Электромеханический преобразователь энергии

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Горностай Александр Владимирович(72) Авторы Горностай Александр ВладимировичРолик Юрий АнатольевичГончар Анатолий Андреевич(73) Патентообладатель Горностай Александр Владимирович(57) Электромеханический преобразователь энергии, содержащий электрическую машину с первичной и вторичной обмотками на статоре и роторе и подсоединенное к ней полупроводниковое устройство, отличающийся тем, что первичная обмотка представлена в виде одной многофазной, например девятифазной, цепи, расположенной на статоре и соединенной в многоугольник, подключенный своими вершинами к полупроводниковому устройству, выполненному с возможностью работать сначала в режиме инвертора регулируемой частоты, а затем в режиме выпрямителя, при этом вторичная обмотка имеет возможность первоначально включаться на резистор, а затем на выход выпрямителя.(56) 1. Волдек А.И. Электрические машины Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Л Энергия, 1974. - 840 с. 2. Патент Латвийской Республики -5078. Ветроустановка / Р.И.Виноградов, Н.Н.Левин, А.Н.Серебряков, А.В.Булеков и др. - Опубл. 28.12.1992. 83912012.06.30 Полезная модель относится к электромеханическим преобразователям энергии, а точнее к электрическим генераторам постоянного тока, параллельно работающих с выпрямителями или преобразователями в ветроустановках. Известен электромеханический преобразователь энергии, выполненный в виде электрической машины, на статоре и роторе которой расположены обмотки, с помощью которых осуществляется преобразование механической энергии в электрическую 1. Однако одна электрическая машина без вспомогательных полупроводниковых устройств не позволяет гибко ее использовать, обеспечивая при этом высокий коэффициент полезного действия и надежность. Известен также электромеханический преобразователь энергии, содержащий электрическую машину с первичной и вторичной обмотками на статоре и роторе и подсоединенное к ним полупроводниковое устройство 2 - прототип. Такой преобразователь позволяет более гибко использовать электрическую машину,обеспечивая, например, простое самовозбуждение путем подсоединения обмотки возбуждения электрической машины к выходу полупроводникового устройства, работающего в режиме выпрямителя. Здесь электрическая машина выполнена многофазной, а главное - с двумя якорными обмотками. Поэтому полупроводниковый выпрямитель, являясь нелинейным устройством, и особенно дополнительная вторая обмотка якоря существенно искажают форму кривой тока в обмотках электрической машины, создавая при этом дополнительные потери и значительный электромагнитный шум. Задача, которую решает данная полезная модель, заключается в повышении коэффициента полезного действия и снижении уровня электромагнитного шума при использовании преобразователя в качестве ветрогенератора постоянного тока. Это достигается тем, что в электромеханическом преобразователе энергии, содержащем электрическую машину с первичной и вторичной обмотками на статоре и роторе и подсоединенное к ней полупроводниковое устройство, согласно полезной модели, первичная обмотка представлена в виде одной многофазной, например девятифазной, цепи,расположенной на статоре и соединенной в многоугольник, подключенный своими вершинами к полупроводниковому устройству, выполненному с возможностью работать сначала в режиме инвертора регулируемой частоты, а затем в режиме выпрямителя, при этом вторичная обмотка имеет возможность первоначально включаться на резистор, а затем на выход выпрямителя. Полезная модель поясняется схемой, представленной на фигуре. Электромеханический преобразователь энергии (фигура) состоит из электрической машины 1 с первичной 2 и вторичной 3 обмотками на статоре 4 и роторе 5 и полупроводникового устройства 6, выполненного на управляемых элементах 7, например тиристорах,и неуправляемых диодах 8. Первичная обмотка 2 в данном частном случае включает девять фаз, соединенных в многоугольник. Своими вершинами 917 многоугольник подключен к полупроводниковому устройству 6, выполненному с возможностью работать сначала в режиме инвертора, а затем в режиме выпрямителя. Вторичная обмотка 3 имеет возможность подключения с помощью переключателя 18 на резистор 19 или на выход полупроводникового устройства 6 параллельно нагрузке, например, аккумуляторной батарее 20. Работает электромеханический преобразователь энергии следующим образом. Первоначально, т.е. для быстрой раскрутки генератора, его первичная обмотка 2 получает питание от полупроводникового устройства 6, работающего в режиме инвертора, т.е. мостового управляемого преобразователя постоянного тока аккумуляторной батареи 20 в переменный ток с плавно увеличивающейся частотой и напряжением. Поскольку при этом вторичная обмотка 3 замкнута с помощью переключателя 18 на резистор 19, то генератор оказывается в режиме асинхронного двигателя, разгоняемого частотным методом. По достижению определенной (минимально возможной для начальной скорости ветра) частоты вращения обмотка 3 с помощью переключателя 18 автоматически отключается от рези 2 83912012.06.30 стора 19 и замыкается на выход полупроводникового устройства 6, т.е. на аккумуляторную батарею 20. Таким образом, электрическая машина 1 переводится в режим синхронного генератора. В этом режиме в работу вступает мостовой выпрямитель на диодах 8. Применение -фазной обмотки, соединенной в многоугольник, создает условия осуществления 2-тактной коммутации управляемых и неуправляемых элементов полупроводникового устройства 6. При 9, это будет 18-тактная коммутация. В этих условиях существенно уменьшаются потери энергии в стали и обмотках, так как исчезают гармоники низкой частоты, уменьшаются амплитуды вибраций от оставшихся более высоких гармонических составляющих, которые лучше демпфируются и гасятся элементами конструкции. Поэтому наличие только одной первичной обмотки повышенной фазности в сочетании с соединением фаз в многоугольник увеличивают коэффициент полезного действия и снижают уровень электромагнитного шума. Помимо указанного предлагаемая конструкция обеспечивает снижение коммутационных перенапряжений, ибо работа инвертора и выпрямителя происходит без разрыва электрических цепей. Наконец, коммутируются фазы первичной обмотки, которые имеют уменьшенное по сравнению с трехфазной обмоткой число витков. Так как индуктивность фазы пропорциональна квадрату числа витков, то условия коммутации и по этой причине существенно облегчаются. Последнее особенно важно для мощных ветрогенераторов. Таким образом, использование электромеханического преобразователя энергии предлагаемой конструкции в качестве ветрогенератора постоянного тока повышает коэффициент полезного действия и снижает уровень электромагнитного шума всей ветроустановки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3