Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к процессу запуска газотурбинных двигателей. В начальный момент запуска газотурбинного двигателя обмотка якоря основного генератора и обмотка возбуждения возбудителя через блок управления подключаются к источнику питания, при этом блок управления обеспечивает опережение вектора магнитного потока основного генератора относительно оси полюса ротора и начальная раскрутка газотурбинного двигателя осуществляется реактивным моментом, а с увеличением частоты вращения индуцированная электродвижущая сила в обмотке якоря возбудителя, выпрямленная блоком вращающегося выпрямителя, питает обмотку возбуждения основного генератора, создавая активный вращающий момент и, при достижении заданной частоты вращения, блок управления отключается от обмотки основного генератора, а бесконтактный явнополюсный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем переходит в генераторный режим. Технический результат изобретения – снижение балластной полетной массы и упрощение конструкции. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2524776

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к процессу запуска газотурбинных двигателей.

Изобретение может найти применение в электромашиностроении, а также в тех областях техники, где необходим автономный источник электрической и механической энергии, сочетающий качества надежности с высокой удельной мощностью и хорошими регулировочными характеристиками.

Одним из видов двигателей автономных объектов, в том числе современных летательных аппаратов, являются газотурбинные двигатели.

Запуск газотурбинного двигателя представляет одну из основных операций при подготовке летательного аппарата к полету.

Наибольшее распространение получили турбостартерный и электрический способы запуска [1, стр.61].

Известен турбостартерный запуск газотурбинного двигателя, при котором в качестве стартера используется турбокомпрессорный стартер, представляющий собой малогабаритный газотурбинный двигатель [1, стр.62] с ограниченной продолжительностью работы в стартерном режиме.

Использование турбостартеров усложняет производство и эксплуатацию газотурбинного двигателя, увеличивает общее время запуска.

Известен электрический способ запуска газотурбинного двигателя.

Для запуска газотурбинного двигателя на летательных аппаратах, в основном, применяются электрические стартеры или стартеры-генераторы.

Электростартер, являющийся отдельной конструктивной единицей относительно большой массы и габаритов, выполняет функции запуска и в дальнейшем является неиспользуемым грузом, увеличивающим полетную массу самолета.

Наибольшее распространение для запуска современных газотурбинных двигателей получили системы запуска со стартер-генераторами.

Известен стартер-генератор постоянного тока, имеющий щеточно-коллекторный узел [2, стр.193-195]. Основным недостатком данной конструкции является низкая надежность, обусловленная наличием щеточно-коллекторного узла.

Известен бесконтактный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем, состоящий из трех электрических машин: основного генератора, возбудителя, подвозбудителя, имеющих общий корпус и вал [2, стр.184-185]. Недостатком конструкции является необратимость, т.е. невозможность работы генератора в двигательном режиме.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является бесконтактный синхронный стартер-генератор с вращающимся выпрямителем, состоящий из трех электрических машин: основного генератора, возбудителя, подвозбудителя, причем для реализации двигательного (стартерного) режима в качестве возбудителя применена асинхронная машина с фазным ротором [3, 4 стр.122]. В двигательном режиме возбудитель работает в качестве вращающегося трансформатора [4 стр.122], в генераторном режиме – как неявнополюсный синхронный генератор [4 стр.125]. Данный способ обеспечения возбуждения существенно (от 2 до 2,5 раз) повышает массу возбудителя по сравнению с возбудителем бесконтактного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем, что, в конечном счете, способствует увеличению массы стартер-генератора в целом на 10-15% [4 стр.125-126].

Принимая во внимание условия запуска газотурбинного двигателя, следует отметить, что основной момент сопротивления, который необходимо преодолеть стартер-генератору в процессе запуска газотурбинного двигателя, создает компрессор. Этот момент пропорционален квадрату частоты вращения n компрессора и характеризуется зависимостью:

где A k – постоянная, характеризующая параметры компрессора.

Таким образом, в начальный момент пуска стартер-генератор должен развить момент, необходимый для преодоления только инерции вращающихся частей [5, стр.199].

В связи со сказанным, техническое решение, предлагаемое в [3], не является оптимальным для реализации запуска газотурбинного двигателя из-за неоправданного увеличения массы возбудителя.

Задача изобретения состоит в осуществлении запуска газотурбинного двигателя с помощью бесконтактного явнополюсного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое решение, заключается в использовании бесконтактного явнополюсного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем, установленного на борту летательного аппарата, в качестве устройства для запуска газотурбинного двигателя, что, в конечном итоге, приводит к снижению балластной полетной массы и упрощению конструкции авиадвигателя за счет отказа от классического стартера.

Поставленная задача решается следующим образом. Запуск газотурбинного двигателя осуществляет бесконтактный явнополюсный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем, содержащий основной генератор, возбудитель и подвозбудитель. В начальный момент запуска газотурбинного двигателя обмотка якоря основного генератора и обмотка возбуждения возбудителя через блок управления подключаются к источнику питания, при этом блок управления обеспечивает опережение вектора магнитного потока основного генератора относительно оси полюса ротора, и начальная раскрутка газотурбинного двигателя осуществляется реактивным моментом, а с увеличением частоты вращения индуцированная электродвижущая сила в обмотке якоря возбудителя, выпрямленная блоком вращающегося выпрямителя, питает обмотку возбуждения основного генератора, создавая активный вращающий момент, и, при достижении заданной частоты вращения, блок управления отключается от обмотки основного генератора, а бесконтактный явнополюсный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем переходит в генераторный режим.

Схема размещения основного генератора, возбудителя и подвозбудителя бесконтактного явнополюсного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем и схема соединения обмоток в двигательном режиме представлены на фиг.1 и фиг.2, на фиг.3 – пример управляющей части блока управления.

В корпусе 1 бесконтактного явнополюсного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем установлены якорь основного генератора 2 с якорной обмоткой 3, индуктор явнополюсного синхронного возбудителя обращенной конструкции 4 с обмоткой возбуждения 5, якорь синхронного подвозбудителя 6 с якорной обмоткой 7, роторный модуль. Роторный модуль (ротор) содержит общий для трех электрических машин вал 8, закрепленный в подшипниковых опорах. На валу роторного модуля закреплены явновыраженные полюса основного генератора 9 с обмоткой возбуждения 10, блок вращающегося выпрямителя 11, якорь синхронного возбудителя 13 с обмоткой 14 и система постоянных магнитов 15 синхронного подвозбудителя. Обмотка якоря синхронного возбудителя 14 соединяется через блок вращающегося выпрямителя 11 с обмоткой возбуждения 10 основного генератора.

Для использования бесконтактного явнополюсного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем в двигательном режиме бесконтактный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем, например, дополняют датчиком положения ротора 16, механически связанным с роторным модулем, и блоком управления 17, вход которого связан с источником питания, а выходы подключены к фазам якорной обмотки основного генератора 3 и обмотке возбуждения возбудителя 5.

Блок управления 17 состоит из силовой и управляющей части. Силовая часть блока управления 17 представляет собой классический трехфазный инвертор, который коммутирует фазы якорной обмотки бесконтактного явнополюсного синхронного генератора. Питание силовой части осуществляется либо от источника постоянного тока, либо через выпрямитель от источника переменного тока.

Управляющая часть блока управления 17 построена на основе векторного управления, вариант структурной схемы управляющей части представлен на фиг.3.

В двигательном режиме для получения информации о положении ротора вместо датчика положения ротора возможно использование одного из алгоритмов бездатчикового управления.

Бесконтактный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем работает в двигательном режиме следующим образом. В начальный момент пуска блок управления 17 подключает обмотку якоря 3 основного генератора и обмотку возбуждения возбудителя 5 к источнику питания.

Блок управления, по сигналам датчика положения ротора 16, формирует вектор тока обмотки якоря 3 основного генератора и, следовательно, вектор магнитного потока основного генератора таким образом, чтобы ось магнитного потока опережала ось полюса ротора на угол .

При взаимодействии магнитного поля основного генератора и явно выраженных полюсов ротора основного генератора возникает реактивный вращающийся момент [6, стр.212-214], равный

где m 1 – число фаз обмотки якоря основного генератора,

U 1 – фазное напряжение, подведенное к обмотке якоря основного генератора,

1 – угловая синхронная скорость,

X d – индуктивное сопротивление обмотки якоря основного генератора по продольной оси,

X q – индуктивное сопротивление обмотки якоря основного генератора по поперечной оси.

Под действием реактивного момента ротор бесконтактного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем приводится во вращение.

Как следует из формулы (1), максимальный реактивный момент имеет место при угле =45°. В связи с этим в момент пуска для создания максимального реактивного момента блок управления 17 регулирует вектор тока обмотки якоря основного генератора 3 таким образом, чтобы угол 9 был равен 45°.

Под действием реактивного вращающегося момента по мере увеличения частоты вращения в обмотке якоря возбудителя 14 индуцируется электродвижущая сила, которая выпрямляется блоком вращающегося выпрямителя 11 и обеспечивает протекание тока по обмотке возбуждения основного генератора 10, создавая дополнительный активный вращающийся момент, равный [6, стр.213]

где E 0 – электродвижущая сила обмотки якоря генератора, наведенная током обмотки возбуждения основного генератора.

Под действием суммарного момента (M p +M осн ) частота вращения ротора увеличивается.

Для создания максимального вращающегося момента в процессе раскрутки блок управления 17 по сигналам датчика положения ротора 16 регулирует положение вектора тока обмотки якоря основного генератора 3 относительно оси полюсов ротора, например, по следующему закону:

где I f – ток обмотки возбуждения основного генератора, определяемый частотой вращения ротора и напряжением обмотки возбуждения возбудителя,

L d – индуктивность по продольной оси,

L q – индуктивность по поперечной оси.

Ток обмотки возбуждения основного генератора 10 можно выразить зависимостью:

где I BB – ток возбуждения возбудителя,

k – конструктивный коэффициент.

При достижении частоты вращения роторного модуля, определяемой параметрами газотурбинного двигателя, бесконтактный явнополюсный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем переходит в генераторный режим, блок управления 17 отключается от обмотки якоря 3 генератора.

Предлагаемое техническое решение реализует функции двигательного режима в генераторе без изменения конструкции, увеличения массы, сохранение достоинств бесконтактного явнополюсного синхронного генератора с вращающимся выпрямителем [7, стр.14], который в настоящее время является основным типом источника электрической энергии на борту большинства эксплуатируемых самолетов. На предприятии ОАО "Электропривод", г.Киров, была проведена опытная проверка предложенного решения (Акт № 07541905-98/2-2010). Результаты подтвердили правильность предложенного технического решения и целесообразность его использования в реализации программы "Полностью электрифицированного самолета".

Ссылка на источник известности

[1] Авиационное оборудование. / Ю.А. Андриевский, Ю.Е. Воскресенский, Ю.П. Доброленский и др.; Под ред. Ю.П. Доброленского. – М: Воениздат, 1989. – 248 с.: ил. – (Боевая авиационная техника)

[2] Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. В двух томах / Под редакцией С.А. Грузкова. Том 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. – М.: Издательство МЭИ, 2005. – 568 с.

[3] United States Patent № US 2009/0174188 A1

[4] Лёвин А.В. Электрический самолет: от идеи до реализации. / А.В. Левин, И.И. Алексеев, С.А. Харитонов, Л.К. Ковалев // М.: Машиностроение, 2010. – 288 с.

[5] К.С.Бобов, В.А. Винокуров, B.C. Аскерко, М.В. Кравчук, Г.И. Панасюк Авиационные электрические машины. Часть 1. Машины постоянного и переменного тока. Трансформаторы. / Под ред. К.С. Бобова. – ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского; 1960. – 642 с.

[6] Кацман М.М., Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических систем: учебник для техникумов. / Под редакцией Ф.М. Юферова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа; 1979. – 261 с.

[7] Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения. / Н.М. Рожнов, A.M. Русаков, A.M. Сугробов, П.А. Тыричев; Под ред. П.А. Тыричева – М.: Издательство МЭИ, 1996. – 280 с.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ запуска газотурбинного двигателя, осуществляемый бесконтактным явнополюсным синхронным генератором с вращающимся выпрямителем, содержащим основной генератор, возбудитель и подвозбудитель, отличающийся тем, что в начальный момент запуска газотурбинного двигателя обмотка якоря основного генератора и обмотка возбуждения возбудителя через блок управления подключаются к источнику питания, при этом блок управления обеспечивает опережение вектора магнитного потока основного генератора относительно оси полюса ротора, и начальная раскрутка газотурбинного двигателя осуществляется реактивным моментом, а с увеличением частоты вращения индуцированная электродвижущая сила в обмотке якоря возбудителя, выпрямленная блоком вращающегося выпрямителя, питает обмотку возбуждения основного генератора, создавая активный вращающий момент, и, при достижении заданной частоты вращения, блок управления отключается от обмотки основного генератора, а бесконтактный явнополюсный синхронный генератор с вращающимся выпрямителем переходит в генераторный режим.

Коллекторные генераторы постоянного тока имеют два существенных недостатка, связанных с наличием контактного узла-коллектора:

• повышенную трудоемкость технической эксплуатации;

В связи с этим после создания бесконтактных синхронных генераторов серии ГТ, по аналогии были разработаны бесконтактные генераторы постоянного тока. Такие генераторы конструктивно состоят из низковольтного бесконтактного генератора переменного тока и силового выпрямителя.

Все современные отечественные бесконтактные генераторы постоянного тока выполняются по одинаковой схеме (рис. 9, 10), рассмотрим их устройство на примере бесконтактного генератора ГСР-20БК (рис. 9).

Рис. 9. Внешний вид генератора ГСР-20БК

Рис. 10. Детали и узлы стартер-генератора ГСР-12БК КИС

ГЕНЕРАТОР ГСР-20БК

Маркировка ГСР-20БК обозначает:

Р – расширенный диапазон частоты вращения;

20 – мощность в киловаттах;

Генератор ГСР-20 БК (рис. 9) предназначен для питания бортовых приемников электроэнергии постоянным током стабилизированного напряжения.

На объекте генератор работает с блоком регулирования, защиты и управления БРЗУ-4В, токовым телеметрическим датчиком ТТД-800, датчиком направления тока ДТН-1, блоком защиты и управления БЗУ-6ВМ.

Генератор приводится во вращение от авиадвигателя. Направление вращения генератора – против часовой стрелки, если смотреть со стороны привода. Рабочее положение – горизонтальное.

Генератор ГСР-20 БК – бесколлекторная машина, выполненная на базе бесконтактного синхронного генератора с вращающимися диодами (8).

Продольный разрез конструкции генератора представлен на рис. 11.

Генератор конструктивно состоит из четырех каскадов: подвозбудителя (19); возбудителя (6); основного генератора (10); силового выпрямительного блока (3).

Подвозбудитель представляет собой нерегулируемый однофазный синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов ПМ. ОЯП – обмотка якоря подвозбудителя расположена на статоре.

Возбудитель– синхронный генератор обращенного исполнения, т.е. индуктор с обмоткой возбуждения возбудителя ОВВ расположен на статоре, а якорь с обмоткой переменного тока ОЯВ – на роторе. Обмотка якоря возбудителя (ОЯВ) через роторное выпрямительное устройство (шесть диодов В4-25 с номинальным током 25 А) подключена к обмотке возбуждения основного генератора ОВГ. Соединение нейтрали ОЯВ со средней точкой ОВГ улучшает работу схемы.

Рис. 11. Конструктивная схема генератора ГСР-20БК:

1 – кронштейн; 2 – крышка; 3 – выпрямительный блок; 4 – элемент чувствительный; 5 – обмотка якоря возбудителя (ОЯВ); 6 – возбудитель; 7 – обмотка возбуждения возбудителя (ОВВ); 8 – вращающиеся диоды; 9 – обмотка возбуждения генератора (ОВГ); 10 – статор основного генератора; 11 – обмотка якоря основного генератора (ОЯГ); 12 – электромагнит; 13 – шток электромагнита; 14 – петля; 15 – шток расцепителя; 16 – упор; 17 – собачка; 18 – пружина; 19 – подвозбудитель; 20 – обмотка якоря подвозбудителя (ОЯП); 21 – ведомая муфта; 22 – ведущая муфта

Основной генератор – синхронная машина c ОВГ на роторе и ОЯГ на статоре. Его особенность заключается в том, что для усиления демпфирования явно полюсный индуктор снаружи покрыт слоем неферромагнитного металла. Якорная обмотка ОЯГ шестифазная, из двух трехфазных обмоток, уложенных в пазах статора со взаимным сдвигом в 30 электрических градусов. Каждая трехфазная ОЯГ через свое мостовое выпрямительное устройство (схема выпрямления Ларионова на диодах В7-200 с номинальным током 200 А) подключена на выходные клеммы генератора. Взаимный сдвиг трехфазных ОЯГ обеспечивает снижение пульсаций выходного (выпрямленного) напряжения.

Расцепительприводится в действие электромагнитом с обмоткой ОР (обмотка расцепителя).

Силовой выпрямительный блок размещен на статоре и служит для выпрямления переменного напряжения основного генератора. Конструкция блока силового выпрямителя генератора ГСР-20БК представлена на рис. 12. Он выполнен конструктивно совместно с задним щитом 10 и расположен непосредственно у входного воздушного патрубка 4.

Блок силового выпрямителя состоит из шести идентичных групп, каждая из которых включает в себя два вентиля 6 типа В-7-200 с номинальным током 200 А, рассчитанных на работу при температуре окружающей среды до 180°С и трех радиаторов 7.

К средним радиаторам подключаются выводы 8 трехфазных обмоток якоря синхронного генератора.

Радиаторы, расположенные со стороны входного воздушного патрубка, объединяются кольцевой медной шиной 5, соединенной с положительной клеммой генератора.

Рис. 12. Конструкция блока силового выпрямителя

Радиаторы, расположенные непосредственно у заднего щита также объединяются кольцевой шиной 11 и связаны с отрицательной клеммой генератора.

Пружинные шайбы 5 обеспечивают необходимое контактное давление в группе вентилей.

Каждая группа вентилей с помощью накладки из изоляционного материала 12 и шпилек 13 прикреплена к специальной кольцевой поддержке 9, отлитой совместно с крестовиной заднего щита.

Со стороны входного воздушного патрубка все группы вентилей объединяются специальной кольцевой поддержкой 14.

Вентили вращающегося трехфазного мостового выпрямителя 7 укреплены попарно на трех специальных радиаторах 8. На рис. 13 показано расположение на радиаторах одной группы вентилей. Каждый радиатор соединен с соответствующей фазой обмотки якоря возбудителя.

Радиаторы устанавливаются вдоль оси полого вала 1 и изолиро-ваны от него специальной втулкой из изоляционного материала 6. Между радиаторами расположены изоляционные прокладки 9.

Рис. 13. Конструкция блока вращающихся выпрямителей

Радиаторы с укрепленными вентилями и изоляционными прокладками соединены в единый конструктивный узел с помощью шпилек 2 и изоляционных фланцев 4 и 10. Шпильки 2 одновременно являются выводными клеммами вращающегося выпрямителя, к которым подключаются выводы 3 обмотки возбуждения синхронного генератора.

Фланец 4 (см. рис. 13) имеет центральное вентиляционное отверстие, связанное с распределительной втулкой 1 комбинированной испарительной системы охлаждения (КИС).

В центральную часть изоляционного фланца 10 запрессован стальной сердечник 11, который совместно с болтом 12 и пружиной 13 удерживает гибкий валик 15 в шлицевом соединении с внутренней частью составного полого вала 14. Изоляционный фланец 10 образует между собой и изоляционной втулкой 6 вентиляционные каналы (на рис13 не показаны) для прохождения охлаждающего потока воздуха или жидкости.

Радиаторы 8 имеют развитую поверхность и выполнены таким образом, что образуют продольные вентиляционные каналы, наличие которых обеспечивает интенсивное охлаждение вентилей.

Соединение генератора с блоком регулирования, защиты и управления БРЗУ-4В и другими элементами системы электропитания осуществляется через штепсельный разъем, а генератора с приводом – посредством стяжного хомута.

В генераторе применены шарикоподшипники закрытого исполнения с консистентной смазкой, обеспечивающие работоспособность генератора без дополнительного обслуживания до первого планового ремонта.

Для обеспечения развозбуждения генератора в аварийном режиме, а также сигнализации о включении и выключении генератора от бортовой сети на выводах обмотки якоря основного генератора установлены два чувствительных элемента 4, представляющих собой токовые насыщающиеся трансформаторы.

Для автоматического отсоединения вала генератора от вала привода при разрушении шарикоподшипника генератора в конструкции генератора предусмотрена расцепная муфта. Отказ шарикоподшипника вызывает смещение ротора относительно статора. При зацеплении ротора о статор и последующем закорачивании обмотки якоря основного генератора срабатывает блок БРЗУ-4В и формирует сигнал на включение расцепной муфты.

Расцепная муфта состоит из ведущей 22 и ведомой 21 муфт. В рабочем состоянии с ведущей муфтой. При этом на штоке расцепителя 15 видна кольцевая проточка, окрашенная в желтый цвет.

После поступления на электромагнит 12 электрического сигнала о расцеплении шток электромагнита 13 сталкивает собачку 17 с упора 16 и сектор штока 15 под действием пружины 18 входит в зацепление с упорной резьбой, вращающейся ведомой муфты 21.

Благодаря продолжающемуся вращению ведомой муфты, ее торцевые зубья выходят из зацепления с торцевыми зубьями ведущей муфты 22. Ведущая муфта продолжает вращаться вместе с приводом, а вал генератора останавливается. Включить ведомую муфту можно лишь при неподвижной ведущей муфте. Для этого шток 15 следует вывести в исходное положение до отказа, в котором его снова будет удерживать защелкивающий механизм. Эта операция выполняется вручную путем приложения осевого усилия к штоку через петлю 14.

Рис. 14. Принципиальная электрическая схема ГСР-20БК

Принцип действия ГСР-20БК

Принцип действия рассмотрим по принципиальной электрической схеме, представленной на рис. 14. При вращении генератора под действием магнитного поля постоянных магнитов ПМ в обмотке якоря подвозбудителя (ОЯП) 20 наводится переменная ЭДС. Переменный ток, возникающий в цепи ОЯП, выпрямляется блоком регулирования, защиты и управления и подается в обмотку возбуждения возбудителя (ОВВ) 7.

Под действием магнитного поля, возбужденного током ОВВ, в обмотке якоря возбудителя (ОЯВ) 5 наводится переменная ЭДС. Переменный ток, возникающий в цепи ОЯВ, выпрямляется блоком вращающихся диодов 8 (VD1…VD6) и подается в обмотку возбуждения основного генератора (ОВГ) 9. Под действием магнитного поля индуктора основного генератора в обмотке якоря генератора (ОЯГ) 11 наводится переменная ЭДС. Переменный ток, возникающий в цепи ОЯГ, выпрямляется блоком силовых диодов 3 (VD7…VD18). Когда напряжение генератора достигает 15…17 В, рабочая обмотка подвозбудителя ОЯП отключается, и генератор продолжает работать в режиме самовозбуждения.

Чувствительные элементы (Э1, Э2) 4 служат для выдачи сигнала в блок БРЗУ-4В для обеспечения развозбуждения генератора в аварийном режиме, а также сигнализации о включении и выключении от бортовой сети. Работа генератора с блоком БРЗУ-4В описана в руководстве по технической эксплуатации БРЗУ-4В.

Вывод: генераторы постоянного тока являются основными источниками тока на летательном аппарате, стартеры-генераторы служат для запуска двигателя ВС. В настоящее время коллекторные генераторы постоянного тока заменяются бесколлекторными.

Последнее изменение этой страницы: 2017-01-24; Нарушение авторского права страницы

Общие технические характеристики синхронного генератора

Принцип действия любого генератора основан на явлении электромагнитной индукции, который заключается в появлении ЭДС (Вольт)на концах проводника при движении его в магнитном поле или магнитного поля относительно проводника. В описании конструкции синхронных генераторов часто используются термины: обмотка индуктора, обмотка якоря, ротор, статор.

Принято считать, что обмотка индуктора создает постоянное магнитное поле при протекании тока в её катушках. В обмотке якоря наводится ЭДС (Вольт)при движении полюсов индуктора. Ротор и статор это подвижная и не подвижная части машины соответственно. Конструкция генератора БГ такова, что магнитное поле создается обмоткой индуктора, расположенной на роторе при протекании электрического тока в ней, а ЭДС (напряжение)появляется в обмотке якоря, расположенной на статоре, при вращении ротора, см. Рис 1. Таким образом, генератор БГ будет преобразовывать механическую энергию первичного двигателя (дизельный, бензиновый, или иной)в электрическую энергию, при условии соединения валов двигателя и генератора. Устройство же обмотки якоря таково, что она может формировать трехфазное или однофазное напряжение генератора (исходя из её конструкции и назначения генератора).

Частота электрического тока определяется величиной скорости вращения ротора и количеством полюсов обмотки индуктора. Так, у 4-х полюсной машины при скорости вращения ротора 1500 об/мин эта частота всегда равна 50-ти Герцам (Гц). Соответственно, для получения частоты 60 Гц скорость вращения этой машины должна быть 1800 об/мин.
Кроме описанной выше конструкции синхронного генератора, имеется так называемое «обращенное» исполнение см. Рис. 2. В «обращенном» исполнении обмотка индуктора размешена на неподвижной части, а на подвижной части размещена обмотка якоря. Такое исполнение имеет возбудитель генераторов БГ. Обе конструкции равнозначны по приведенным параметрам и принципу действия.

Устройство генераторов синхронных серии БГ

Исторически сложилось так, что наибольшее распространение получили генераторы в конструктивном исполнении по Рис. 1 – с неподвижной обмоткой якоря. В этом случае передача постоянного электрического тока во вращающуюся обмотку индуктора, выполняется с помощью скользящих контактов: контактные кольца – меднографитовые «щётки».

Способ передачи электрического тока во вращающуюся обмотку индуктора в синхронных генераторах без использования скользящих контактов считается в мировой практике наиболее надежным, а при эксплуатации экономически более выгодным. Генераторы, в которых применяется такой способ, стали называть -«бес щеточные синхронные генераторы» или «синхронные генераторы с бесконтактным возбуждением». В генераторах серии БГ применяется бесконтактное возбуждение.

Устройство генератора БГ

Генератор состоит из собственно генератора и системы автоматического регулирования напряжения (АРН). Собственно генератор состоит из синхронного генератора и синхронного возбудителя обращенного исполнения. Исполнение генераторов фланцевое, защищенное с самовентиляцией, горизонтальное. По способу монтажа исполнение возможно в двух вариантах:
– двух опорное – на двух подшипниках с одним свободным концом вала,
– одноопорное – с одним подшипниковым узлом и диском для соединения с валом приводного двигателя.

Направление вращения генератора правое или левое, если смотреть со стороны привода. Указывается стрелкой. Станина стальная сварная. Генератор выполнен на подшипниках качения. Смазка подшипников консистентная. Подшипниковые щиты выполнены стальными сварными. Сердечник якоря набран из изолированных листов электротехнической стали, запрессован в станину и закреплен от поворота и осевого смещения. Обмотка якоря генератора имеет два варианта исполнения:
– на генераторах до 100 кВт включительно всыпная двухслойная,
– на генераторах свыше 100 кВт выполнена из жестких катушек.

Обмотка соединена в звезду и имеет четыре вывода: три фазных и один нулевой, которые подведены к контактным болтам доски зажимов трансформатора силового. Подвод внешних силовых кабелей предусмотрен через штуцеры. Ротор генератора явнополюсный, состоит из полюсного сердечника индуктора с катушками обмотки возбуждения и демпферной обмотки. Сердечник индуктора шихтованный, набран из цельноштампованных четырехполюсных листов электротехнической стали. Катушки обмотки возбуждения индуктора выполнены из изолированного провода, наматываемого непосредственно на сердечник. Выводные концы обмотки индуктора присоединены к контактным болтам вращающегося выпрямителя. Демпферная обмотка выполнена из круглых стержней, установленных в пазы полюсных башмаков. Концы стержней каждого полюса припаяны тугоплавким припоем к медным листам. Вентилятор центробежный, выполненный литым из алюминиевого сплава для генераторов до 100 кВт включительно, или стальным клепаным для генераторов свыше 100 кВт. Вентиляция аксиально-вытяжная, выполняется центробежным вентилятором. Забор воздуха производится через окна в колпаке со стороны возбудителя. Затем поток воздуха разделяется на две части: одна часть потока охлаждает лобовые части обмотки и сердечник статора, другая, проходя между полюсами ротора, – обмотку возбуждения генератора. Выбрасывается воздух вентилятором через окна со стороны привода.

Возбудитель генератора

Синхронный возбудитель состоит из индуктора, якоря и вращающегося выпрямителя. Индуктор возбудителя состоит из сердечника, выполненного из листов электротехнической стали, и обмотки возбуждения. Индуктор запрессован в станину генератора – для генераторов до 100 кВт, включительно, и в подшипниковый щит – для генераторов свыше 100 кВт. Для обеспечения самовозбуждения генератора в пазах полюсов сердечника индуктора установлены постоянные магниты. Якорь возбудителя выполнен из сердечника, набранного из листов электротехнической стали. Для генераторов свыше 100 кВт сердечник залит в остов из сплава алюминия. Обмотка якоря всыпная двухслойная, уложена в пазы сердечника. Выводы обмотки соединены в звезду и подключены к зажимным болтам вращающегося выпрямителя. Якорь установлен на валу генератора. Вращающийся выпрямитель состоит из изоляционного кольца, на котором смонтирован выпрямительный мост и закреплен на балансировочном кольце для генераторов до 100 кВт и в остове якоря для генераторов свыше 100 кВт.

Устройство системы автоматического регулирования напряжения (АРН)

Система АРН конструктивно выполнена в виде блока питания, расположенного на площадке, сверху станины генератора. АРН состоит из трансформатора силового, корректора напряжения, усилителя, трансформатора питания корректора, трансформатора параллельной работы, выпрямителя питания корректора, блока отсечки и резисторов. Сверху система АРН закрыта колпаком.

Все генераторы имеют современную бесщеточная систему возбуждения, автоматическое регулирование напряжения. В зависимости от желания заказчика, генераторы комплектуются встроенным или выносным блоком управления, коммутационной аппаратурой, соединительной муфтой и переходным фланцем для сопряжения с двигателем заказчика. Генераторы изготавливаются в различном климатическом исполнении, в т.ч. тропики и север. Различные монтажные формы исполнения позволяют разместить генератор наиболее удобно для заказчика. Общее количество модификаций по формам исполнения, категориям размещения, частоте тока и напряжению на каждую машину достигает в среднем 35. Кроме того, по желанию покупателя, предприятие проводит изменение конструкции генераторов по ТЗ заказчика.

Условные обозначения генератора БГ

БГ 315-4у2, БГ 16-2у3
БГ- бесщеточный генератор;
315 – мощность генератора;
4 – количество полюсов;
У – климатическое исполнение;
2 – категория размещения.

Генераторы синхронные бесконтактные БГ-315, БГ-200, БГ-160, БГ-120, БГ-100, БГ-75, БГ-60, БГ-30, БГ-16, БГ-8

Предназначены для работы в составе стационарных, передвижных, а также судовых электростанций на судах морского (речного) флота в качестве источника трехфазного тока частоты 50 Гц (60 Гц по желанию заказчика). Режим работы продолжительный, характер работы: одиночный, параллельно с промышленной сетью или с другими генераторами. Степень защиты JP 22.Форма исполнения по способу монтажа IM1001,IM2101, M2403, M2503, M2401, M2501.

В режиме холостого хода допускается прямой пуск асинхронного двигателя мощностью 70% номинальной мощности генератора.

Классы МПК: F02C7/06 размещение опор; смазка
Автор(ы): Волокитина Елена Владимировна (RU) , Власов Андрей Иванович (RU) , Ерохин Денис Викторович (RU) , Москвин Евгений Владимирович (RU) , Никитин Владимир Владимирович (RU)
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Электропривод" (RU)
Приоритеты:
ПОДЕЛИТЬСЯ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here