RU2199811C2 - Dc generator - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering; contactless- commutation direct-current generators. SUBSTANCE: generator that has re-entrant armature winding, field winding, and rotor is provided with semiconductor commutator made in the form of fully controlled forward- and reverse-conducting thyristors disposed between armature winding assembled of separate coils placed in magnetic-system slots and circular current-conducting buses connected to positive and negative output- voltage terminals; anodes of forward-conducting thyristors and cathodes of reverse-conducting ones are interconnected and connected to armature winding coils; cathodes of forward-conducting thyristors and anodes of reverse-conducting ones are connected to current-conducting buses and the latter are connected to positive and negative output-voltage terminals, respectively. EFFECT: improved commutation, current and voltage regulation conditions. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для генерирования электроэнергии постоянного тока. The invention relates to electrical engineering and is intended to generate direct current electricity.

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). A known direct current generator containing a stationary stator field winding through which a direct current flows, a rotor with a closed armature winding rotating with the commutator, a stationary brush system with mechanical contact between the brushes and the commutator (see M.P. Kostenko, L. M. Piotrovsky "Electrical Machines" M.-L.: Energy, 1964, p. 69).

Достаточно подробно генератор постоянного тока описан в известной книге А.И. Вольдена "Электрические машины" Л.: Энергия, 1978 г., стр. 171-197. A sufficiently detailed direct current generator is described in the famous book by A.I. Volden's “Electric Machines” Leningrad: Energy, 1978, pp. 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. The drawback of the DC collector generator is the imperfection and unreliability of the mechanical switching system using a rotating collector, a fixed brush system, due to its wear, the presence of a sliding contact, depending on the environment and requiring constant careful maintenance, the lack of speed and flexibility of regulation, as well as a number of restrictions on switching conditions: maximum rotation speed, values of switched currents, voltages and power.

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. The problem to which the present invention is directed, is to eliminate these disadvantages, i.e. increase in switching reliability due to contactless regulation, increase in speed and flexibility of regulation of currents and power.

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. This goal is achieved by the fact that the DC generator is equipped with a semiconductor switch made in the form of fully controlled, directly connected and reverse connected thyristors located between the armature winding, made in the form of sections located in the grooves of the magnetic system, and conductive buses made ring-shaped and connected with positive and negative terminals of the output voltage, while the anodes of the directly connected and the cathodes of the reverse connected thyristors are interconnected and connected to projections of the armature winding, and the cathodes of the directly connected and the anodes of the reverse connected thyristors are connected to conductive buses connected, respectively, to the positive and negative terminal of the output voltage.

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. The invention is illustrated in the drawing, which shows an electrical diagram of a DC generator, which consists of a closed fixed winding of the armature 1, consisting of series-connected sections 2 located in the slots of the magnetic system, a rotating DC excitation winding 3 on the rotor 4, a semiconductor switch, consisting of fully controlled, directly connected thyristors 5-10 and reverse connected thyristors 11-16, as well as a conductive ring-shaped bus 17 connected to a positive terminal yhodnogo voltage generator and an annular conductive bus 18 connected to the negative output terminal of the generator voltage.

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. Anodes of directly connected thyristors 5-10 are connected in series with the cathodes of reverse connected thyristors 11-16 and at the connection points are connected to sections 2 of the armature winding 1. For the six-phase electric circuit of the DC generator shown in the drawing, the number of such sections is six.

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.The cathodes of the directly connected thyristors 5-10 of the switch are connected to a conductive ring-shaped bus 17 and are connected through it to the positive terminal of the output voltage U _{2 of the} generator. The anodes of the reverse connected thyristors 11-16 of the switch are connected to a conductive ring-shaped bus 18 and through it are connected to the negative terminal of the output voltage U _{2 of the} generator.

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.A DC generator operates as follows: a rotating magnetic field created by an excitation winding 3 when voltage U _{1 is} connected to it on a rotating rotor 4 with an angular velocity ω _p induces a constant EMF in sections 2 of the armature of the generator 1. Upon receipt of directly connected 5 and reverse connected 14 thyristors of the switch diametrically located relative to each other at the control electrodes, a signal from the control system (not shown) opens these thyristors. At the same time, all other thyristors of the switch are in a closed state. Thus, an electric circuit is created: the armature winding, directly connected thyristor 5, the conducting ring-shaped bus bar 17, the positive terminal of the output voltage U _{2 of the} generator, the negative terminal of the output voltage U _{2 of the} generator, the conducting ring-shaped bus 18, the reverse thyristor 14, the armature winding 1. At the output of this circuit, a constant voltage U _{2 is formed} .

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.In the next time interval determined by the signal from the control system to the control electrodes of the directly connected 6 and 15 15 thyristors of the switch, also diametrically located relative to each other, a signal from the control system is received and they open. Thyristors 5 and 14, simultaneously, while closing, the remaining thyristors are still closed. And, in this case, similarly to the previous one, an output constant voltage U ₂ is formed at the output of the generator.

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.In the third time interval, the opening of the diametrically opposite directly connected 7 and the back connected 16 thyristors occurs, while closing the thyristors 6 and 15. All other thyristors of the switch, as in previous cases, are closed. At the output of the generator, a constant output voltage U _{2 is} again formed. The process is then repeated.

Таким образом, напряжение на выходе генератора остается постоянным. Thus, the voltage at the generator output remains constant.

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. This DC generator is non-contact and free from the disadvantages inherent in traditional DC generators. It is a highly reliable source of high electrical power with high technical and economic indicators.

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. The proposed DC generator is intended as a source of high-power direct current electric energy for power systems, electric networks, power lines and DC cables and will significantly improve the technical and economic performance of these systems and devices as a whole.

Claims (1)

Генератор постоянного тока, содержащий замкнутую обмотку якоря, обмотку возбуждения и ротор, отличающийся тем, что он снабжен полупроводниковым коммутатором, выполненным в виде полностью управляемых прямо 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. A direct current generator containing a closed armature winding, an excitation winding and a rotor, characterized in that it is equipped with a semiconductor switch made in the form of fully controlled directly and reverse connected thyristors located between the armature winding made in the form of sections located in the grooves of the magnetic system, and conductive busbars made ring-shaped and connected to positive and negative terminals of the output voltage, while the anodes are directly connected and the cathodes are back-connected thyristor trench are interconnected and connected to the sections of the armature winding and the cathodes and anodes included directly back connected thyristors are connected to bus bars that are connected respectively to the positive and negative voltage output terminal.