Бахмет Александр Павлович: другие произведения.

Бесщёточные машины двойного питания

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Бесщёточные машины имеют ряд преимуществ перед обычными, со скользящими контактами или коллекторами. Машины двойного питания тоже могут быть бесщёточными.

Бахмет А.П.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ

Машины двойного питания известны уже давно. Однако, информацию о них найти было трудно, и поэтому я изобрёл их самостоятельно. Более того, я так же самостоятельно придумал бесщёточный вариант машины двойного питания. В конце 2010 года по некоторым зарубежным публикациям мне удалось установить, что "их" принцип действия совпадает с моим. Подробностей фирма-изготовитель не разглашала. Но это не мешает мне описать принцип действия моего варианта.

Машины двойного питания

Идея двойного питания электрической машины лежит на поверхности.
Если синхронная машина использует возбуждение ротора постоянным током, то этот ток приходится подавать на ротор через скользящие контакты. Дополнительно должен быть понижающий трансформатор и выпрямитель, или просто выпрямитель. Сейчас выпрямитель не представляет собой что-то сложное, а ещё в 60-е годы выпрямление тока было проблемой. И от выпрямителя постарались избавиться.
Что случится, если ротор питать переменным током сети? Конечно, ротор должен иметь такие же обмотки, как и статор. Если статор 3-фазный, то и обмотки ротора должны быть 3-фазные. Существуют асинхронные машины переменного тока с фазным ротором. Их устройство именно такое, как нам надо. Фазный ротор имеет кольца, на статоре есть скользящие контакты, по которым на ротор можно подать напряжение сети. И если чередование фаз статора и ротора будут противоположными, то ротор будет вращаться со скоростью, в 2 раза большей, чем скорость вращения магнитного поля статора. Ура! Ура! Ура!
Впрочем, при трезвом анализе полученной машины начинают проявляться её недостатки:
* для электродвигателя необходимо применять генератор частоты (инвертор), поскольку сам он не способен разогнаться до синхронных оборотов. Для генераторов эта проблема не стоит, т.к. они разгоняются внешним приводом.
* ротор потребляет мощность, примерно пропорциональную частоте тока; т.е. при подаче одинаковой частоты сети в ротор и статор, ротор будет потреблять такую же мощность, что и статор (а ротор генератора - вырабатывать).
Разумеется, недостатки можно обернуть в достоинства:
* за счёт питания ротора, электрическая машина при тех же размерах и параметрах намагничивания будет иметь в 2 раза большую мощность (за счёт возросшей в 2 раза скорости вращения);
* инвертор необходим половинной мощности, т.к. достаточно регулировать только ток ротора.
Как мы видим, один из серьёзнейших недостатков МДП сохранился - контактные кольца. И это дало толчок новому направлению исследований.

Бесщёточные машины двойного питания

Бесщёточные машины обладают неоспоримыми преимуществами:
* за счёт отсутствия колец и трущихся щёток тратится меньше энергии вращения;
* бесщёточные машины более экономны в обслуживании;
* бесщёточные машины более долговечны;
* бесконтактные и бесщёточные машины могут быть герметичными, работать в агрессивных средах. Самый часто встречающийся пример такого применения - погружные скважинные насосы.

Семейство бесщёточных машин сегодня включает в себя:
* синхронные машины с ротором на постоянных магнитах (двигатели и генераторы);
* вентильные двигатели (практически они все - синхронные машины с РПМ);
* асинхронные машины с короткозамкнутым ротором;
* бесщёточные машины двойного питания.
Частный случай бесщёточной МДП (БМДП) - это синхронный генератор со вспомогательным генератором для питания обмоток возбуждения ротора. Генератор вспомогательный установлен на одном валу с главным. Вырабатываемый этим генератором ток - переменный, поэтому его выпрямляет диодный мост, расположенный на том же вращающемся роторе. Поскольку для питания обмотки возбуждения СМ требуется небольшая мощность, то и этот вспомогательный генератор имеет меньшую мощность, чем вся остальная машина (1-5% общей мощности). Проблемы запуска машины такая конструкция не решает, а поэтому применима только для синхронных генераторов, которые раскручиваются внешним приводом.
Итак: берём 2 асинхронные машины с фазными роторами и соединим их валы.
Что произойдёт, если соединить их обмотки роторов? Ничего не произойдёт, обе машины будут по-прежнему асинхронными. При подаче напряжения на оба статора оба ротора будут разгоняться как и прежде, за счёт индуктивных токов в короткозамкнутых обмотках ротора.
А если попытаться замкнуть накоротко обмотки статора одной из машин?
В этом случае на разных машинах появляются крутящие моменты, направленные в противоположные стороны. Ротор будет стоять на месте. Выходов из этой ситуации есть два, а следовательно, появляется 2 ветви БМДП.
Для того, чтобы созданный гибрид из 2-х машин сдвинулся с места, нужно или сделать разный момент вращения, или изменить направление вращения магнитного поля в обмотках ротора, тогда изменится направление действия одного из моментов.
Разный момент можно получить, если на одной из машин установить другое число полюсов.
Разное направление вращения поля ротора можно получить, если обмотки на обоих роторах соединить с разной фазировкой.
Чтобы оценить возможные варианты, стоит воспользоваться графиком. По вертикальной оси откладывается скорость вращения вала, а по горизонтальной оси - частота тока в роторе.

 []

Рис.1 Общая диаграмма зависимости частоты токов ротора (токов скольжения) от оборотов вала

Линии с разной крутизной соответствуют машинам с разным числом полюсов (зелёные и синие - 1 группа полюсов, красные и сиреневые - 2 группы).
Линии с разным знаком производной (отклоняющиеся влево и вправо) соответствуют роторам, у которых обмотки роторов включены с противоположной фазировкой.
Разные точки на горизонтальной оси, из которых выходят линии, соответствуют частоте питания машины. Точка с частотой 0 соответствует замыканию обмоток накоротко (например, в момент пуска) или питанию постоянным током (основная работа).
Поскольку мы рассматриваем агрегат из 2 машин, можем выбрать 2 любые пересекающиеся линии. Точка их пересечения укажет на частоту тока в роторе (соответствует скольжению) и частоту вращения ротора.
Возможные варианты машин представлены в таблице 1.

Число групп полюсовФазность роторовЧастота питанияОбороты валаКрутящий момент (*)Мощность (*)Примечание (**)
2-1=f-f 2f2-12 1
1-1хf-f f1+122. Фактически это 2 асинхронные машины, работающие в параллель
2-1=f-0 f2-11 3
2-1=0-f f2-11 4
2-1хf-f2/3*f2+12 5
1-1хf-0 f/21+11 6
1-1х0-f f/21+11 7
1-2хf-0 f/31+21 8
2-1х0-f f/32+11 9
2-2хf-0 f/42+2110

Примечания:
* Крутящий момент и мощность приведены в сравнении с обычной синхронной машиной, имеющей 1 статор с 1 группой полюсов.
** Номера соответствуют точкам на Рис.1

Обороты и моменты, приведенные в таблице, имеют в своём составе делитель или множитель, соответствующий общему числу полюсов машины.
При взгляде на таблицу 1 становится заметен существенный недостаток: у всех БМДП крутящий момент и мощность меньше, чем у машины с контактными кольцами.
Машина в точке 5 имеет обороты, недостижимые для обычных синхронных машин.

В остальном работа с БМДП аналогична работе с обычными машинами. И пуск машины также аналогичен обычному. Если одна машина в агрегате имеет нулевую частоту питания, то весь агрегат запускается как обычная синхронная машина: обмотки одной машины замыкаются накоротко или через балластное сопротивление, на статор второй машины подаётся питание от сети. После выхода машины на минимальное скольжение, обмотки первой машины запитываются постоянным током.
Для запуска МДП в точке 5 можно использовать разгон ротора как в обычной асинхронной машине. Для этого на момент запуска обмотки статора машины, где 2 группы полюсов, просто отключаются. После включения их в сеть (через сопротивление) обороты выйдут на номинал (33 об/с, 2000 об/мин.).
Для реализации машины с полноценным двойным питанием необходимо использование инвертора. Инвертор управляет током одной из машин постоянно или включается в работу после выхода на синхронные обороты.

 Ваша оценка:

Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
С.Гатаулин "Вирусапиенс" Е.Звездная "Хелл.Обучение наемницы" Е.Малиновская "Демон-хранитель. Сделка" А.Флим "Я - лорд звездной империи" А.Кувайкова "Друзей не выбирают. Эпизод 1" А.Вербицкий "Испытания на прочность" И.Сафина "Принц для роскошной женщины" А.Илларионова "Оборотни Его Величества" М.Князев "Полный набор-5. Бог Дракон" А.Баренберг "Вторым делом самолеты. Выйти из тени Сталина!" В.Гвор "Прорыв выживших. Враждебные земли" Ю.Скуркис "Роковое наследие" А.Радов "Изгой: Начало пути" В.Горъ "Граф-3. Клинок его Величества" В.Хватов "Ядерная осень" А.Валерьев "Объект Родина" В.Коротин "Броненосцы победы" Я.Денисенко "Закон сильного" О.Виноградова "Непристойное предложение" М.Михеев "Путь домой" Е.Никольская "Мой огненный и снежный зверь" О.Шовкуненко "Оружейник-2. Бой без правил" В.Поляков "Чернокнижник" О.Говда "Рыцарь" Ю.Иванович "Лиходеи Апокалипсиса" Н.Кузьмина "Летящая против ветра" В.Поселягин "Я - истребитель"

Как попасть в этoт список

Сайт - "Художники"
Доска об'явлений "Книги"