RU52537U1

RU52537U1 - CONTACTLESS DC GENERATOR

Info

Publication number: RU52537U1
Application number: RU2005130408/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Семерда; Виктор Иванович Парамонов; Владимир Владимирович Березов; Дмитрий Николаевич Шевченко; Николай Петрович Кириллов
Original assignee: Военно-инженерная академия
Priority date: 2005-10-03
Filing date: 2005-10-03
Publication date: 2006-03-27

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве источника постоянного тока для питания аппаратуры, предъявляющей повышенные требования к качеству напряжения. Генератор содержит статор, имеющий станину к которой крепятся зубцы, на каждом из которых надета отдельная однофазная секция обмотки, ротор из постоянных магнитов, выпрямительный блок составленный из однофазных схем выпрямления, каждая из которых подключена параллельно к соответствующей секции обмотки и шины постоянного тока, к которым подсоединены указанные схемы выпрямления. Число зубцов, отдельных однофазных секций обмотки и однофазных схем выпрямления зависит от требуемого коэффициента пульсаций выпрямленного напряжения. Генератор позволяет получить практически любое значение коэффициента пульсации.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used as a constant current source for powering equipment that places high demands on voltage quality. The generator contains a stator having a frame to which the teeth are attached, each of which is equipped with a separate single-phase winding section, a permanent magnet rotor, a rectifier block composed of single-phase rectification circuits, each of which is connected in parallel to the corresponding winding section and DC bus, to which the indicated rectification circuits are connected. The number of teeth, individual single-phase winding sections and single-phase rectification schemes depends on the required ripple coefficient of the rectified voltage. The generator allows you to get almost any value of the ripple coefficient.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в качестве источника постоянного тока для питания аппаратуры, предъявляющий повышенные требования к качеству напряжения.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used as a constant current source for powering the equipment, which places high demands on voltage quality.

Известен генератор постоянного тока, содержащий одноименную однополюсную электрическую машину с коаксиальными катушками возбуждения, расположенными на статоре, якорь, в пазах которого расположены проводящие стержни якорной обмотки и контактные пальца, установленными на якоре [1]. Достоинствами названного генератора являются: простота коммутации тока, высокий КПД и возможность получения больших токов, однако ему свойственны и недостатки, среди которых основным является наличие контактных колец и щеток.Known DC generator containing the same name single-pole electric machine with coaxial excitation coils located on the stator, an anchor, in the grooves of which are conductive rods of the anchor winding and contact fingers mounted on the anchor [1]. The advantages of this generator are: ease of current switching, high efficiency and the ability to obtain high currents, but it also has disadvantages, among which the main one is the presence of slip rings and brushes.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является бесконтактный генератор постоянного тока, содержащий статор с пазами в которых размещена многофазная обмотка, ротор с постоянными магнитами, многофазный выпрямительный блок подключенный к указанной обмотке и шины постоянного тока [2]. Данный генератор имеет простую конструкцию и является бесконтактным, что и обусловило широкий диапазон его использования, однако среди его недостатков- высокий уровень пульсаций выпрямленного напряжения, что ограничивает его применение для питания радиоэлектронной аппаратуры, предъявляющей высокие требования к уровню пульсаций напряжения на входе.The closest in technical essence to the claimed utility model is a non-contact direct current generator containing a stator with slots in which there is a multiphase winding, a rotor with permanent magnets, a multiphase rectifier block connected to the specified winding and DC bus [2]. This generator has a simple design and is non-contact, which led to a wide range of its use, however, among its shortcomings is a high level of ripple rectified voltage, which limits its use to power electronic equipment, which places high demands on the level of ripple voltage at the input.

Требуемый технический результат заключается в повышении выпрямленного напряжения за счет увеличения числа фаз статорной обмотки, напряжения которых используются для питания выпрямительного блока.The required technical result is to increase the rectified voltage by increasing the number of phases of the stator winding, the voltage of which is used to power the rectifier unit.

Требуемый технический результат достигается тем, что в бесконтактном генераторе постоянного тока, содержащем статор в z пазах которого размещена m - фазная обмотка статора, причем z и m - целые числа и m<z, ротор из постоянных магнитов, m - фазный выпрямительный блок, подключенный к указанной обмотке и шины постоянного тока, соединенные с указанным блоком, m - фазная обмотка статора разделена на z отдельных однофазных секций с одинаковым числом витков, каждая из которых размещена на отдельном зубце статора, а упомянутый выпрямительный блок выполнен в виде z однофазных схем выпрямления, вход каждой из которых подключен к соответствующей однофазной секции, при этом выход каждой однофазной схемы выпрямления подсоединен к шинам постоянного тока.The required technical result is achieved by the fact that in a contactless direct current generator containing a stator in z slots of which the m - phase winding of the stator is placed, where z and m are integers and m <z, a rotor made of permanent magnets, m is a phase rectifier unit connected to the specified winding and DC bus connected to the specified block, m - phase stator winding is divided into z separate single-phase sections with the same number of turns, each of which is placed on a separate stator tooth, and the said rectifier block is made It is shown in the form of z single-phase rectification circuits, the input of each of which is connected to the corresponding single-phase section, while the output of each single-phase rectification circuit is connected to DC buses.

На фиг.1 изображена структурная схема генератора. На фиг.2 показано сечение горизонтальной плоскости генератора. На фиг.3 представлена схема генератора.Figure 1 shows the structural diagram of the generator. Figure 2 shows a cross section of the horizontal plane of the generator. Figure 3 presents the diagram of the generator.

Генератор (фиг.1) содержит статор! на зубцах 2 которого расположены однофазные секции обмотки 3, ротор из постоянных магнитов 4, выпрямительный блок составленный из однофазных схем выпрямления 5, шины постоянного тока 6. К указанным шинам подключены потребители постоянного тока 7. Зубцы 2 крепятся (фиг.2) к станине статора 8, ротор 4 расположен в расточке статора 1, и насажен на вал 9, однофазные секции обмотки 3 надеты на зубцы 2, при этом каждая из них соединена с соответствующей однофазной схемой выпрямления выпрямительного блока 5, а выходы названых схем выпрямления соединены с шинами постоянного тока 6, к которым параллельно подключены потребителями постоянного тока 7. На фиг.3 представлено: статор 1 с зубцами: 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 закрепленных на станине 8 (фиг.2), при этом на каждой из зубцов 10...21 надета отдельная однофазная секция: 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 и 33 обмотки 3 (фиг.1), к которым подключены входы соответствующих однофазных схем выпрямления: 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 и 45 выпрямительного блока 5 (фиг.1), а выходы указанных схем выпрямления подключены к шинам постоянного тока 6. Зубцы 2 статора 1 (фиг.1) набираются из листов электротехнической стали подобно полюсам в синхронном генераторе и по аналогии с полюсами крепятся к станине 8 (фиг.2). Угол сдвига зубцов в пространстве равенThe generator (figure 1) contains a stator! on the teeth 2 of which there are single-phase sections of the winding 3, a rotor of permanent magnets 4, a rectifier block composed of single-phase rectification schemes 5, DC buses 6. DC consumers are connected to the indicated buses 7. The teeth 2 are attached (Fig. 2) to the stator bed 8, the rotor 4 is located in the bore of the stator 1, and is mounted on the shaft 9, the single-phase sections of the winding 3 are worn on the teeth 2, each of which is connected to the corresponding single-phase rectification circuit of the rectifier unit 5, and the outputs of these rectification schemes are connected to we have DC 6, which are connected in parallel by DC consumers 7. Figure 3 shows: stator 1 with teeth: 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 fixed to bed 8 (figure 2), while on each of the teeth 10 ... 21 put on a separate single-phase section: 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 and 33 of the winding 3 ( figure 1), to which the inputs of the corresponding single-phase rectification circuits are connected: 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44 and 45 of the rectifying unit 5 (figure 1), and the outputs of these circuits rectification connected to the DC bus 6. The teeth 2 of the stator 1 (Fig.1) are drawn from l istov electrical steel like poles in a synchronous generator and by analogy with the poles attached to the frame 8 (figure 2). The angle of shift of the teeth in space is equal to

где р - число пар полюсов.where p is the number of pairs of poles.

Между поверхностями зубцов 2 и ротора (фиг.2) образован воздушный зазор, величина которого обеспечивает свободное вращение ротора 4 в расточке статора 1. Обмотка статора 3 (фиг.1), состоящая из секций выполняется по типу обмоток возбуждения синхронных машин или машин постоянного тока и крепятся теми же способами. Однофазные схемы выпрямления 34...45 (фиг.3) выпрямительного блока 5 (фиг.1) могут быть как одно- так и двухполупериодными; они выполняются на обычных кремниевых диодах. Если схемы выпрямления 34...45 (фиг.3) выпрямительного блока 5 (фиг.1) выполнены двухполупериодными, то общий коэффициент пульсаций выпрямленного напряжения на шинах постоянного тока 6 равенBetween the surfaces of the teeth 2 and the rotor (FIG. 2), an air gap is formed, the value of which ensures the free rotation of the rotor 4 in the bore of the stator 1. The stator winding 3 (Fig. 1), consisting of sections, is made like excitation windings of synchronous machines or DC machines and are attached in the same ways. Single-phase rectification circuits 34 ... 45 (Fig. 3) of the rectifier unit 5 (Fig. 1) can be either single or double-half; they are performed on conventional silicon diodes. If the rectification circuits 34 ... 45 (Fig. 3) of the rectifier unit 5 (Fig. 1) are made half-wave, then the total ripple coefficient of the rectified voltage on the DC buses 6 is

где m=12, так как зубцов (пазов) z=12. Ротор 4 выполнен из постоянных магнитов по аналогии с роторами двигателей постоянного тока с постоянными магнитами.where m = 12, since the teeth (grooves) z = 12. The rotor 4 is made of permanent magnets by analogy with the rotors of DC motors with permanent magnets.

Бесконтактный генератор постоянного тока работает следующим образом. Если генератор собран правильно, то на статоре 1 установлены зубцы 2, на каждый из которых надета секция обмотки 3 и при вращении ротора 4 каким-либо устройством, секции обмотки 3 будут пересекаться силовыми магнитными линиями потока Ф, потому в них будет наводиться ЭДС равнаяContactless DC generator operates as follows. If the generator is assembled correctly, then teeth 2 are installed on the stator 1, each of which is equipped with a winding section 3 and when the rotor 4 is rotated by some device, the winding sections 3 will intersect with the magnetic flux lines of the flux Ф, therefore an emf equal to

E_i - ЭДС i-той секции надетой на i-ый зубец; f=pn/60 - частота; га-частота вращения ротора 4. Ввиду того, что секции 22...33 обмотки 3 имеет одинаковое число витков, то полученные ЭДС будут равны по величине, т.е.E _i - EMF of the i-th section worn on the i-th tooth; f = pn / 60 is the frequency; m is the rotational speed of the rotor 4. In view of the fact that sections 22 ... 33 of winding 3 have the same number of turns, the resulting EMF will be equal in magnitude, i.e.

Созданные ЭДС получают на входы однофазных схем выпрямления 34...45 выпрямительного блока 5, в которых переменный ток преобразуется в постоянный ток и выпрямленные напряжения поступают на шины постоянного тока 6 от которых получают электроэнергию потребители 7. Так как при передаче электрической энергии от секций обмотки 3 к потребителям 7 неизбежны потери, то процесс передачи электрической энергии можно интерпретировать мнемонической формулой, видаThe created EMFs are received at the inputs of single-phase rectification circuits 34 ... 45 of the rectifier unit 5, in which the alternating current is converted to direct current and the rectified voltages are supplied to the DC bus 6 from which consumers receive electricity 7. Since the transmission of electric energy from the winding sections 3 to consumers 7 losses are inevitable, then the process of transmission of electric energy can be interpreted by the mnemonic formula,

где ΔU_~ - падение напряжения, к_П ^Тр- требуемое значение коэффициента пульсаций, определяемый по формуле (2); откуда следует, что увеличивая число зубцов 2 с секциями обмоток 3 можно получить любое значение коэффициента пульсаций.where ΔU _~ is the voltage drop, to _P ^Tr is the required value of the ripple coefficient, determined by the formula (2); whence it follows that by increasing the number of teeth 2 with winding sections 3, any value of the ripple coefficient can be obtained.

Сравнение данного генератора с прототипом показывает, что конструкция предлагаемого устройства проще, акоэффициент пульсаций меньше в 19 раз.Comparison of this generator with the prototype shows that the design of the proposed device is simpler, but the ripple coefficient is 19 times less.

где к_{П ПР}- коэффициент пульсации прототипа.where _{K P PR} is the ripple coefficient of the prototype.

Источники, принятые во вниманиеSources taken into account

1. Специальные электрические машины. Кн2. Под ред. Б.Л.Алиевского М., Энергоатомиздат, 1993, стр68, рис.8.291. Special electric cars. Kn2. Ed. B.L. Alievsky M., Energoatomizdat, 1993, p. 68, Fig. 8.29

2. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока М., ВШ., 1982, стр114, рис.3.22. Balagurov V.A. Design of special electric alternating current machines M., VSh., 1982, p. 114, Fig. 3.2

Claims

A contactless direct current generator containing a stator, in the z grooves of which is located the m-phase stator winding, with z and m being integers and m <z, a permanent magnet rotor, an m-phase rectifier unit connected to the specified winding and DC bus connected to the indicated block, characterized in that the m-phase stator winding is divided into z separate single-phase sections with the same number of turns, each of which is placed on a separate stator tooth, and said rectifier block is made in the form of z single-phase rectification circuits i, the input of each of which is connected to the corresponding single-phase section, while the output of each single-phase rectification circuit is connected to DC buses.