те же генераторы, но на выходе которых стоит дополнительное устройство, стабилизирующее выходные показатели. С учётом того что техника у нас становится всё более дорогой и требовательной к качеству питания, использование инверторных генераторов почти необходимость.

Генератор переменного тока с инвертором: основные узлы и блоки

Единственное исключение, когда агрегат будет стоять на даче или в доме, а в период его работы, «капризная» техника работать не будет. К группе «капризных» однозначно относится вся компьютерная техника, а также та, которая управляется при помощи микропроцессоров. Также «капризными» являются автоматизированные котлы. Если котёл зависит от наличия напряжения и автоматика в нем не механическая, вам однозначно требуется инверторный генератор.

Инверторный генератор кроме двигателя и непосредственно генератора, имеет ещё выпрямитель и инвертор

Как работает инверторный генератор переменного тока? То напряжение, которое выработал генератор, попадает на блок инвертора. Он сначала выпрямляется, а потом из постоянного напряжения формируются полярные импульсы заданной частоты (50 Гц) и скважности. На выходе устройства импульсы превращаются в синусоиду. В результате на выходе имеем питание с идеальными (почти) характеристиками. Так что асинхронный инверторный генератор подходит для питания любой техники. Вот только пусковые нагрузки по-прежнему проблема.

Количество фаз и топливо для первичного двигателя

Чтобы выбрать генератор переменного тока, необходимо разобраться с классификацией, видами и типами, достоинствами и недостатками. В первую очередь стоит определиться с количеством фаз, которые должен выдавать агрегат, как понимаете, есть однофазные и трехфазные. Выбирать по этому признаку стоит учитывая имеющуюся проводку или нагрузку. Если генератор должен обеспечить работу трехфазного потребителя, на его выходе должно быть именно такое напряжение. Если подключаемые приборы только однофазные, покупать трехфазный генератор стоит только тогда, когда он будет работать на постоянной основе. В качестве резервного обычно ставят однофазные агрегаты, обеспечивая питанием наиболее важные устройства.

Для начала необходимо определиться с количеством фаз вырабатываемого тока

Когда мы разбирались в принципе действия генераторов переменного тока, не рассматривался один момент: как и чем приводится в действие вращающаяся часть устройства. В бытовых моделях это двигатель внутреннего сгорания. Именно он приводит в движение ротор, а работать он может на следующих видах топлива:

Для бытового использования, чаще всего, используют дизельные и бензиновые генераторы. Так как оба вида топлива практически равнозначны по доступности, то выбор между ними основан на технических особенностях. О них подробнее немного ниже.

Генератор переменного тока: бензин или дизель?

Для бытовых целей обычно используют бензиновый или дизельный генератор тока. Сказать какой лучше однозначно невозможно, так как они отличаются по характеристикам. Потому для одних условий лучше бензиновый, для других ‒ оптимальный дизельный.

Выбор генератора тока зависит от многих моментов

Когда лучше выбрать бензиновый

Перечень свойств и особенностей бензинового генератора переменного тока:

Имеет небольшую мощность, не более 10 кВт.
Не рассчитан на длительную беспрерывную работу.
Имеет небольшой вес и размеры.
Работает негромко.
Небольшая цена.

Бензиновые генераторы тока оптимальны для работы на непродолжительны период времени

Основное, что стоит помнить, бензиновый электрогенератор не рассчитан на длительную работу (сутками). Рекомендованная нагрузка, особенно у двухтактных моделей 2–3 часа в день и до 500 часов в год. Зато отличаются такие установки невысокой ценой и компактностью. Это отличный выбор, если надо питать совсем небольшую нагрузку непродолжительное время. Чаще всего такие генераторы берут с собой на природу, охоту, рыбалку и т. д.

Двухтактные бензиновые генераторы — лучший выбор для выезда на природу

Бензиновые генераторы тока с четырехтактными бензиновыми двигателями ресурс имеют существенно больше: до 3000–5000 тысяч часов. Но и его надолго не хватит при постоянной работе. Так что бензиновые генераторы имеет смысл ставить, если электричество отключается у вас редко и ненадолго.

Чем хороши дизельные

Дизельный генератор переменного тока ‒ установка гораздо боле мощная, но и настолько же более дорогостоящая. Бывают они двух типов: с воздушным и жидкостным охлаждением. Установки с воздушным охлаждением имеют средние габариты, среднюю мощность и вполне приемлемую цену. Вот они идеальны, если электричество отключается часто, но не постоянно. В то же время, маломощные дизельные генераторы (есть и такие) по характеристикам ненамного лучше бензиновых, а по цене раза в два выше. Так что если вам нужен генератор до 6 кВт мощности выбор, всё равно, имеет смысл остановить на бензиновой установке.

Дизельные ‒ более габаритные и мощные

Дизельный генератор с водяным (жидкостным) охлаждением ‒ это уже техника другого класса. Он может работать сутками и используются на предприятиях. На них применяются двигателя двух типов:

высокооборотистые – 3000 об/мин;
с низкими оборотами – 1500 об/мин.

Дизельный генератор с низкооборотистым двигателем отличается более низким уровнем шумов, более экономичны в плане расхода топлива на один киловатт. Но они же более дорогостоящие. имеют большие размеры и вес. Если дизельный генератор тока построен на основе высокооборотного движка, обойдётся один киловатт электроэнергии дешевле. Но шуметь дизель будет сильно.

Подобные модели могут обеспечивать предприятия

Итак, если вам нужна установка для выработки постоянного тока на продолжительный период или станция, которая будет снабжать электроэнергией постоянно, вам нужен дизельный генератор жидкостного охлаждения.

Опции и дополнительные возможности

Значительное влияние на цену оказывают опции. Хоть генераторы «с наворотами» стоят дороже, некоторые из дополнительных возможностей могут быть очень полезны. Например:

Защита от утечки. Встроенное УЗО, которое отслеживает наличие пробоя изоляции и отключает установку при появлении тока утечки.
Защита от перегрузки. Функция не даёт работать деталям «на износ».
Автоматический запуск. При пропадании электроэнергии генератор запускается сам.

Использование может быть разным

Есть ещё такие, без которых можно обойтись, но делающие эксплуатацию генератора тока более удобной. Например, контроль параметров с одновременным отображением на дисплее или передача данных о состоянии генератора на подключённый компьютер. Ещё, может быть, целый ряд конструктивных «добавок»: шумогасящий кожух, защитный кожух от низких температур, увеличенный топливный бак и т. д.

Особенности установки генератора

Речь пойдёт не о подключении, а об установке ‒ организации места, где генератор тока будет работать. Нужна просторная твёрдая и ровная площадка. При установке на неровной поверхности, повышается уровень вибрации, что угрожает целостности оборудования. Если говорить о мощных дизельных установках, то для них желательно бетонное или асфальтовое покрытие, в общем, плотное и надёжное основание.

Площадка должна быть ровной

Подключение генератора проводят кабелем, в соответствии с рекомендациями производителей. Само подключение производится в шкафу, куда заводится кабель от генераторной установки. Он подключается после вводного автомата и счетчика.

Если генератор будет уставлен в помещении, в нем должна быть хорошая вентиляция. Планируя на время работы двигателя оставлять двери открытыми, нужна будет решётка, чтобы никто не попал внутрь во время работы станции.