×
29.12.2017
217.015.f376

Результат интеллектуальной деятельности: Способ стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах автономных систем электроснабжения. Техническим результатом является повышение КПД и повышение точности регулирования напряжения за счет саморегулирования напряжения магнитоэлектрического генератора. В способе стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, по которому напряжение генератора стабилизируют путем изменения магнитной индукции в спинке статора, обеспечивают насыщение магнитопровода магнитоэлектрического генератора в режиме холостого хода, а изменение магнитной индукции в магнитопроводе статора в процессе его нагрузки осуществляют саморегулированием благодаря согласованию кривой изменения магнитной индукции в воздушном зазоре и кривой изменения магнитной индукции в магнитопроводе под действием реакции якоря, при этом для увеличения точности регулирования изменяют магнитное поле реакции якоря магнитоэлектрического генератора посредством формирования индуктивного или емкостного тока в блоке управления. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах автономных систем электроснабжения.

Известен способ стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора [патент CN 1262547 A1, H02K 7/12, 27.01.1999], по которому стабилизация напряжения магнитоэлектрического генератора осуществляется за счет механического изменения положения ротора относительно статора, благодаря возвратной пружине.

Недостатком данного способа является сложность его технической реализации и невысокая надежность, вызванная тем, что в нем применяются механические элементы, пружины, которые необходимо устанавливать внутри корпуса магнитоэлектрического генератора.

Известен способ стабилизации и управления выходным напряжением магнитоэлектрических генераторов [CN 101820245 H02H 7/18, H02J 7/14, H02P 9/48, 14.05.2010], по которому устройство, реализующее данный способ, содержит схему двухполупериодного мостового выпрямителя, схему модуляции напряжения, схему фильтрации выходного напряжения, схему дискретизации выходного напряжения, схему защиты, при этом стабилизирующее устройство напряжения контролирует выходное напряжение путем его измерения и регулирует выходное напряжение за счет широтно-импульсной модуляции.

Недостатком данного способа является сложность его технической реализации и невысокая надежность, вызванная тем, что в нем применяется множество различных элементов и схем, а также ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием возможности запуска генератора в двигательном режиме и гашения поля генератора при внезапном коротком замыкании.

Известен способ и устройство регулирования напряжения магнитоэлектрического генератора, реализующее данный способ [патент ЕР 1746716 А2, Н02Р 9/14, H02K 21/00, H02K 3/28, Н02Р 9/48, 20.07.2005], содержащее статор, с размещенной в его пазах основной и дополнительной обмоткой, а также ротор, на котором установлены постоянные магниты. Дополнительные катушки соединены с основными через полупроводниковые ключи, при подаче сигнала на которые от блока управления происходит подключение дополнительных катушек к основным катушкам таким образом, чтобы они либо снижали результирующее напряжение, либо повышали его, тем самым осуществляется стабилизация напряжения магнитоэлектрического генератора.

Недостатком аналога является сложность его технической реализации и невысокая надежность, вызванная тем, что в нем применяется множество полупроводниковых ключей, а также ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием возможности гашения поля генератора при внезапном коротком замыкании, а также низкая точность стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора.

Известен способ стабилизации напряжения генератора с электромагнитным возбуждением и генератор для его реализации [Электрооборудование летательных аппаратов / под ред. С.А. Грузкова. - М.: МЭИ, 2005. - ISBN 5-7046-1066-8.Т. 1: Системы электроснабжения летательных аппаратов / С.А. Грузков [и др.]. - 2005. - 568 с., стр. 185], по которому стабилизацию напряжения генератора осуществляют блоком управления путем изменения тока возбуждения возбудителя, при этом ток возбуждения возбудителя через блок выпрямителей питает обмотку ротора и его изменение приводит к изменению тока, протекающего по обмотке ротора, а следовательно, либо к снижению, либо к повышению магнитного поля воздушном зазоре генератора и к изменению напряжения генератора.

Недостатками данного способа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием возможности использования его в магнитоэлектрических генераторах, ввиду отсутствия в них обмотки возбуждения, а также сложностью запуска генератора, выполненного по конструкции, реализующей данный способ в двигательном режиме.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому относится способ стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора с подмагничиванием спинки статора [Бертинов А.И. Авиационные электрические генераторы: Учебное пособие для ВТУЗов. М.: Оборонгиз, 1959. - 594 с.], по которому стабилизацию напряжения генератора осуществляют автоматическим изменением блоком управления намагничивающего тока, протекающего по обмотке, расположенной в спинке статора, и тем самым осуществляют изменение магнитной индукции в спинке статора, что приводит либо к понижению напряжения, в том случае если магнитную индукцию в спинке статора увеличивают, либо к повышению, если магнитную индукцию в спинке статора уменьшают.

Недостатками данного способа являются высокие массогабаритные показатели, обусловленные необходимостью использования в генераторах, реализующих данный способ, дополнительных обмоток и невысокий коэффициент полезного действия, обусловленный тем, что в данных обмотках индуцируются дополнительные токи.

Задача изобретения - минимизация массогабаритных показателей, расширение функциональных возможностей и повышение точности и надежности стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора.

Техническим результатом является повышение КПД и повышение точности регулирования напряжения за счет саморегулирования напряжения магнитоэлектрического генератора.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в способе стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, по которому напряжение генератора стабилизируют путем изменения магнитной индукции в спинке статора, согласно изобретению, обеспечивают насыщение магнитопровода магнитоэлектрического генератора в режиме холостого хода, а изменение магнитной индукции в магнитопроводе статора в процессе его нагрузки осуществляют саморегулированием благодаря согласованию кривой изменения магнитной индукции в воздушном зазоре под действием реакции якоря и кривой изменения магнитной индукции в магнитопроводе под действием реакции якоря, при этом для увеличения точности регулирования изменяют магнитное поле реакции якоря магнитоэлектрического генератора посредством формирования индуктивного или емкостного тока в блоке управления.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображена внешняя характеристика генератора. На фигуре 2 изображена кривая намагничивания для стали 2421. На фигуре 3 изображена зависимость магнитного поля в воздушном зазоре от магнитного поля реакции якоря. На фигуре 4 изображен спектр распределения магнитного поля магнитоэлектрического генератора по сечению магнитопровода статора.

Примеры конкретной реализации способа.

Пример 1

Магнитоэлектрический генератор мощностью 100 кВт и частотой вращения 24000 об/мин, номинальное напряжение которого во всем диапазоне изменения нагрузок должно составлять 115-118 В, работает на холостом ходу. Магнитопровод статора выполнен из электротехнической стали 2421 диаметром 185 мм, при этом магнитная индукция в магнитопроводе составляет 2.2 Тл.

Сумма магнитных напряжений на отдельных участках магнитной цепи магнитоэлектрического генератора при холостом ходе равняется магнитодвижущей силе, создаваемой постоянными магнитами:

где FM - магнитодвижущая сила постоянных магнитов;

Fδ - магнитодвижущая сила воздушного зазора;

Fj - магнитодвижущая сила спинки магнитопровода статора;

Fz - магнитодвижущая сила зубцов статора,

где Вδ - магнитная индукция в воздушном зазоре магнитоэлектрического генератора;

δ - воздушный зазор;

Нz - напряженность магнитного поля в зубцах статора;

Нj - напряженность магнитного поля в спинке статора;

hz, hj - высота зубца и спинки соответственно;

kδ - коэффициент воздушного зазора.

При магнитной индукции в магнитопроводе статора 2,2 Тл напряженность магнитного поля в спинке статора составляет 239000 А/м (фиг. 2). При этом магнитная индукция, согласно (1), составляет 0,63 Тл и напряжение генератора при холостом ходе составляет 116 В.

При появлении нагрузки возникает магнитодвижущая сила магнитного поля реакции якоря, которое снижает магнитное поле в воздушном зазоре (но не размагничивает высококоэрцитивные постоянных магнитов, то есть магнитодвижущая сила постоянных магнитов остается постоянной), фиг. 2.

При подключении номинальной нагрузки к магнитоэлектрическому генератору из-за снижения магнитной индукции в воздушном зазоре под действием магнитного поля реакции якоря (фиг. 3), магнитные потоки в участках магнитоэлектрического генератора перераспределяются следующим образом (фиг. 4): индукция в спинке статора составляет 1,97 Тл (напряженность 57000 А/м), в зубцах 1,56 Тл, в спинке ротора 1,75 Тл, а в воздушном зазоре 0,62 Тл. То есть напряжение при этом стало составлять 114 В.

Для обеспечения напряжения 115 В блоком управления формируется управляющий сигнал, который понижает магнитное поле реакции якоря, что обеспечивает в точности необходимый уровень напряжения.

Пример 2

Другим примером конкретной реализации предложенного способа является магнитоэлектрический генератор мощностью 5 кВт с частотой вращения ротора 60000 об/мин. Внешний диаметр статора данного генератора составляет 63 мм, статор генератора выполнен из аморфного железа 5БДСР индукция насыщения которого составляет 1,35 Тл. Ротор генератора выполнен двухполюсным. При холостом ходе статор генератора насыщен до 1,42 Тл, индукция в воздушном зазоре составляет 0,8 Тл и выходное напряжение генератора при частоте вращения 60000 об/мин без нагрузки составляет 100 В. При подключении к обмоткам генератора нагрузки по обмоткам генератора протекает ток, который создает магнитное поле реакции якоря, Это приводит к снижению магнитной индукции в воздушном зазоре генератора до 0,72 Тл, а индукция в магнитопроводе статора составляет 1,3 Тл. При этом напряжение генератора составляет также 100 В за счет выхода его из режима насыщения и обеспечивается тем самым возможность саморегуляции напряжения генератора.

Пример 3

Конкретной реализацией предлагаемого способа является генератор МЭГ-20 с частотой вращения 12000 об/мин и мощностью 20 кВт. Статор данного магнитопровода имеет диаметр 153 мм и выполнен из стали 49К2ФА. При холостом ходе индукция в магнитопроводе статора составляет 2,4 Тл, напряжение на выходе генератора составляет 152 В. Для стали 49К2ФА величина индукции насыщения составляет 2,2 Тл. При появлении номинальной нагрузки магнитное поле реакции якоря в данном генераторе снижает индукцию в воздушном зазоре и соответственно в магнитопроводе статора до 2,15 Тл. При этом напряжение на выводах генератора изменяется всего лишь на 2 В и составляет 150 В. Данный пример также доказывает реализуемость предлагаемого способа.

При этом для реализации указанного способа не требуется применение дополнительных обмоток, что позволяет понизить массогабаритные показатели магнитоэлектрических генераторов, реализующих указанный способ стабилизации напряжения, и повысить их коэффициент полезного действия.

Таким образом, достигается возможность саморегулирования напряжения магнитоэлектрического генератора с заданной точностью, минимизация массогабаритных показателей, а также повышение КПД и повышение точности регулирования напряжения магнитоэлектрического генератора.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности и повысить точность и надежность стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора.

Способ стабилизации напряжения магнитоэлектрического генератора, по которому напряжение генератора стабилизируют путем изменения магнитной индукции в спинке статора, отличающийся тем, что обеспечивают насыщение магнитопровода магнитоэлектрического генератора в режиме холостого хода, а изменение магнитной индукции в магнитопроводе статора в процессе его нагрузки осуществляют саморегулированием благодаря согласованию кривой изменения магнитной индукции в воздушном зазоре под действием реакции якоря и кривой изменения магнитной индукции в магнитопроводе под действием реакции якоря, при этом для увеличения точности регулирования изменяют магнитное поле реакции якоря магнитоэлектрического генератора посредством формирования индуктивного или емкостного тока в блоке управления.
Способ стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора
Способ стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора
Способ стабилизации выходного напряжения магнитоэлектрического генератора
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-107 of 107 items.
20.01.2018
№218.016.153d

Устройство защиты от короткого замыкания высокотемпературного стартер-генератора обращённой конструкции

Использование: в области электротехники. Технический результат: защита от короткого замыкания стартер-генератора обращенной конструкции в составе газотурбинного двигателя в температурном режиме до 450°С за счет механического расцепления статора с неподвижным стержнем, сопровождающегося...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002634836
Дата охранного документа: 07.11.2017
20.01.2018
№218.016.1b7e

Гибридный магнитный подшипник с использованием сил лоренца (варианты)

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Отличие по первому варианту гибридного магнитного подшипника с использованием сил Лоренца состоит в том, что введены две управляющие m-фазные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636629
Дата охранного документа: 24.11.2017
20.01.2018
№218.016.1d54

Способ локальной обработки стального изделия при ионном азотировании в магнитном поле

Изобретение относится к области термической и химико-термической обработки и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности для локального поверхностного упрочнения материалов. Способ локального ионного азотирования стального изделия включает проведение вакуумного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002640703
Дата охранного документа: 11.01.2018
04.04.2018
№218.016.2f3d

Способ управления системой защиты магнитоэлектрического генератора от короткого замыкания

Использование: в области электротехники. Технический результат: повышение надежности системы управления, системы защиты и пожаробезопасности магнитоэлектрического генератора. Согласно способу после обнаружения короткого замыкания на фазной обмотке генератора, данную обмотку последовательно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644586
Дата охранного документа: 13.02.2018
04.04.2018
№218.016.2f5d

Гибридный магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Техническим результатом является повышение надежности, механической прочности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений электромеханических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644577
Дата охранного документа: 13.02.2018
04.04.2018
№218.016.330e

Устройство и способ автоматизированной очистки солнечной панели

Изобретение относится к системам автоматической очистки солнечных панелей. Устройство очистки солнечной панели, содержащее источник питания, соединенный с солнечной панелью, датчики контроля загрязнения и провода, расположенные на поверхности солнечной панели, отличающееся тем, что провода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002645444
Дата охранного документа: 21.02.2018
18.05.2018
№218.016.50dd

Амортизатор безрезонансный

Изобретение относится к области машиностроения. Амортизатор содержит расположенные в корпусе амортизатора на его оси эластомерные элементы. Эластомерные элементы выполнены в виде сборной комбинации из двух элементов, расположенных по одной с каждой стороны оси амортизатора. Внешняя поверхность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002653321
Дата охранного документа: 07.05.2018
Showing 121-130 of 145 items.
20.04.2019
№219.017.357f

Магнитопровод статора электромеханических преобразователей энергии

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Техническим результатом является повышение надежности, энергоэффективности и минимизация тепловыделений, повышение к.п.д. на 1-2%. Магнитопровод статора содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685420
Дата охранного документа: 18.04.2019
29.05.2019
№219.017.6395

Способ и устройство монтажа ротора в статор электрической машины

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам, обеспечивающим технологическую сборку электрических машин, позволяющих осуществить установку ротора с постоянными магнитами и с установленными подшипниками в магнитопровод статора. Технический результат - упрощение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688186
Дата охранного документа: 21.05.2019
30.05.2019
№219.017.6b9b

Способ и устройство для запуска газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиастроения, в частности к устройствам, обеспечивающим запуск газотурбинного двигателя. Предлагается способ запуска газотурбинного двигателя посредством стартера. Вращают собственную турбину магнитоэлектрического генератора, приводя во вращение и сам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689499
Дата охранного документа: 28.05.2019
20.06.2019
№219.017.8ccb

Устройство защиты от короткого замыкания магнитоэлектрического генератора

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах. Техническим результатом является повышение эксплуатационного ресурса обмотки статора, защита от короткого замыкания и соответственно увеличение надежности магнитоэлектрического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691735
Дата охранного документа: 18.06.2019
17.08.2019
№219.017.c110

Электродвигатель с внешним ротором и системой охлаждения статора

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к охлаждению статора обращенной машины. Технический результат - повышение надежности и КПД. Электродвигатель с внешним ротором и системой охлаждения статора включает статический вал, установленный в подшипниковой опоре, концентрично...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697511
Дата охранного документа: 15.08.2019
22.08.2019
№219.017.c21e

Магнитоэлектрический генератор

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве генератора электрической энергии для автономных объектов, гибридных силовых установках и т.д. Магнитоэлектрический генератор имеет шесть фаз и содержит корпус, в который запрессован сердечник магнитопровода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697812
Дата охранного документа: 20.08.2019
01.09.2019
№219.017.c5dc

Способ вихретокового контроля целостности бандажных оболочек роторов

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в электрических машинах при диагностировании состояния бандажных оболочек роторов. Способ вихретокового контроля дополнительно содержит этапы, на которых осуществляют контроль бандажной оболочки ротора электрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002698557
Дата охранного документа: 28.08.2019
02.10.2019
№219.017.cdaf

Электродвигатель с беспазовым магнитопроводом статора из аморфного железа

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии автономных объектов. Техническим результатом является повышение кпд, энергоэффективности и минимизация тепловыделений. Беспазовый магнитопровод статора выполнен в виде полого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700656
Дата охранного документа: 18.09.2019
02.10.2019
№219.017.cef2

Магнитная система синхронного двигателя с инкорпорированными постоянными магнитами и с асинхронным пуском.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашиностроении при производстве электродвигателей. Техническим результатом является повышение энергетических характеристик: полезной мощности, механического момента, коэффициента мощности, кпд при снижении массогабаритных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700663
Дата охранного документа: 18.09.2019
02.10.2019
№219.017.cf27

Высокооборотный электромеханический преобразователь энергии с воздушным охлаждением (варианты)

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности и эффективности отвода выделяемого тепла электромеханических преобразователей энергии, повышении КПД за счет предохранения постоянных магнитов ротора от теплового размагничивания. По внешней поверхности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700280
Дата охранного документа: 16.09.2019
+ добавить свой РИД