генератор постоянного тока

Формула изобретения

Генератор постоянного тока, содержащий статор, полюса с размещенными на них обмотками возбуждения, якорь с якорной обмоткой, закрепленный на валу, который соединен с валом приводного электродвигателя, подключенного к источнику переменного напряжения, контактное устройство, выполненное в виде двух проводящих колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, при этом одно из проводящих колец, к которому присоединено начало якорной обмотки, выполнено сплошным, отличающийся тем, что в контактном устройстве второе проводящее кольцо выполнено сплошным и к нему присоединен конец якорной обмотки, а обмотки возбуждения генератора подключены к источнику переменного напряжения, при этом приводным электродвигателем является синхронный двигатель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрических машин постоянного тока и может быть использовано на промышленных предприятиях и электрическом транспорте в качестве высоковольтного источника постоянного тока.

Известен генератор постоянного тока, содержащий сердечник якоря с размещенной на нем обмоткой якоря, закрепленный на валу генератора, полюса генератора, на которых расположены обмотки возбуждения, подключенные к источнику постоянного напряжения, при этом концы обмотки якоря соединены с коллекторными пластинами, на которых установлены токосъемные щетки, а вал генератора механически связан с валом приводного электродвигателя, подключенного к источнику переменного напряжения, либо с выходным валом двигателя внутреннего сгорания (Вольдек А.И. Электрические машины. - М.: Энергия, Ленинградское отделение, 2008. - 320 с.).

Известный генератор имеет невысокую надежность, что обусловлено наличием коллекторно-щеточного узла, подверженного искрению с возможностью перехода в круговой огонь.

Наиболее близким к заявляемому изобретению, относящемуся к генераторам постоянного тока, является генератор, описанный в патенте РФ № 2091966, М. кл. Н02К 23/38, 1997 - прототип. Этот генератор содержит статор, полюса с размещенными на них обмотками возбуждения, якорь с якорной обмоткой, закрепленный на валу, который соединен с валом приводного электродвигателя, подключенного к источнику переменного напряжения, контактное устройство, выполненное в виде двух проводящих колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, а одно из проводящих колец, к которому присоединено начало якорной обмотки, выполнено сплошным.

В известном генераторе обмотки возбуждения подключены к источнику постоянного напряжения, поэтому из условия обеспечения прохождения тока по катушкам якорной обмотки только в одном направлении при изменении положения якоря относительно полюсов магнитного поля статора осуществляется их поочередная коммутация с помощью второго проводящего кольца, выполненного с тремя разрезами, смещенными относительно друг друга на 120°, к секторам которого подключены концы катушек якорной обмотки. Контактное устройство известного генератора является одним из видов коллекторно-щеточного узла, которому присущи такие недостатки, как искрение и обгорание, вследствие чего известный генератор имеет низкую надежность.

Другим недостатком известного генератора является невозможность получения с его выхода высокого напряжения вследствие ограничений, связанных с возможностью возникновения кругового огня на проводящем кольце с тремя разрезами и пробоя изоляции между его секторами.

Задачей данного изобретения является повышение надежности и выходного напряжения генератора.

Технический результат достигается тем, что генератор постоянного тока, содержащий статор, полюса с размещенными на них обмотками возбуждения, якорь с якорной обмоткой, закрепленный на валу, который соединен с валом приводного электродвигателя, подключенного к источнику переменного напряжения, контактное устройство, выполненное в виде двух проводящих колец с неподвижно установленными на них токосъемными скользящими щетками, при этом одно из проводящих колец, к которому присоединено начало якорной обмотки, выполнено сплошным, в контактном устройстве второе проводящее кольцо выполнено сплошным и к нему присоединен конец якорной обмотки, а обмотки возбуждения генератора подключены к источнику переменного напряжения, при этом приводным электродвигателем является синхронный двигатель.

Благодаря подключению обмотки возбуждения генератора к источнику переменного напряжения, питающему синхронный приводной двигатель, обеспечивается синхронное изменение полярности полюсов с изменением положения якоря относительно них, в результате чего направление тока в якорной обмотке при вращении якоря остается неизменным. Поэтому стало возможным использование в контактном устройстве для токосъема двух сплошных проводящих колец, к одному из которых присоединено начало, а к другому конец якорной обмотки, что позволило повысить надежность генератора.

Применение в качестве токосъемных элементов сплошных проводящих колец, аналогичных контактным кольцам синхронных и асинхронных электрических машин, обеспечило значительное повышение выходного напряжения генератора.

На фиг.1 представлена электрическая схема генератора; на фиг.2, 3 показаны положения якоря генератора, на котором расположены активные стороны а и b якорной обмотки, а именно на фиг 2 - при верхнем положении стороны а, когда угол поворота якоря равен 90° и на фиг.2 - при нижнем положении, когда угол поворота якоря равен 270°; на фиг.4 - зависимость ЭДС (е) якорной обмотки от угла поворота якоря ( ).

Генератор постоянного тока содержит статор 1 с полюсами 2, на которых размещены обмотки возбуждения 3, якорь 4 с якорной обмоткой 5, а также контактное устройство 6, закрепленное на валу генератора 7. Контактное устройство 6 выполнено в виде двух сплошных проводящих колец 8 и 9. На сплошных проводящих кольцах 8 и 9 неподвижно установлены токосъемные скользящие щетки 10, 11, с которых снимается постоянное напряжение генератора U_A, к которым подключено нагрузочное сопротивление 12. Начало якорной обмотки 5 присоединено к сплошному проводящему кольцу 8, а ее конец - к сплошному проводящему кольцу 9. Вал генератора 7 соединен с валом 13 приводного синхронного двигателя 14, подключенного к источнику трехфазного переменного напряжения 15. К двум фазам источника переменного напряжения 15 подключены обмотки возбуждения 3, на которые подается переменное напряжение U_B.

Генератор работает следующим образом.

При включении генератора переменное напряжение от источника напряжения 15 поступает на приводной синхронный двигатель 14, его вал 13 начинает, например, вращаться против часовой стрелки с установившейся синхронной частотой. Если число пар полюсов генератора равно единице, вал приводного двигателя 13 и соединенный с ним вал генератора 7 совершают один оборот за период питающего напряжения. При этом за один оборот якоря изменяется направление тока в обмотке возбуждения 3 и происходит смена полярности полюсов 2. При этом постоянство полярности ЭДС, индуктируемой под действием магнитного поля полюсов 2 в якорной обмотке 3 при вращении якоря 4, обеспечивается следующим образом.

В первой половине оборота якоря 4, например, при угле, равном 90° (фиг.2), щетка 10, соприкасающаяся со сплошным проводящим кольцом 8, соединенным с началом якорной обмотки 5, имеет положительный потенциал вследствие того, что к этой щетке подводится ток от активной стороны обмотки а, 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 а и b якорной обмотки 5 поменялись местами, полярность щеток 11 и 10 остается неизменной, так как при нижнем положении активной стороны а и верхнем положении активной стороны b якорной обмотки 5 нижний полюс меняет свою полярность с S на N, а верхний с N на S. В результате полярность ЭДС, индуктируемой в якорной обмотке 5 при вращении якоря 4, сохраняется постоянной (фиг.4).

Таким образом, со щеток 10, 11, контактирующих со сплошными проводящими кольцами 8, 9, на выход генератора, к которому подключено нагрузочное сопротивление 12, подается постоянное напряжение U_A .

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает значительное повышение надежности и выходного напряжения генератора.