RU81011U1 - DC GENERATION SYSTEM - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, в частности, к электромашиностроению. Система генерирования постоянного тока содержит трехфазный двухобмоточный трансформатор тока и трехфазный генератор переменного тока с двумя комплектами якорных обмоток. Якорные обмотки 1, 2, 3 первого комплекта соединены с первыми обмотками 4, 5, 6 трансформатора тока пофазно согласно последовательно, образуя три первые фазные секции, соединенные по схеме «звезда». Якорные обмотки 7, 8, 9 второго комплекта соединены со вторыми обмотками 10, 11, 12 трансформатора тока пофазно встречно последовательно, образуя три вторые фазные секции, соединенные по схеме «треугольник». Выходы первой и второй фазных секций обмоток подключены соответственно к входам одного из двух трехфазных выпрямителей 13, 14, выходы которых соединены параллельно. Якорные обмотки 1-3 и 7-9 всех фазных секций пофазно уложены в пазах с соблюдением совпадения их магнитных осей, при этом они могут быть размещены в общих пазах. Благодаря введению трехфазного двухобмоточного трансформатора тока максимальное значение тока в каждом канале вдвое меньше максимального значения тока нагрузки, а токи между двумя каналами делятся строго пополам. Техническим результатом является повышение КПД и улучшение масса-габаритных показателей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular, to electrical engineering. The direct current generating system comprises a three-phase two-winding current transformer and a three-phase alternating current generator with two sets of anchor windings. Anchor windings 1, 2, 3 of the first set are connected to the first windings 4, 5, 6 of the current transformer in phase according to the sequence, forming the first three phase sections connected by a star circuit. The anchor windings 7, 8, 9 of the second set are connected to the second windings 10, 11, 12 of the current transformer in a counter-phase sequence, forming three second phase sections connected in a "triangle" pattern. The outputs of the first and second phase sections of the windings are connected respectively to the inputs of one of the two three-phase rectifiers 13, 14, the outputs of which are connected in parallel. Anchor windings 1-3 and 7-9 of all phase sections are phase-wise laid in grooves in compliance with the coincidence of their magnetic axes, while they can be placed in common grooves. Thanks to the introduction of a three-phase two-winding current transformer, the maximum current in each channel is half the maximum value of the load current, and the currents between the two channels are divided strictly in half. The technical result is to increase the efficiency and improve the mass-dimensional indicators. 2 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению, и может быть использована при создании систем электроснабжения транспортных средств.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical engineering, and can be used to create power systems for vehicles.

Наиболее близким к полезной модели устройством является система генерирования постоянного тока, содержащая трехфазный синхронный электрический генератор с двумя комплектами якорных обмоток, каждая из которых подключена к входам одного из двух выпрямителей, выполненных по мостовой схеме (1). Выходы выпрямителей соединены параллельно и образуют выход генератора. На выходе выпрямительных мостов формируется выпрямленное напряжение с пульсностью 12. Устройство имеет низкий коэффициент использования обмоток по току и, следовательно, значительную габаритную мощность секций обмоток и плохие масса-габаритные показатели. Данный недостаток объясняется тем, что выпрямительные мосты работают попеременно с интервалами π/6, и ток через каждую фазную обмотку секции на полупериоде напряжения имеет форму двух импульсов (длительностью π/6 и паузой между импульсами π/6). При этом действующее значение фазного тока составляет 0,577 от величины постоянной составляющей выпрямленного тока.The device closest to the utility model is a direct current generation system containing a three-phase synchronous electric generator with two sets of anchor windings, each of which is connected to the inputs of one of the two rectifiers made according to the bridge circuit (1). The outputs of the rectifiers are connected in parallel and form the output of the generator. A rectified voltage with a pulse rate of 12 is formed at the output of the rectifier bridges. The device has a low coefficient of current winding utilization and, therefore, a significant overall power of the winding sections and poor mass-dimensional indicators. This drawback is due to the fact that the rectifier bridges operate alternately at intervals of π / 6, and the current through each phase winding of the section at the half-cycle of the voltage has the form of two pulses (with a duration of π / 6 and a pause between pulses of π / 6). In this case, the effective value of the phase current is 0.577 of the constant component of the rectified current.

Кроме того, из-за значительных искажений эквивалентного фазного тока, определяющего реакцию якоря генератора, устройство имеет большие потери в секциях обмоток (от поверхностного эффекта и эффекта близости) и в диодах выпрямительных мостов (из-за большой величины действующего значения протекающего через них тока), что ведет к снижению КПД системы.In addition, due to significant distortions of the equivalent phase current that determines the response of the generator armature, the device has large losses in sections of the windings (from the surface effect and proximity effect) and in rectifier bridge diodes (due to the large value of the effective value of the current flowing through them) , which leads to a decrease in the efficiency of the system.

В известном устройстве (1) фазные секции обмоток расположены в разных пазах статора таким образом, что их магнитные оси пространственно сдвинуты на угол π/6 электрических градусов (для образования фазового сдвига между фазными напряжениями этих обмоток на угол 30 эл. Град.). Однако такое решение требует обязательного увеличения числа пазов, следствием чего является увеличение диаметра машины и ухудшение ее масса-габаритных показателей.In the known device (1), the phase sections of the windings are located in different grooves of the stator in such a way that their magnetic axes are spatially shifted by an angle of π / 6 electrical degrees (for the formation of a phase shift between the phase voltages of these windings by an angle of 30 electric degrees). However, such a solution requires a mandatory increase in the number of grooves, which results in an increase in the diameter of the machine and a deterioration in its mass-overall parameters.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является улучшение масса-габаритных показателей и повышение КПД устройства.The technical result that can be achieved using the utility model is to improve the mass-dimensional indicators and increase the efficiency of the device.

Технический результат достигается тем, что в системе генерирования постоянного тока, содержащей трехфазный двухобмоточный трансформатор тока и трехфазный генератор переменного тока с двумя комплектами якорных обмоток с одинаковым линейным напряжением, якорные обмотки первого комплекта соединены с первыми обмотками трансформатора тока пофазно согласно последовательно, образуя три первые фазные секции, соединенные по схеме «звезда», а якорные обмотки второго комплекта соединены с вторыми обмотками трансформатора тока пофазно встречно последовательно, образуя три вторые фазные секции, соединенные по схеме «треугольник», выходы первой и второй фазных секций подключены соответственно к входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно, при этом число витков якорных обмоток и вторых обмоток трансформатора тока каждой из вторых фазных секций в √3 раз больше числа витков якорных обмоток и первых обмоток трансформатора тока каждой из первых фазных секций соответственно, при этом якорные обмотки всех фазных секций уложены в пазах с соблюдением совпадения их магнитных осей, причем якорные обмотки всех фазных секций могут быть пофазно уложены в общих пазах, а трехфазный трансформатор тока может быть выполнен на трех однофазных магнитопроводах либо на одном трехфазном.The technical result is achieved in that in a DC generation system comprising a three-phase two-winding current transformer and a three-phase alternating current generator with two sets of armature windings with the same line voltage, the armature windings of the first set are connected in phase to the first windings of the current transformer in series, forming the first three phase sections connected according to the "star" scheme, and the anchor windings of the second set are connected to the second windings of the current transformer in phase but in series, forming three second phase sections connected according to the “triangle” scheme, the outputs of the first and second phase sections are connected respectively to the inputs of one of the two three-phase rectifiers, the outputs of which are connected in parallel, while the number of turns of the anchor windings and the second windings of the current transformer of each the second phase sections are √3 times larger than the number of turns of the anchor windings and the first windings of the current transformer of each of the first phase sections, respectively, while the anchor windings of all phase sections are laid in grooves with Yuden overlap of their magnetic axes, the armature coils of all phase sections can be stacked per phase in the common slots, and three-phase current transformer may be configured in three-phase magnetic cores or a three-phase one.

На Фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема устройства.Figure 1 presents the circuit diagram of the device.

На Фиг.2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу схемы.Figure 2 shows the timing diagrams explaining the operation of the circuit.

Система генерирования постоянного тока (Фиг.1) содержит трехфазный двухобмоточный трансформатор тока и трехфазный генератор переменного тока с двумя комплектами якорных обмоток с одинаковым линейным напряжением. Якорные обмотки 1, 2, 3 первого комплекта соединены с первыми обмотками 4, 5, 6 трансформатора тока пофазно согласно последовательно, образуя три первые фазные секции, соединенные по схеме «звезда». Якорные обмотки 7, 8, 9 второго комплекта соединены со вторыми обмотками 10, 11, 12 трансформатора тока пофазно встречно последовательно, образуя три вторые фазные секции, соединенные по схеме «треугольник». Выходы первой и второй фазных секций обмоток подключены соответственно к входам одного из двух трехфазных выпрямителей 13, 14, выходы которых соединены параллельно. Число витков якорных обмоток 7, 8, 9 и вторых обмоток 10, 11, 12 трансформатора тока каждой из вторых фазных секций в √3 раз больше числа витков якорных обмоток 1, 2, 3 и первых обмоток 4, 5, 6 трансформатора тока каждой из первых фазных секций соответственно. Якорные обмотки 1-3 и 7-9 всех фазных секций пофазно уложены в пазах с соблюдением совпадения их магнитных осей, при этом они могут быть размещены в общих пазах. Трехфазный трансформатор тока может быть выполнен на трех однофазных магнитопроводах либо на одном трехфазном. Первая фазная секция обмоток и выпрямитель 13 образуют первый преобразовательный (выпрямительный) канал, а вторая фазная секция обмоток и выпрямитель 14 - второй.The direct current generating system (FIG. 1) comprises a three-phase two-winding current transformer and a three-phase alternating current generator with two sets of armature windings with the same line voltage. Anchor windings 1, 2, 3 of the first set are connected to the first windings 4, 5, 6 of the current transformer in phase according to the sequence, forming the first three phase sections connected by a star circuit. The anchor windings 7, 8, 9 of the second set are connected to the second windings 10, 11, 12 of the current transformer in a counter-phase sequence, forming three second phase sections connected in a "triangle" pattern. The outputs of the first and second phase sections of the windings are connected respectively to the inputs of one of the two three-phase rectifiers 13, 14, the outputs of which are connected in parallel. The number of turns of the anchor windings 7, 8, 9 and the second windings 10, 11, 12 of the current transformer of each of the second phase sections is √3 times greater than the number of turns of the anchor windings 1, 2, 3 and the first windings 4, 5, 6 of the current transformer of each first phase sections, respectively. Anchor windings 1-3 and 7-9 of all phase sections are phase-wise laid in grooves in compliance with the coincidence of their magnetic axes, while they can be placed in common grooves. A three-phase current transformer can be performed on three single-phase magnetic cores or on one three-phase. The first phase section of the windings and the rectifier 13 form the first converter (rectifier) channel, and the second phase section of the windings and the rectifier 14 form the second.

Рабочие процессы в системе генерирования поясняются временными диаграммами на фиг.2, где показаны:Workflows in the generation system are illustrated by timing diagrams in figure 2, which shows:

- на фиг.2 а фазное 15, линейное 16 напряжения и фазный ток 17 первых фазных секций обмоток (1, 2, 3) 1-го канала преобразования (выпрямления) системы генерирования;- in figure 2 a phase 15, linear 16 voltage and phase current 17 of the first phase sections of the windings (1, 2, 3) of the 1st channel conversion (rectification) of the generation system;

- на фиг.2 б фазное (оно же линейное) напряжение 18 линейный 19 и фазный 20 токи вторых фазных секций обмоток (7, 8, 9) 2-го канала преобразования (выпрямления) системы генерирования;- in Fig. 2 b, the phase (it is also linear) voltage 18 is linear 19 and phase 20 is the current of the second phase sections of the windings (7, 8, 9) of the 2nd channel of conversion (rectification) of the generation system;

- на фиг.2 в ток 21 в резистивной нагрузке и ток 22 непосредственно на выходе моста 13;- figure 2 into the current 21 in the resistive load and the current 22 directly at the output of the bridge 13;

- на фиг.2 г ток 23 в резистивной нагрузке и ток 24 непосредственно на выходе моста 14.- figure 2 g current 23 in the resistive load and current 24 directly at the output of the bridge 14.

Благодаря введению трехфазного двухобмоточного трансформатора тока достигаются следующие технические результаты:Thanks to the introduction of a three-phase two-winding current transformer, the following technical results are achieved:

- максимальное значение тока в каждом канале вдвое меньше максимального значения тока нагрузки;- the maximum value of the current in each channel is half the maximum value of the load current;

- токи между двумя каналами делятся строго пополам.- currents between two channels are divided strictly in half.

Ток в первых и вторых фазных секциях имеет трехступенчатую форму (3 ступени на четверти периода - см. фиг.2) с 6 интервалами квантования на полупериоде и с паузой на нуле в один интервал квантования. Искажения этих токов сведены к минимуму: коэффициент гармоник тока с такой формой равен 0,152. Действующее значение тока в каждой фазе первой секции обмоток, соединенной по схеме «звезда», составляет 0,381 от максимального значения тока в секции обмоток.The current in the first and second phase sections has a three-stage form (3 steps in a quarter of the period — see FIG. 2) with 6 quantization intervals per half period and with a pause at zero in one quantization interval. Distortions of these currents are minimized: the harmonic coefficient of a current with this shape is 0.152. The effective current value in each phase of the first section of the windings connected according to the "star" scheme is 0.381 of the maximum current value in the section of windings.

Во второй секции фазных обмоток, соединенных по схеме «треугольник», максимальное и действующее значения тока в √3 раз меньше, и составляет 0,180 от постоянной составляющей тока нагрузки. Габаритные мощности обеих секций обмоток одинаковы.In the second section of phase windings connected according to the “triangle” scheme, the maximum and effective current values are √3 times smaller and amount to 0.180 of the DC component of the load current. The overall power of both sections of the windings are the same.

Из-за снижения действующего значения тока через вентили мостов 13 и 14 (порядка 1,5 раз), потери в них уменьшены в 2,25 раза и, как следствие, масса охладителей снижена примерно в 2 раза.Due to the decrease in the effective value of the current through the valves of the bridges 13 and 14 (about 1.5 times), the losses in them are reduced by 2.25 times and, as a result, the mass of coolers is reduced by about 2 times.

Размещение якорных обмоток в общих пазах позволило сократить число пазов и уменьшить диаметр машины, что положительно сказалось на ее масса-габаритных показателях.Placing the anchor windings in the common grooves made it possible to reduce the number of grooves and reduce the diameter of the machine, which positively affected its mass-overall performance.

Благодаря введению двухобмоточного трансформатора тока площадь паза для фазных секций обмоток уменьшена на 33%. При этом (при той же мощности) соответственно может быть увеличен внутренний диаметр расточки статора и, следовательно, уменьшена длина машины и снижена общая масса генератора (примерно на 10...15%).Thanks to the introduction of a two-winding current transformer, the groove area for the phase sections of the windings is reduced by 33%. In this case (at the same power), the internal diameter of the stator bore can be increased accordingly and, consequently, the length of the machine is reduced and the total mass of the generator is reduced (approximately 10 ... 15%).

Полезная модель может найти широкое применение при проектировании систем электроснабжения постоянного тока.The utility model can be widely used in the design of DC power supply systems.

Составитель описания: Мыцык Г.С.Compiled by description: Mytsyk G.S.

«Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения» И.М.Рожнов, А.М.Русаков., А.М.Сугробов, П.А.Тыричев, М. МЭИ стр.29, рис.15з).“Valve generators of autonomous power supply systems” I.M. Rozhnov, A.M. Rusakov., A.M. Sugrobov, P.A. Tyrichev, M. MEI p. 29, Fig. 15h).

Claims (3)

1. Система генерирования постоянного тока, содержащая трехфазный двухобмоточный трансформатор тока и трехфазный генератор переменного тока с двумя комплектами якорных обмоток с одинаковым линейным напряжением, якорные обмотки первого комплекта соединены с первыми обмотками трансформатора тока пофазно согласно последовательно, образуя три первые фазные секции, соединенные по схеме «звезда», а якорные обмотки второго комплекта соединены с вторыми обмотками трансформатора тока пофазно встречно последовательно, образуя три вторые фазные секции, соединенные по схеме «треугольник», выходы первой и второй фазных секций подключены соответственно к входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно, при этом число витков якорных обмоток и вторых обмоток трансформатора тока каждой из вторых фазных секций в √3 раз больше числа витков якорных обмоток и первых обмоток трансформатора тока каждой из первых фазных секций соответственно, при этом якорные обмотки всех фазных секций уложены в пазах с соблюдением совпадения их магнитных осей.1. A DC generation system comprising a three-phase two-winding current transformer and a three-phase alternating current generator with two sets of armature windings with the same line voltage, the armature windings of the first set are connected in phase to the first windings of the current transformer in series, forming the first three phase sections connected according to the scheme “Star”, and the anchor windings of the second set are connected to the second windings of the current transformer in opposite phases in phase, forming three second phases sections connected according to the “triangle” scheme, the outputs of the first and second phase sections are connected respectively to the inputs of one of two three-phase rectifiers, the outputs of which are connected in parallel, while the number of turns of the anchor windings and the second windings of the current transformer of each of the second phase sections is in √3 times the number of turns of the anchor windings and the first windings of the current transformer of each of the first phase sections, respectively, while the anchor windings of all phase sections are laid in grooves in compliance with the coincidence of their magnetic axes. 2. Система генерирования постоянного тока по п.1, отличающаяся тем, что якорные обмотки всех фазных секций пофазно уложены в общих пазах.2. The DC generation system according to claim 1, characterized in that the anchor windings of all phase sections are phase-wise laid in common grooves. 3. Система генерирования постоянного тока по п.1 или 2, отличающаяся тем, что трехфазный трансформатор тока выполнен на трех однофазных магнитопроводах либо на одном трехфазном.

3. The DC generation system according to claim 1 or 2, characterized in that the three-phase current transformer is made on three single-phase magnetic cores or on one three-phase.