Результат интеллектуальной деятельности: ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для генерирования электроэнергии постоянного тока.

Известен генератор постоянного тока, содержащий статорную неподвижную обмотку возбуждения, по которой протекает постоянный ток, ротор, с замкнутой якорной обмоткой, вращающийся вместе с коммутатором, неподвижную щеточную систему с механическим контактом между щетками и коммутатором (см. М.П. Костенко, Л. М. Пиотровский "Электрические машины" М.-Л.: Энергия, 1964 г., стр. 69).

Достаточно подробно генератор постоянного тока описан в известной книге А.И. Вольдена "Электрические машины" Л.: Энергия, 1978 г., стр. 171-197.

Недостатком коллекторного генератора постоянного тока является несовершенство и ненадежность механической системы коммутации при помощи вращающегося коллектора, неподвижной щеточной системы, ввиду ее изнашивания, наличие скользящего контакта, зависящего от окружающей среды и требующего постоянного тщательного ухода, отсутствие быстродействия и гибкости регулирования, а также ряд ограничений по условиям коммутации: максимальной скорости вращения, величины коммутируемых токов, напряжений и мощности.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является устранение указанных недостатков, т.е. увеличение надежности коммутации за счет бесконтактного регулирования, увеличение быстродействия и гибкости регулирования величин токов и мощности.

Указанная цель достигается тем, что генератор постоянного тока снабжен полупроводниковым коммутатором, выполненным в виде полностью управляемых, прямо включенных и обратно включенных тиристоров, размещенных между обмоткой якоря, выполненной в виде секций, находящихся в пазах магнитной системы, и токопроводящими шинами, выполненными кольцеобразными и соединенными с положительным и отрицательным зажимами выходного напряжения, при этом аноды прямо включенных и катоды обратно включенных тиристоров соединены между собой и подключены к секциям обмотки якоря, а катоды прямо включенных и аноды обратно включенных тиристоров соединены с токопроводящими шинами, подключенными, соответственно, к положительному и отрицательному зажиму выходного напряжения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена электрическая схема генератора постоянного тока, который состоит из замкнутой неподвижной обмотки якоря 1, состоящей из последовательно соединенных секций 2, находящихся в пазах магнитной системы, вращающейся обмотки возбуждения постоянного тока 3 на роторе 4, полупроводникового коммутатора, состоящего из полностью управляемых, прямо включенных тиристоров 5-10 и обратно включенных тиристоров 11-16, а также токопроводящей кольцеобразной шины 17, соединенной с положительным зажимом выходного напряжения генератора и токопроводящей кольцеобразной шиной 18, соединенной с отрицательным зажимом выходного напряжения генератора.

Аноды прямо включенных тиристоров 5-10 соединены последовательно с катодами обратно включенных тиристоров 11-16 и в точках соединений подключены к секциям 2 обмотки якоря 1. Для электрической шестифазной схемы генератора постоянного тока, показанной на чертеже, число таких секций - шесть.

Катоды прямо включенных тиристоров 5-10 коммутатора соединены с токопроводящей кольцеобразной шиной 17 и через нее подключены к положительному зажиму выходного напряжения U₂ генератора. Аноды обратно включенных тиристоров 11-16 коммутатора соединены с токопроводящей кольцеобразной шиной 18 и через нее подключены к отрицательному зажиму выходного напряжения U₂ генератора.

Генератор постоянного тока работает следующим образом: вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения 3 при подключении к ней напряжения U₁ на вращающемся роторе 4 с угловой скоростью ω_p, индуктирует в секциях 2 обмотки якоря 1 генератора постоянную ЭДС. При поступлении на управляющие электроды прямо включенного 5 и обратно включенного 14 тиристоров коммутатора, диаметрально расположенных друг относительно друга, сигнала с системы управления (не показано) эти тиристоры открываются. При этом, все остальные тиристоры коммутатора находятся в закрытом состоянии. Таким образом, создается электрическая цепь: обмотка якоря, прямо включенный тиристор 5, токопроводящая кольцеобразная шина 17, положительный зажим выходного напряжения U₂ генератора, отрицательный зажим выходного напряжения U₂ генератора, токопроводящая кольцеобразная шина 18, обратно включенный тиристор 14, обмотка якоря 1. На выходе этой цепи формируется постоянное напряжение U₂.

В следующий интервал времени, определяемый сигналом с системы управления на управляющие электроды прямо включенного 6 и обратно включенного 15 тиристоров коммутатора, также диаметрально расположенных друг относительно друга, поступает сигнал с системы управления и они открываются. Тиристоры 5 и 14, одновременно, при этом закрываются, остальные тиристоры по прежнему закрыты. И, в этом случае, аналогично предыдущему, на выходе генератора формируется выходное постоянное напряжение U₂.

В третьем интервале времени происходит открытие диаметрально противоположных прямо включенного 7 и обратно включенного 16 тиристоров, при одновременном закрытии тиристоров 6 и 15. Все остальные тиристоры коммутатора, как и в предыдущих случаях, закрыты. На выходе генератора снова формируется постоянное выходное напряжение U₂. Далее процесс повторяется.

Таким образом, напряжение на выходе генератора остается постоянным.

Данный генератор постоянного тока является бесконтактным и свободен от недостатков, присущих традиционным генераторам постоянного тока. Он является высоконадежным источником большой электрической мощности с высокими технико-экономическими показателями.

Предлагаемый генератор постоянного тока предназначен в качестве источника электрической энергии постоянного тока большой мощности для энергосистем, электрических сетей, линий электропередач и кабелей постоянного тока и позволит существенно улучшить технико-экономические показатели этих систем и устройств в целом.