униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока. Генератор постоянного тока бесщеточныйуниполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока - патент РФ 2284629Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано при производстве униполярных бесколлекторных торцевых электрических машин. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в увеличении мощности, повышении эффективности охлаждения и расширении функциональных возможностей, а также в повышении эксплуатационной надежности и технического ресурса предлагаемого генератора путем обеспечения возможности механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора. Сущность изобретения состоит в следующем. Униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока, содержащий неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с пазами для укладки обмотки якоря, вращающиеся торцовые магнитопроводы индукторов для возбуждения и вентилятор, отличающийся тем, что в схеме возбуждения генератора установлены радиальные электромагниты и круговые электромагниты, при этом вращающиеся на валу ротора генератора торцовые магнитопроводы обоих индукторов вместе с радиальными и круговыми электромагнитами обращены встречно через воздушный промежуток одноименными полюсами к магнитопроводам с обмоткой якоря, что обеспечивает в торцовых магнитопроводах обоих индукторов постоянное наличие остаточного магнетизма, способствующего возбуждению генератора, при этом схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, включающими щетками токосъема и неразрезные контактные кольца. Генератор может быть использован при производстве электроэнергии на электростанциях, ГЭС, для дальних электропередач больших мощностей на постоянном токе с высоким экономическим эффектом, при этом исключается необходимость строительства повышающих напряжение подстанций и дорогостоящих преобразующих устройств для преобразования переменного тока в постоянный. Генераторы для дальних электропередач работают при последовательной схеме их включения. Область использования предлагаемого изобретения расширяется путем обеспечения возможности его использования в промышленности как в качестве генератора, так и в качестве двигателя, а именно в электрифицированном транспорте, в ветроустановках, для электросварки, электролиза, электроснабжения компьютерной техники, ЭВМ, зарядки аккумуляторных батарей, аварийное электроснабжение систем автоматики, освещения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. (56) (продолжение): Теоретические основы электротехники. Ч.1. - М.-Л.: ГЭИ, 1959, с.40, 90. ФЕДОСЕЕВ П.Г. Электротехника. - М.: Искусство, 1953, с.162, 208. КОШКИН Н.И., ШИРКЕВИЧ М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1988, с.142. БАУДИШ К. Передача энергии постоянным током высокого напряжения - М.-Л., 1958, с.216. Большая Советская энциклопедия, М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, с.339, 1251. Рисунки к патенту РФ 2284629Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в производстве машин постоянного тока. Известное устройство торцового двигателя [1] по авторскому свидетельству СССР № 129715, 1960 г. имеет для возбуждения постоянные магниты и малую мощность. Кроме того, при торцовом устройстве двигатель не обеспечен возможностью механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора. Указанные недостатки аналога ограничивают предел выдаваемой мощности и технический ресурс работы двигателя. Лучшим вариантом аналога, избранным в качестве прототипа [2] является самовозбуждающийся бесколлекторный генератор постоянного тока по патенту № 2124799, прототипом для которого тоже служит униполярный генератор, но который хоть и содержит для возбуждения постоянные магниты, но может выдавать несколько большую мощность, но не более 10 кВт. Недостатками прототипа являются: малая мощность, отсутствие возможности механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора, вентилятор на валу ротора генератора ограничивает эффективность охлаждения при торцовом устройстве генератора, неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с аксиальными и коаксиальными пазами для укладки обмотки якоря служит для создания магнитной цепи, но не введен в электрическую схему обмотки якоря, которая выполнена только в последовательном исполнении, без параллельных ветвей. Указанные недостатки прототипа снижают его эксплуатационную надежность и технический ресурс. С целью повышения величины выдаваемой мощности, эксплуатационной надежности и технического ресурса генератора путем обеспечения возможности механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора, повышения эффективности охлаждения генератора и расширения функции неподвижного раздвоенного кольцевого магнитопровода якоря для создания многовитковой последовательно-параллельной обмотки якоря предлагается внести следующие изменения в устройстве прототипа, содержащего неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с пазами для укладки обмотки якоря, вращающиеся торцовые магнитопроводы индукторов для возбуждения и вентилятор, отличающийся тем, что в схеме возбуждения генератора установлены радиальные электромагниты и круговые электромагниты, при этом вращающиеся на валу ротора генератора торцовые магнитопроводы обоих индукторов вместе с радиальными и круговыми электромагнитами обращены встречно через воздушный промежуток одноименными полюсами к магнитопроводам с обмоткой якоря, что обеспечивает в торцовых магнитопроводах обоих индукторов постоянное наличие остаточного магнетизма, способствующего возбуждению генератора, при этом схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, включающими щетками токосъема, и неразрезные контактные кольца, в узле крепления торцовых магнитопроводов обоих индукторов к валу ротора генератора установлены ферромагнитные шайбы для обеспечения возможности механического регулирования величины воздушного зазора, на торцовых участках магнитопроводов обоих индукторов установлены вентиляционные лопасти для повышения эффективности охлаждения генератора, раздвоенный кольцевой магитопровод якоря, к которому через воздушные промежутки обращены одноименными полюсами торцовые магнитопроводы обоих индукторов, образует вместе с якорной обмоткой, уложенной в его аксиальных и коаксиальных пазах, тороидальную катушку с двумя разделенными друг от друга воздушным промежутком кольцевыми магнитопроводами прямоугольного сечения, выполненными в цельном исполнении с перемычкой из ферромагнитного токопроводящего материала, на внешнем диаметре торцовых магнитопроводов якоря для намотки кольцевой обмотки якоря выполнены коаксиальные пазы в двойном исполнении, то есть одни пазы расположены параллельно оси ротора, а другие выполнены с шагом до следующего аксиального паза, при этом магнитопроводы с обмоткой якоря обеспечены электрической изоляцией от корпуса генератора изоляционными прокладками, а раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря, в теле магнитопроводов которого образовано множество размещенных по радиусу параллельных ветвей в цепи обмотки якоря, введен в электрическую схему обмотки якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении. На фиг.1 представлен в продольном разрезе общий вид предлагаемого устройства униполярного бесколлекторного торцового генератора постоянного тока, содержащего неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря 1 с пазами 18, 18', 18'' (см. также фиг.2) для укладки кольцевой обмотки якоря 2, 11, 12, на валу ротора генератора 7 вращающиеся торцовые магнитопроводы обоих индукторов 3 с радиальными электромагнитами 4 и круговыми электромагнитами 6 с соответствующей ориентировкой их полярности с целью создания замкнутой магнитной цепи. Магнитный поток от северного полюса радиального электромагнита 4 проходит по магнитопроводу якоря 1, пересекает воздушный зазор и по телу ротора уходит к южному полюсу кругового электромагнита 6, затем от северного полюса кругового электромагнита 6 уходит по магнитопроводу индуктора 3 к южному полюсу радиального электромагнита 4 и цепь замыкается (на чертеже она показана пунктирными линиями, а направление потока - указательными стрелками), два щеточно-контактных узла с неподвижными щетками токосъема 15 и вращающимися неразрезными контактными кольцами 16, в узле крепления вращающихся торцовых магнитопроводов обоих индукторов к валу 7 ротора генератора установлены ферромагнитные шайбы 8 для обеспечения возможности механического регулирования величины воздушного зазора, а в корпусе генератора 20 образованы смотровые окна 9, на вращающихся торцовых магнитопроводах обоих индукторов установлены вентиляционные лопасти 5 для повышения эффективности охлаждения генератора, а в боковых подшипниковых щитах 19 образованы вентиляционные прорези 10, перемычка 14 из ферромагнитного токопроводящего материала между разделенными друг от друга воздушным промежутком неподвижными раздвоенными кольцевыми магнитопроводами якоря прямоугольного сечения, выполненными с ней в цельном исполнении, коаксиальные пазы 18' и 18'' (см. фиг.2) на внешнем диаметре неподвижных раздвоенных кольцевых магнитопроводов якоря, для намотки кольцевой обмотки якоря, выполнены в двойном исполнении, то есть одни пазы 18' расположены параллельно оси ротора, а другие 18'' выполнены с шагом до следующего аксиального паза 18 (см. фиг.2), неподвижные раздвоенные кольцевые магнитопроводы якоря 1 с кольцевой обмоткой якоря 2, 11, 12 обеспечены электрической изоляцией от корпуса 20 генератора изоляционными прокладками 13 и введены в электрическую схему обмотки 2, 11, 12 якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении. На фиг.2 представлен в условно разделенном виде неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря 1 и многовитковая последовательно-параллельная электрическая схема обмотки якоря 2, 11, 12, так как на чертеже фиг.1 ее изобразить невозможно, аксиальные участки 11, 2 и коаксиальные участки 12, 2 изображены на чертеже линиями, а неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря 1, к которому через воздушные промежутки обращены одноименными полюсами вращающиеся торцовые магнитопроводы обоих индукторов, образуют вместе с якорной обмоткой 2, 11, 12, уложенной в его аксиальных и коаксиальных пазах 18', 18'', тороидальную катушку с двумя разделенными друг от друга воздушным промежутком, кольцевыми магнитопроводами прямоугольного сечения, выполненными в цельном исполнении с перемычкой 14 из ферромагнитного токопроводящего материала, а тело неподвижного раздвоенного кольцевого магнитопровода якоря 1, в котором образовано множество размещенных по радиусу параллельных ветвей в цепи обмотки якоря, введено в электрическую схему обмотки 2, 11, 12 якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении, а соединительные электрические контакты на чертеже (фиг.1 и фиг.2) обозначены цифрой 17. При работе генератора ЭДС в аксиальной части 11 обмотки якоря 2 будет возникать по закону электромагнитной индукции в трактовке М. Фарадея E=BLV, т.е. общеизвестно, что «Принцип действия всех вращающихся электрических машин основан на законе электромагнитной индукции E=BLV и законе электромагнитных механических сил (Закон Ампера) F=BLI.» (см. А.А.Глебович, Л.П.Шичков. Электрические машины и основы электропривода. Москва, ВО «Агропромиздат», 1989 г. стр.4). Возникновение ЭДС в аксиально уложенных участках 11 обмотки якоря 2 будет обусловлено разной окружной линейной скоростью пересечения поверхностей проводников, хоть и не изменяемым магнитным потоком, но с разной скоростью, т.к. точки поверхности проводников, находящихся ближе к оси вала генератора, будут пересекаться магнитным потоком с меньшей скоростью, чем в точках поверхностей этих же проводников, находящихся в удалении от оси ротора, тогда E=BL(V 2-V1), т.к. V2 всегда будет больше V1, то и ЭДС не будет равна нулю. Такое положение в участках 12 обмотки якоря 2, уложенных коаксиально, по внутреннему диаметру неподвижного раздвоенного кольцевого магтатопровода якоря не проявляется, т.к. они пересекаются неизменяемым магнитным потоком и при равной окружной линейной скорости во всех точках поверхности проводника, а сама поверхность этих проводников становится эквипотенциальной, т.е. поверхностью равного потенциала U(XYZ)=Const. Вдоль любой линии на этой поверхности имеем: Следовательно: E=BL(V2-V1)=0, т.к. V2=V1 (см. Л.Р.Нейман и П.А.Калантаров, ТОЭ, ч.1, Москва-Ленинград, ГЭИ, 1959 г., стр.40 и 90). Совершенно другая картина обнаруживается, если мы рассмотрим положение с коаксиальными участками 12 обмотки 2, расположенными в коаксиальных пазах по внешнему диаметру неподвижного раздвоенного кольцевого магнитопровода якоря, т.к. они расположены в продольной линии магнитного потока индукторов, т.е. силовые линии проходят вдоль оси соединительных проводников и не будут пересекать их в поперечном направлении, тогда выражение E=BL(V2-V1 )=0, т.к. V2=0 и V1=0. Известно, что при движении проводника вдоль линий магнитного поля ЭДС не образуется (см. П.Г.Федосеев. Электротехника, М.: Искусство, 1953 г., стр.168). Предлагаемое устройство генератора является торцовым, одноименнополюсным, т.е. униполярным и работает на принципе униполярной индукции - «Возникновение ЭДС индукции в намагниченном теле, движущемся под некоторым углом к оси намагничивания», т.е. E=BLVSin , но в предлагаемом устройстве генератора пересечение магнитным потоком поверхности проводников обмотки якоря происходит под прямым углом, тогда Sin будет равен единице или E=BLVSin90°=BLV (см. П.Г.Федосеев. Электротехника. М., Искусство, 1953 г., стр.208) (см. Москва, Издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1998 г., стр.1251). Характерной особенностью нового устройства униполярного генератора постоянного тока (см. патенты № 2031517, 2044386, 2095924 и 2124799) является то, что благодаря его постоянной одноименнополюсности в процессе его работы, будет обеспечиваться постоянное наличие остаточного магнетизма в ферромагнитных магнитопроводах якоря и индукторов, что будет способствовать возбуждению, т.е. если выключить электрический ток в обмотке электромагнитов, которые имеют ферромагнитные сердечники, то их намагничивание останавливается, но сердечники не теряют полностью магнитные свойства - это явление называется остаточным магнитизмом, которое при очередном включении тока увеличивает магнитную насыщаемость, что при одноименнополюсности генератора способствует его возбуждению (см. П.Г.Федосеев. Электротехника. Издание М.: «Искусство», 1953 г., стр.162). «Магнитная индукция, сохраняющаяся в ферромагнетике после снятия поля (когда Н=0), называется остаточной магнитной индукцией» (см. Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич. Справочник по элементарной физике. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1988 г., стр.142). Фактически устройство генератора с независимым возбуждением представлено двумя генераторами, работающими на одну обмотку якоря. Это видно по тому, что имеются два индуктора, два щеточно-контактных узла с щетками токосъема и неразрезными контактными кольцами в схеме возбуждения. Кольцевая обмотка якоря неподвижна. Постоянный электрический ток образуется без средств коммутации и при отсутствии щеточно-контактных узлов в обмотке якоря. Встречное направление магнитных потоков от индукторов не имеет отрицательных последствий, т.к. магнитные цепи индукторов разделены воздушным промежутком. Кроме того, прямое противостояние в пространстве одноименных полюсов электромагнитов от обоих индукторов исключено, т.к. они располагаются со смещением в пространстве друг относительно друга. Генератор может быть изготовлен при современном уровне электромашиностроения мощностью до 10 тыс. кВт и напряжением 10 кВ. Расширяется область использования машины как в качестве генератора, так и в качестве двигателя в промышленности, а именно в электрифицированном транспорте, электроснабжении компьютерной и электронной аппаратуры, для электросварки, электролиза, зарядки аккумуляторных батарей, производства электроэнергии на электростанциях, в ветроустановках, а также для дальних электропередач больших мощностей на постоянном токе с высоким технико-экономическим эффектом, так как исключается строительство повышающих напряжение подстанций и дорогостоящих преобразующих устройств для перевода переменного тока в постоянный. В пунктах приема будут широко использоваться известные делители напряжения (см. Москва, научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1998 г., стр.339) или «инверторные устройства» (см. там же на стр.445) Известно, что передачу электроэнергии на постоянном токе при том же уровне напряжения можно осуществить в 1,5 раза большей мощностью, чем на переменном токе (см. К. Баудиш Передача энергии постоянным током высокого напряжения». М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958 г., стр.216). Устройство униполярного бесколлекторного торцового генератора постоянного тока работает следующим образом: при вращении вала генератора 7 радиальные электромагниты 4 и круговые электромагниты 6, запитанные от внешней сети постоянного тока, возбуждают напряжение в обмотке якоря, и с набором оборотов генератор переходит из пускового режима в рабочий режим. В качестве первичного двигателя может быть использована энергия воды, ветра, двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока, содержащий неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с пазами для укладки обмотки якоря, вращающиеся торцовые магнитопроводы индукторов для возбуждения и вентилятор, отличающийся тем, что в схеме возбуждения генератора установлены радиальные электромагниты и круговые электромагниты, при этом вращающиеся на валу ротора генератора торцовые магнитопроводы обоих индукторов вместе с радиальными и круговыми электромагнитами обращены встречно через воздушный промежуток одноименными полюсами к магнитопроводам с обмоткой якоря, что обеспечивает в торцовых магнитопроводах обоих индукторов постоянное наличие остаточного магнетизма, способствующего возбуждению генератора, при этом схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, включающими щетки токосъема и неразрезные контактные кольца. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в узле крепления торцовых магнитопроводов обоих индукторов к валу генератора установлены ферромагнитные шайбы для обеспечения возможности механического регулирования величины воздушного зазора. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что на торцовых участках магнитопроводов обоих индукторов установлены вентиляционные лопасти для повышения эффективности охлаждения генератора. 4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря, к которому через воздушные промежутки обращены одноименными полюсами торцовые магнитопроводы обоих индукторов, образует вместе с якорной обмоткой, уложенной в его аксиальных и коаксиальных пазах, тороидальную катушку с двумя разделенными друг от друга воздушным промежутком кольцевыми магнитопроводами прямоугольного сечения, выполненными в цельном исполнении с перемычкой из ферромагнитного токопроводящего материала, на внешнем диаметре торцовых магнитопроводов индукторов для намотки кольцевой обмотки якоря выполнены коаксиальные пазы в двойном исполнении, то есть одни пазы расположены параллельно оси ротора, а другие выполнены с шагом до следующего аксиального паза, при этом магнитопроводы с обмоткой якоря обеспечены электрической изоляцией от корпуса генератора изоляционными прокладками, а раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря, в теле магнитопроводов которого образовано множество размещенных по радиусу параллельных ветвей в цепи обмотки якоря, введен в электрическую схему обмотки якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении. www.freepatent.ru Бесколлекторный двигатель постоянного тока: принцип работы, устройство, применениеБытовая и медицинская техника, авиамоделирование, трубозапорные приводы газо- и нефтепроводов – это далеко не полный перечень областей применения бесколлекторных двигателей (БД) постоянного тока. Давайте рассмотрим устройство и принцип действия этих электромеханических приводов, чтобы лучше понять их достоинства и недостатки. Общие сведения, устройство, сфера примененияОдна из причин проявления интереса к БД – это возросшая потребность в высокооборотных микродвигателях, обладающих точным позиционированием. Внутренне устройство таких приводов продемонстрировано на рисунке 2.  Рис. 2. Устройство бесколлекторного двигателяКак видите, конструкция представляет собой ротор (якорь) и статор, на первом имеется постоянный магнит (или несколько магнитов, расположенных в определенном порядке), а второй оборудован катушками (В) для создания магнитного поля. Примечательно, что эти электромагнитные механизмы могут быть как с внутренним якорем (именно такой тип конструкции можно увидеть на рисунке 2), так и внешним (см. рис. 3).  Рис. 3. Конструкция с внешним якорем (outrunner)Соответственно, каждая из конструкций имеет определенную сферу применения. Устройства с внутренним якорем обладают высокой скоростью вращения, поэтому используются в системах охлаждения, в качестве силовых установок дронов и т.д. Приводы с внешним ротором используются там, где требуется точное позиционирование и устойчивость к перегрузкам по моменту (робототехника, медицинское оборудование, станки ЧПУ и т.д.).  Бесколлекторный двигатель в компьютерном дисководеПринцип работыВ отличие от других приводов, например, асинхронной машины переменного тока, для работы БД необходим специальный контроллер, который включает обмотки таким образом, чтобы векторы магнитных полей якоря и статора были ортогональны друг к другу. То есть, по сути, устройство-драйвер регулирует вращающий момент, действующий на якорь БД. Наглядно этот процесс продемонстрирован на рисунке 4.  Фазы работы бесколлекторного приводаКак видим, для каждого перемещения якоря необходимо выполнять определенную коммутацию в обмотке статора двигателя бесколлекторного типа. Такой принцип работы не позволяет плавно управлять вращением, но дает возможность быстро набрать обороты. Отличия коллекторного и бесколлекторного двигателяПривод коллекторного типа отличается от БД как конструктивными особенностями (см. рис 5.), так и принципом работы.  Рис. 5. А – коллекторный двигатель, В – бесколлекторныйРассмотрим конструктивные отличия. Из рисунка 5 видно, что ротор (1 на рис. 5) двигателя коллекторного типа, в отличие от бесколлекторного, имеет катушки, у которых простая схема намотки, а постоянные магниты (как правило, два) установлены на статоре (2 на рис. 5). Помимо этого на валу установлен коллектор, к которому подключаются щетки, подающие напряжение на обмотки якоря. Кратко расскажем о принципе работы коллекторных машин. Когда на одну из катушек подается напряжение, происходит ее возбуждение, и образуется магнитное поле. Оно вступает во взаимодействие с постоянными магнитами, это заставляет проворачиваться якорь и размещенный на нем коллектор. В результате питание подается на другую обмотку и цикл повторяется. Частота вращения якоря такой конструкции напрямую зависит от интенсивности магнитного поля, которое, в свою очередь, прямо пропорционально напряжению. То есть, чтобы увеличить или уменьшить обороты, достаточно повысить или снизить уровень питания. А для реверса необходимо переключить полярность. Такой способ управления не требует специального контролера, поскольку регулятор хода можно сделать на базе переменного резистора, а обычный переключатель будет работать как инвертор. Конструктивные особенности двигателей бесколлекторного типа мы рассматривали в предыдущем разделе. Как вы помните, их подключение требует наличия специального контролера, без которого они просто не будут работать. По этой же причине эти двигатели не могут использоваться как генератор. Стоит также отметить, что в некоторых приводах данного типа для более эффективного управления отслеживаются положения ротора при помощи датчиков Холла. Это существенно улучшает характеристики бесколлекторных двигателей, но приводит к удорожанию и так недешевой конструкции. Как запустить бесколлекторный двигатель?Чтобы заставить работать приводы данного типа, потребуется специальный контроллер (см. рис. 6). Без него запуск невозможен.  Рис. 6. Контроллеры бесколлекторных двигателей для моделизмаСобирать самому такое устройство нет смысла, дешевле и надежней будет приобрести готовый. Подобрать его можно по следующим характеристикам, свойственным драйверам шим каналов:
Обратим внимание, что первые три характеристики определяют мощность БД. Управление бесколлекторным двигателемКак уже указывалось выше, управление коммутацией обмоток привода осуществляется электроникой. Чтобы определить, когда производить переключения, драйвер отслеживает положение якоря при помощи датчиков Холла. Если привод не снабжен такими детекторами, то в расчет берется обратная ЭДС, которая возникает в неподключенных катушках статора. Контроллер, который, по сути, является аппаратно-программным комплексом, отслеживает эти изменения и задает порядок коммутации. Трёхфазный бесколлекторный электродвигатель постоянного токаБольшинство БД выполняются в трехфазном исполнении. Для управления таким приводом в контролере имеется преобразователь постоянного напряжения в трехфазное импульсное (см. рис.7).  Рисунок 7. Диаграммы напряжений БДЧтобы объяснить, как работает такой вентильный двигатель, следует вместе с рисунком 7 рассматривать рисунок 4, где поочередно изображены все этапы работы привода. Распишем их:
В кажущейся простоте управления есть масса сложностей. Нужно не только отслеживать положение якоря, чтобы произвести следующую серию импульсов, а и управлять частотой вращения, регулируя ток в катушках. Помимо этого следует выбрать наиболее оптимальные параметры для разгона и торможения. Стоит также не забывать, что контроллер должен быть оснащен блоком, позволяющим управлять его работой. Внешний вид такого многофункционального устройства можно увидеть на рисунке 8.  Рис. 8. Многофункциональный контроллер управления бесколлекторным двигателемПреимущества и недостаткиЭлектрический бесколлекторный двигатель имеет много достоинств, а именно:
Теперь рассмотрим минусы. Существенный недостаток, который ограничивает использование БД – их относительно высокая стоимость (с учетом цены драйвера). К числу неудобств следует отнести невозможность использования БД без драйвера, даже для краткосрочного включения, например, чтобы проверить работоспособность. Проблемный ремонт, особенно если требуется перемотка. www.asutpp.ru
ru.made-in-china.com Китай Генератор Бесщеточный Постоянного Тока, Китай Генератор Бесщеточный Постоянного Тока список товаров на ru.Made-in-China.comЦена FOB для Справки: US $ 800.0-2000.0 / шт. MOQ: 20шт.
ru.made-in-china.com
Полезная модель относится к области электрических машин постоянного тока и может быть использована на промышленных предприятиях и электрическом железнодорожном транспорте, а также на других видах электрического транспорта в качестве высоковольтного источника постоянного тока. Задачей полезной модели является повышение мощности генератора за счет сглаживания пульсаций напряжения, и повышение надежности работы генератора за счет выполнения приводного двигателя в виде асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока Технический результат достигается тем, что в бесколлекторный генератор постоянного тока, содержащий статор с парой полюсов, на которых размещены обмотки возбуждения, якорь с якорными обмотками, закрепленный на валу генератора, который соединен с валом приводного двигателя, подключенного к источнику питания, контактное устройство, выполненное в виде двух сплошных проводящих контактных колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, согласно заявляемой полезной модели, введен блок управления с полномостовыми инверторами и пакетом программ управления работой генератора, на паре полюсов статора размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая обмотки возбуждения, соединенные с блоком управления, который подключен к источнику питания, причем на якоре также размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая якорные обмотки, при этом начало первой и второй якорных обмоток присоединено к первому сплошному проводящему контактному кольцу, а конец первой и второй якорных обмоток присоединен ко второму сплошному проводящему контактному кольцу, источник питания представляет собой источник постоянного тока, питающий через блок управления обмотки возбуждения постоянным током и выполненный с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, а приводным двигателем является двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель, при этом блок управления выполнен с возможностью управления переключением полярности постоянного тока в обмотках возбуждения в зависимости от нахождения якорных обмоток в верхнем или нижнем положениях. 4 ил. Полезная модель относится к области электрических машин постоянного тока и может быть использована на промышленных предприятиях и электрическом железнодорожном транспорте, а также на других видах электрического транспорта в качестве высоковольтного источника постоянного тока. Наиболее близким техническим решением является генератор постоянного тока по патенту РФ Недостатком данного генератора является его невысокая мощность из-за невысокого значения электродвижущей силы (ЭДС) в результате пульсаций напряжения и тока на выходе генератора, обусловленных переменным синусоидальным током, подаваемым в обмотку возбуждения. Другим недостатком генератора является его невысокая надежность из-за выполнения приводного двигателя в виде синхронного электродвигателя, что обуславливает необходимость поддержания частоты возбуждающего напряжения генератора с частотой вращения его ротора. Задачей полезной модели является повышение мощности генератора за счет сглаживания пульсаций напряжения, и повышение надежности работы генератора за счет выполнения приводного двигателя в виде асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока Технический результат достигается тем, что в бесколлекторный генератор постоянного тока, содержащий статор с парой полюсов, на которых размещены обмотки возбуждения, якорь с якорными обмотками, закрепленный на валу генератора, который соединен с валом приводного двигателя, подключенного к источнику питания, контактное устройство, выполненное в виде двух сплошных проводящих контактных колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, согласно заявляемой полезной модели, введен блок управления с полномостовыми инверторами и пакетом программ управления работой генератора, на паре полюсов статора размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая обмотки возбуждения, соединенные с блоком управления, который подключен к источнику питания, причем на якоре также размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая якорные обмотки, при этом начало первой и второй якорных обмоток присоединено к первому сплошному проводящему контактному кольцу, а конец первой и второй якорных обмоток присоединен ко второму сплошному проводящему контактному кольцу, источник питания представляет собой источник постоянного тока, питающий через блок управления обмотки возбуждения постоянным током и выполненный с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, а приводным двигателем является двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель, при этом блок управления выполнен с возможностью управления переключением полярности постоянного тока в обмотках возбуждения в зависимости от нахождения якорных обмоток в верхнем или нижнем положениях. Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена электрическая схема генератора, на фиг.2, 3 показаны положения якоря генератора, на котором расположены первая и вторая якорные обмотки, а именно, на фиг.2 - при верхнем и нижнем положениях, соответственно, первой и второй якорных обмоток, когда угол поворота якоря равен 90°, на фиг.3 - при нижнем и верхнем положениях, соответственно, первой и второй якорных обмоток, когда угол поворота якоря равен 270°, на фиг.4 - зависимость ЭДС (е) от угла поворота якоря ( Цифрами на фиг.1, 2, 3 обозначены: 1 - статор, 2 - пара полюсов, 3а - первая обмотка возбуждения, 3б - вторая обмотка возбуждения, 4 - якорь, 5а - первая якорная обмотка, 5б - вторая якорная обмотка, 6 - контактное устройство, 7 - вал генератора, 8 - первое сплошное проводящее контактное кольцо, 9 - второе сплошное проводящее контактное кольцо, 10 - токосъемная скользящая щетка первого проводящего контактного кольца, 11 - токосъемная скользящая щетка второго проводящего контактного кольца, 12 - нагрузочное сопротивление, 13 - приводной двигатель (двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель), 14 - вал приводного двигателя, 15 - источник питания (источник постоянного тока), 16 - блок управления. Бесколлекторный генератор постоянного тока содержит статор 1 с нарой полюсов 2, на которых размещены обмотки возбуждения 3а и 3б, якорь 4 с якорными обмотками 5а и 5б, закрепленный на валу 7 генератора, который соединен с валом 14 приводного двигателя 13, подключенного к источнику 15 питания, а также контактное устройство 6, закрепленное на валу 7 генератора. Контактное устройство 6 выполнено в виде двух сплошных проводящих контактных колец, первого 8 и второго 9. На сплошных проводящих контактных кольцах 8 и 9, соответственно, неподвижно установлены токосъемные скользящие щетки 10 и 11, с которых снимается постоянное напряжение генератора UA , к которому подключено нагрузочное сопротивление 12. Отличием предлагаемого бесколлекторного генератора постоянного тока является то, что в него введен блок 16 управления с полномостовыми инверторами (на чертеже условно не показаны) и пакетом программ управления работой генератора. Программа управления составляется заранее для заданного режима работы и в процессе работы бесколлекторного генератора остается постоянной. На паре полюсов 2 статора 1 размещены две автономные, независимые друг от друга, обмотки возбуждения, соответственно, на одном полюсе первая 3a и на другом полюсе вторая 3б, управляемые, соответственно, первым и вторым полномостовыми инверторами (на чертеже условно не показаны) блока 16 управления. Каждая обмотка возбуждения 3а и 3б, токи в которых переключаются независимыми первым и вторым полномостовыми инверторами, включена в полнотактную схему преобразования, которая управляет направлением тока в обмотке возбуждения в зависимости от места нахождения якорных обмоток 5а и 5б - в верхней или нижней части ротора, т.е. в блоке 16 управления первый полномостовой инвертор управляет направлением тока в первой обмотке возбуждения 3а в зависимости от места нахождения первой якорной обмотки 5а, а второй полномостовой инвертор управляет направлением тока во второй обмотке возбуждения 3б в зависимости от места нахождения второй якорной обмотки 56. Полномостовые инверторы блока 16 управления питают обмотки возбуждения 3а и 3б постоянным током, меняющим свою полярность с положительной полярности на отрицательную через 180° по программе, установленной в блоке 16 управления. С вала 7 генератора информация об угле положения вала передается в блок 16 управления, где по результатам этой информации осуществляется управление токами обмоток 3а и 3б возбуждения, а также общее управление режимами работы генератора. На якоре 4 также размещены две автономные, независимые друг от друга, первая 5а и вторая 5б якорные обмотки, разнесенные на 180°, т.е. они разнесены равномерно друг от друга на 90° от начала и конца каждой обмотки. Начало первой 5а и второй 5б якорных обмоток присоединено к первому сплошному проводящему контактному кольцу 8, а конец первой 5а и второй 5б якорных обмоток присоединен ко второму сплошному проводящему контактному кольцу 9, т.е. якорные обмотки 5а и 5б соединяются параллельно и ток нагрузки повышается до двух раз, а мощность на выходе повышается в два раза. Приводным двигателем 13 является двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель. Блок 16 управления подключен к источнику 15 питания. К источнику 15 питания подключены, через блок 16 управления, первая 3а и вторая 3б обмотки возбуждения, на которые подается постоянное напряжение UВ возбуждения, т.е. источник 15 питания представляет собой источник постоянного тока, питающий через блок 16 управления первую 3а и вторую 3б обмотки возбуждения постоянным током. Источник 15 питания, управляемый блоком 16, выполнен с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное в случае, если приводным двигателя 13 является асинхронный двигатель. Блок 16 управления выполнен с возможностью управления переключением полярности постоянного тока в обмотках 3а и 3б возбуждения в зависимости от нахождения якорных обмоток 5а и 5б в верхнем или нижнем положениях. Рассмотрим работу бесколлекторного генератора постоянного тока при выполнении источника 15 постоянного тока с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, при этом приводным двигателем 13 является асинхронный двигатель. При включении генератора, переменное напряжение, преобразованное из постоянного напряжения, от источника 15 постоянного тока поступает на приводной асинхронный двигатель 13. Вал 14 приводного асинхронного двигателя 13 начинает вращаться против часовой стрелки с установившейся частотой. Так как число пар полюсов генератора равно единице, вал 14 приводного асинхронного двигателя 13 и, соединенный с ним, вал 7 генератора совершают один оборот за период «Т» питающего напряжения. При этом за один оборот якоря 4 изменяется направление тока в обмотках возбуждения (3а и 3б), и происходит смена полярности полюсов 2. При этом постоянство полярности ЭДС, индуктируемой под действием магнитного поля полюсов 2 в якорных обмотках 5а и 5б при вращении якоря 4, обеспечивается следующим образом. В первой половине оборота якоря 4, например, при угле равном 90° (фиг.2), щетка 10, соприкасающаяся с первым сплошным проводящим контактным кольцом 8, соединенным с началом первой 5а и второй 5б якорных обмоток, имеет положительный потенциал, вследствие того, что к этой щетке подводится ток от активной стороны якорной обмотки 5а, расположенной под полюсом N, щетка 11 в этот момент времени имеет отрицательный потенциал. При угле поворота якоря 4 равном 270° (фиг.3), когда активные стороны якорных обмоток 5а и 5б поменялись местами, полярность щеток 11 и 10 остается неизменной, так как при нижнем положении активной стороны якорной обмотки 5а и верхнем положении активной стороны якорной обмотки 5б, нижний полюс меняет свою полярность с S на N, а верхний с N на S. В результате полярность ЭДС, индуктируемой в якорных обмотках 5а и 5б при вращении якоря 4, сохраняется постоянной (фиг.4). Блок 16 с пакетом программ управления работой генератора управляет запуском приводного асинхронного двигателя и токами возбуждения генератора. При запуске приводного асинхронного двигателя одновременно включаются первый и второй полномостовые инверторы (на чертеже условно не показаны) блока 16 управления, которые питают обмотки 3а и 3б возбуждения постоянным током. Токи возбуждения в первой 3а и второй 3б обмотках возбуждения, наводят ЭДС, соответственно, в первой 5а и второй 5б якорных обмотках. Токи в первой 3а и второй 3б обмотках возбуждения имеют такие направления, что ЭДС совпадают с полярностями в начале первой 5а и второй 56 якорных обмоток. На фиг.2 в первой половине оборота якоря 4, при угле равном 90°, первая 5а и вторая 5б якорные обмотки находятся, соответственно, в верхнем и нижнем положениях вала ротора генератора. Далее, с перемещением вала 7 генератора еще на 180° (фиг.3) полномостовые инверторы блока 16 управления вызывают токи возбуждения в обмотках 3а и 3б возбуждения, но обратной полярности. Постоянный ток меняет свою полярность (с положительной полярности на отрицательную полярность) через 180° в соответствии с программой управления работы генератора. Эти токи возбуждения в первой 3а и второй 3б обмотках возбуждения, наводят ЭДС, соответственно, в первой 5а и второй 5б якорных обмотках, совпадающие с ранее возбужденными полярностями. Так как па якоре 4 размещены две автономные, независимые друг от друга, первая 5а и вторая 5б якорные обмотки, разнесенные на 180° (они разнесены равномерно друг от друга на 90° от начала и конца каждой обмотки), выходная ЭДС генератора получается без пульсаций, такой, как она представлена на фиг.4 (без учета потерь в обмотке якоря, которой можно пренебречь). В результате со щеток 10 и 11, контактирующих со сплошными проводящими контактными кольцами 8 и 9, на выход генератора, к которому подключено нагрузочное сопротивление 12, подается постоянное напряжение UA . Использование заявляемой полезной модели позволит, по сравнению с прототипом, повысить мощность и надежность работы генератора за счет введения в него блока управления с полномостовыми инверторами и пакетом программ управления работой генератора, размещением на полюсах статора двух автономных, независимых друг от друга, первой и второй обмоток возбуждения, управляемых двумя независимыми первым и вторым полномостовыми инверторами, размещением на якоре двух автономных, независимых друг от друга, первой и второй якорных обмоток, разнесенных на 180°, выполнения источника питания в виде источника постоянного тока с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное и питающего через блок управления обмотки возбуждения постоянным током, а приводного двигателя - в виде асинхронного двигателя или двигателя постоянного тока. Бесколлекторный генератор постоянного тока, содержащий статор с парой полюсов, на которых размещены обмотки возбуждения, якорь с якорными обмотками, закрепленный на валу генератора, который соединен с валом приводного двигателя, подключенного к источнику питания, контактное устройство, выполненное в виде двух сплошных проводящих контактных колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, отличающийся тем, что в него введен блок управления с полномостовыми инверторами и пакетом программ управления работой генератора, на паре полюсов статора размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая обмотки возбуждения, соединенные с блоком управления, который подключен к источнику питания, причем на якоре также размещены две автономные, независимые друг от друга, первая и вторая якорные обмотки, при этом начало первой и второй якорных обмоток присоединено к первому сплошному проводящему контактному кольцу, а конец первой и второй якорных обмоток присоединен ко второму сплошному проводящему контактному кольцу, источник питания представляет собой источник постоянного тока, питающий через блок управления обмотки возбуждения постоянным током и выполненный с возможностью преобразования постоянного напряжения в переменное, а приводным двигателем является двигатель постоянного тока или асинхронный двигатель, при этом блок управления выполнен с возможностью управления переключением полярности постоянного тока в обмотках возбуждения в зависимости от нахождения якорных обмоток в верхнем или нижнем положениях.
poleznayamodel.ru Униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного токаИзобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано при производстве униполярных бесколлекторных торцевых электрических машин. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в увеличении мощности, повышении эффективности охлаждения и расширении функциональных возможностей, а также в повышении эксплуатационной надежности и технического ресурса предлагаемого генератора путем обеспечения возможности механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора. Сущность изобретения состоит в следующем. Униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока, содержащий неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с пазами для укладки обмотки якоря, вращающиеся торцовые магнитопроводы индукторов для возбуждения и вентилятор, отличающийся тем, что в схеме возбуждения генератора установлены радиальные электромагниты и круговые электромагниты, при этом вращающиеся на валу ротора генератора торцовые магнитопроводы обоих индукторов вместе с радиальными и круговыми электромагнитами обращены встречно через воздушный промежуток одноименными полюсами к магнитопроводам с обмоткой якоря, что обеспечивает в торцовых магнитопроводах обоих индукторов постоянное наличие остаточного магнетизма, способствующего возбуждению генератора, при этом схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, включающими щетками токосъема и неразрезные контактные кольца. Генератор может быть использован при производстве электроэнергии на электростанциях, ГЭС, для дальних электропередач больших мощностей на постоянном токе с высоким экономическим эффектом, при этом исключается необходимость строительства повышающих напряжение подстанций и дорогостоящих преобразующих устройств для преобразования переменного тока в постоянный. Генераторы для дальних электропередач работают при последовательной схеме их включения. Область использования предлагаемого изобретения расширяется путем обеспечения возможности его использования в промышленности как в качестве генератора, так и в качестве двигателя, а именно в электрифицированном транспорте, в ветроустановках, для электросварки, электролиза, электроснабжения компьютерной техники, ЭВМ, зарядки аккумуляторных батарей, аварийное электроснабжение систем автоматики, освещения. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в производстве машин постоянного тока. Известное устройство торцового двигателя [1] по авторскому свидетельству СССР № 129715, 1960 г. имеет для возбуждения постоянные магниты и малую мощность. Кроме того, при торцовом устройстве двигатель не обеспечен возможностью механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора. Указанные недостатки аналога ограничивают предел выдаваемой мощности и технический ресурс работы двигателя. Лучшим вариантом аналога, избранным в качестве прототипа [2] является самовозбуждающийся бесколлекторный генератор постоянного тока по патенту № 2124799, прототипом для которого тоже служит униполярный генератор, но который хоть и содержит для возбуждения постоянные магниты, но может выдавать несколько большую мощность, но не более 10 кВт. Недостатками прототипа являются: малая мощность, отсутствие возможности механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора, вентилятор на валу ротора генератора ограничивает эффективность охлаждения при торцовом устройстве генератора, неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с аксиальными и коаксиальными пазами для укладки обмотки якоря служит для создания магнитной цепи, но не введен в электрическую схему обмотки якоря, которая выполнена только в последовательном исполнении, без параллельных ветвей. Указанные недостатки прототипа снижают его эксплуатационную надежность и технический ресурс. С целью повышения величины выдаваемой мощности, эксплуатационной надежности и технического ресурса генератора путем обеспечения возможности механического регулирования и визуального наблюдения величины воздушного зазора, повышения эффективности охлаждения генератора и расширения функции неподвижного раздвоенного кольцевого магнитопровода якоря для создания многовитковой последовательно-параллельной обмотки якоря предлагается внести следующие изменения в устройстве прототипа, содержащего неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с пазами для укладки обмотки якоря, вращающиеся торцовые магнитопроводы индукторов для возбуждения и вентилятор, отличающийся тем, что в схеме возбуждения генератора установлены радиальные электромагниты и круговые электромагниты, при этом вращающиеся на валу ротора генератора торцовые магнитопроводы обоих индукторов вместе с радиальными и круговыми электромагнитами обращены встречно через воздушный промежуток одноименными полюсами к магнитопроводам с обмоткой якоря, что обеспечивает в торцовых магнитопроводах обоих индукторов постоянное наличие остаточного магнетизма, способствующего возбуждению генератора, при этом схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, включающими щетками токосъема, и неразрезные контактные кольца, в узле крепления торцовых магнитопроводов обоих индукторов к валу ротора генератора установлены ферромагнитные шайбы для обеспечения возможности механического регулирования величины воздушного зазора, на торцовых участках магнитопроводов обоих индукторов установлены вентиляционные лопасти для повышения эффективности охлаждения генератора, раздвоенный кольцевой магитопровод якоря, к которому через воздушные промежутки обращены одноименными полюсами торцовые магнитопроводы обоих индукторов, образует вместе с якорной обмоткой, уложенной в его аксиальных и коаксиальных пазах, тороидальную катушку с двумя разделенными друг от друга воздушным промежутком кольцевыми магнитопроводами прямоугольного сечения, выполненными в цельном исполнении с перемычкой из ферромагнитного токопроводящего материала, на внешнем диаметре торцовых магнитопроводов якоря для намотки кольцевой обмотки якоря выполнены коаксиальные пазы в двойном исполнении, то есть одни пазы расположены параллельно оси ротора, а другие выполнены с шагом до следующего аксиального паза, при этом магнитопроводы с обмоткой якоря обеспечены электрической изоляцией от корпуса генератора изоляционными прокладками, а раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря, в теле магнитопроводов которого образовано множество размещенных по радиусу параллельных ветвей в цепи обмотки якоря, введен в электрическую схему обмотки якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении. На фиг.1 представлен в продольном разрезе общий вид предлагаемого устройства униполярного бесколлекторного торцового генератора постоянного тока, содержащего неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря 1 с пазами 18, 18', 18'' (см. также фиг.2) для укладки кольцевой обмотки якоря 2, 11, 12, на валу ротора генератора 7 вращающиеся торцовые магнитопроводы обоих индукторов 3 с радиальными электромагнитами 4 и круговыми электромагнитами 6 с соответствующей ориентировкой их полярности с целью создания замкнутой магнитной цепи. Магнитный поток от северного полюса радиального электромагнита 4 проходит по магнитопроводу якоря 1, пересекает воздушный зазор и по телу ротора уходит к южному полюсу кругового электромагнита 6, затем от северного полюса кругового электромагнита 6 уходит по магнитопроводу индуктора 3 к южному полюсу радиального электромагнита 4 и цепь замыкается (на чертеже она показана пунктирными линиями, а направление потока - указательными стрелками), два щеточно-контактных узла с неподвижными щетками токосъема 15 и вращающимися неразрезными контактными кольцами 16, в узле крепления вращающихся торцовых магнитопроводов обоих индукторов к валу 7 ротора генератора установлены ферромагнитные шайбы 8 для обеспечения возможности механического регулирования величины воздушного зазора, а в корпусе генератора 20 образованы смотровые окна 9, на вращающихся торцовых магнитопроводах обоих индукторов установлены вентиляционные лопасти 5 для повышения эффективности охлаждения генератора, а в боковых подшипниковых щитах 19 образованы вентиляционные прорези 10, перемычка 14 из ферромагнитного токопроводящего материала между разделенными друг от друга воздушным промежутком неподвижными раздвоенными кольцевыми магнитопроводами якоря прямоугольного сечения, выполненными с ней в цельном исполнении, коаксиальные пазы 18' и 18'' (см. фиг.2) на внешнем диаметре неподвижных раздвоенных кольцевых магнитопроводов якоря, для намотки кольцевой обмотки якоря, выполнены в двойном исполнении, то есть одни пазы 18' расположены параллельно оси ротора, а другие 18'' выполнены с шагом до следующего аксиального паза 18 (см. фиг.2), неподвижные раздвоенные кольцевые магнитопроводы якоря 1 с кольцевой обмоткой якоря 2, 11, 12 обеспечены электрической изоляцией от корпуса 20 генератора изоляционными прокладками 13 и введены в электрическую схему обмотки 2, 11, 12 якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении. На фиг.2 представлен в условно разделенном виде неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря 1 и многовитковая последовательно-параллельная электрическая схема обмотки якоря 2, 11, 12, так как на чертеже фиг.1 ее изобразить невозможно, аксиальные участки 11, 2 и коаксиальные участки 12, 2 изображены на чертеже линиями, а неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря 1, к которому через воздушные промежутки обращены одноименными полюсами вращающиеся торцовые магнитопроводы обоих индукторов, образуют вместе с якорной обмоткой 2, 11, 12, уложенной в его аксиальных и коаксиальных пазах 18', 18'', тороидальную катушку с двумя разделенными друг от друга воздушным промежутком, кольцевыми магнитопроводами прямоугольного сечения, выполненными в цельном исполнении с перемычкой 14 из ферромагнитного токопроводящего материала, а тело неподвижного раздвоенного кольцевого магнитопровода якоря 1, в котором образовано множество размещенных по радиусу параллельных ветвей в цепи обмотки якоря, введено в электрическую схему обмотки 2, 11, 12 якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении, а соединительные электрические контакты на чертеже (фиг.1 и фиг.2) обозначены цифрой 17. При работе генератора ЭДС в аксиальной части 11 обмотки якоря 2 будет возникать по закону электромагнитной индукции в трактовке М. Фарадея E=BLV, т.е. общеизвестно, что «Принцип действия всех вращающихся электрических машин основан на законе электромагнитной индукции E=BLV и законе электромагнитных механических сил (Закон Ампера) F=BLI.» (см. А.А.Глебович, Л.П.Шичков. Электрические машины и основы электропривода. Москва, ВО «Агропромиздат», 1989 г. стр.4). Возникновение ЭДС в аксиально уложенных участках 11 обмотки якоря 2 будет обусловлено разной окружной линейной скоростью пересечения поверхностей проводников, хоть и не изменяемым магнитным потоком, но с разной скоростью, т.к. точки поверхности проводников, находящихся ближе к оси вала генератора, будут пересекаться магнитным потоком с меньшей скоростью, чем в точках поверхностей этих же проводников, находящихся в удалении от оси ротора, тогда E=BL(V2-V1), т.к. V2 всегда будет больше V1, то и ЭДС не будет равна нулю. Такое положение в участках 12 обмотки якоря 2, уложенных коаксиально, по внутреннему диаметру неподвижного раздвоенного кольцевого магтатопровода якоря не проявляется, т.к. они пересекаются неизменяемым магнитным потоком и при равной окружной линейной скорости во всех точках поверхности проводника, а сама поверхность этих проводников становится эквипотенциальной, т.е. поверхностью равного потенциала U(XYZ)=Const. Вдоль любой линии на этой поверхности имеем: Известно, что при движении проводника вдоль линий магнитного поля ЭДС не образуется (см. П.Г.Федосеев. Электротехника, М.: Искусство, 1953 г., стр.168). Предлагаемое устройство генератора является торцовым, одноименнополюсным, т.е. униполярным и работает на принципе униполярной индукции - «Возникновение ЭДС индукции в намагниченном теле, движущемся под некоторым углом к оси намагничивания», т.е. E=BLVSinα, но в предлагаемом устройстве генератора пересечение магнитным потоком поверхности проводников обмотки якоря происходит под прямым углом, тогда Sinα будет равен единице или E=BLVSin90°=BLV (см. П.Г.Федосеев. Электротехника. М., Искусство, 1953 г., стр.208) (см. Москва, Издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1998 г., стр.1251). Характерной особенностью нового устройства униполярного генератора постоянного тока (см. патенты № 2031517, 2044386, 2095924 и 2124799) является то, что благодаря его постоянной одноименнополюсности в процессе его работы, будет обеспечиваться постоянное наличие остаточного магнетизма в ферромагнитных магнитопроводах якоря и индукторов, что будет способствовать возбуждению, т.е. если выключить электрический ток в обмотке электромагнитов, которые имеют ферромагнитные сердечники, то их намагничивание останавливается, но сердечники не теряют полностью магнитные свойства - это явление называется остаточным магнитизмом, которое при очередном включении тока увеличивает магнитную насыщаемость, что при одноименнополюсности генератора способствует его возбуждению (см. П.Г.Федосеев. Электротехника. Издание М.: «Искусство», 1953 г., стр.162). «Магнитная индукция, сохраняющаяся в ферромагнетике после снятия поля (когда Н=0), называется остаточной магнитной индукцией» (см. Н.И.Кошкин, М.Г.Ширкевич. Справочник по элементарной физике. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1988 г., стр.142). Фактически устройство генератора с независимым возбуждением представлено двумя генераторами, работающими на одну обмотку якоря. Это видно по тому, что имеются два индуктора, два щеточно-контактных узла с щетками токосъема и неразрезными контактными кольцами в схеме возбуждения. Кольцевая обмотка якоря неподвижна. Постоянный электрический ток образуется без средств коммутации и при отсутствии щеточно-контактных узлов в обмотке якоря. Встречное направление магнитных потоков от индукторов не имеет отрицательных последствий, т.к. магнитные цепи индукторов разделены воздушным промежутком. Кроме того, прямое противостояние в пространстве одноименных полюсов электромагнитов от обоих индукторов исключено, т.к. они располагаются со смещением в пространстве друг относительно друга. Генератор может быть изготовлен при современном уровне электромашиностроения мощностью до 10 тыс. кВт и напряжением 10 кВ. Расширяется область использования машины как в качестве генератора, так и в качестве двигателя в промышленности, а именно в электрифицированном транспорте, электроснабжении компьютерной и электронной аппаратуры, для электросварки, электролиза, зарядки аккумуляторных батарей, производства электроэнергии на электростанциях, в ветроустановках, а также для дальних электропередач больших мощностей на постоянном токе с высоким технико-экономическим эффектом, так как исключается строительство повышающих напряжение подстанций и дорогостоящих преобразующих устройств для перевода переменного тока в постоянный. В пунктах приема будут широко использоваться известные делители напряжения (см. Москва, научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1998 г., стр.339) или «инверторные устройства» (см. там же на стр.445) Известно, что передачу электроэнергии на постоянном токе при том же уровне напряжения можно осуществить в 1,5 раза большей мощностью, чем на переменном токе (см. К. Баудиш Передача энергии постоянным током высокого напряжения». М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958 г., стр.216). Устройство униполярного бесколлекторного торцового генератора постоянного тока работает следующим образом: при вращении вала генератора 7 радиальные электромагниты 4 и круговые электромагниты 6, запитанные от внешней сети постоянного тока, возбуждают напряжение в обмотке якоря, и с набором оборотов генератор переходит из пускового режима в рабочий режим. В качестве первичного двигателя может быть использована энергия воды, ветра, двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель. 1. Униполярный бесколлекторный торцовый генератор постоянного тока, содержащий неподвижный раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря с пазами для укладки обмотки якоря, вращающиеся торцовые магнитопроводы индукторов для возбуждения и вентилятор, отличающийся тем, что в схеме возбуждения генератора установлены радиальные электромагниты и круговые электромагниты, при этом вращающиеся на валу ротора генератора торцовые магнитопроводы обоих индукторов вместе с радиальными и круговыми электромагнитами обращены встречно через воздушный промежуток одноименными полюсами к магнитопроводам с обмоткой якоря, что обеспечивает в торцовых магнитопроводах обоих индукторов постоянное наличие остаточного магнетизма, способствующего возбуждению генератора, при этом схема возбуждения снабжена двумя щеточно-контактными узлами, включающими щетки токосъема и неразрезные контактные кольца. 2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что в узле крепления торцовых магнитопроводов обоих индукторов к валу генератора установлены ферромагнитные шайбы для обеспечения возможности механического регулирования величины воздушного зазора. 3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что на торцовых участках магнитопроводов обоих индукторов установлены вентиляционные лопасти для повышения эффективности охлаждения генератора. 4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря, к которому через воздушные промежутки обращены одноименными полюсами торцовые магнитопроводы обоих индукторов, образует вместе с якорной обмоткой, уложенной в его аксиальных и коаксиальных пазах, тороидальную катушку с двумя разделенными друг от друга воздушным промежутком кольцевыми магнитопроводами прямоугольного сечения, выполненными в цельном исполнении с перемычкой из ферромагнитного токопроводящего материала, на внешнем диаметре торцовых магнитопроводов индукторов для намотки кольцевой обмотки якоря выполнены коаксиальные пазы в двойном исполнении, то есть одни пазы расположены параллельно оси ротора, а другие выполнены с шагом до следующего аксиального паза, при этом магнитопроводы с обмоткой якоря обеспечены электрической изоляцией от корпуса генератора изоляционными прокладками, а раздвоенный кольцевой магнитопровод якоря, в теле магнитопроводов которого образовано множество размещенных по радиусу параллельных ветвей в цепи обмотки якоря, введен в электрическую схему обмотки якоря, выполненной многовитковой в последовательно-параллельном исполнении. www.findpatent.ru
ru.made-in-china.com |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
2396676, МПК H02K 23/26, H02K 23/68, 10.08.2010, содержащий статор с полюсами, на которых размещены обмотки возбуждения, якорь с якорной обмоткой, закрепленный на валу генератора, соединенном с валом приводного синхронного двигателя, подключенным к источнику переменного напряжения, контактное устройство, выполненное в виде двух проводящих сплошных контактных колец, с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, при этом к одному из проводящих контактных колец присоединено начало якорной обмотки, а ко второму проводящему контактному кольцу подключен конец якорной обмотки, причем обмотки возбуждения генератора подключены, к источнику переменного напряжения.
).
Следовательно: E=BL(V2-V1)=0, т.к. V2=V1 (см. Л.Р.Нейман и П.А.Калантаров, ТОЭ, ч.1, Москва-Ленинград, ГЭИ, 1959 г., стр.40 и 90). Совершенно другая картина обнаруживается, если мы рассмотрим положение с коаксиальными участками 12 обмотки 2, расположенными в коаксиальных пазах по внешнему диаметру неподвижного раздвоенного кольцевого магнитопровода якоря, т.к. они расположены в продольной линии магнитного потока индукторов, т.е. силовые линии проходят вдоль оси соединительных проводников и не будут пересекать их в поперечном направлении, тогда выражение E=BL(V2-V1)=0, т.к. V2=0 и V1=0.
.jpg)
