Аксиальный управляемый бесконтактный двигатель-генератор

Аксиальный управляемый бесконтактный двигатель-генератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока, и предназначено для преобразования механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока высокого качества, а также для преобразования электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращения с регулируемой частотой вращения и может быть использовано, например, для запуска двигателей внутреннего сгорания автомобилей и авиационных двигателей, а также для генерирования электрической энергии для нужд бортовой электрической сети автомобилей, летательных аппаратов и других локальных подвижных объектов.

Известен стартер-генератор радиальной конструкции (Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. - М.: Транспорт, 1995. - 303 с.), являющийся по существу двигателем-генератором, содержащим коллекторный двигатель постоянного тока, механическую передачу и генератор переменного тока с выпрямителем и обмоткой возбуждения на роторе, присоединенной через контактные кольца к устройству регулирования напряжения генератора, и механически подсоединенный к валу двигателя внутреннего сгорания через ременную передачу. Ротор коллекторного двигателя в двигательном режиме работы стартера-генератора механически соединен с маховиком вала двигателя внутреннего сгорания.

Однако технология изготовления такого двигателя-генератора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статора и ротора, необходимости выполнения обмоточных работ внутри цилиндрического статора, а качество вырабатываемой таким генератором электрической энергии постоянного тока недостаточно высоко из-за высокого коэффициента пульсации выпрямленного напряжения. Кроме того, стоимость такого генератора велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке. Недостатком такого двигателя-генератора является также наличие подвижных контактов - щеточно-коллекторного узла и контактных колец - что снижает надежность работы электрической машины в целом, увеличивает потери энергии, усложняет конструкцию.

Известны синхронные двигатели [Макаричев Ю.А. Синхронные машины, Самарский государственный технический университет, Самара 2010, с. 164], оснащенные устройством асинхронного запуска, содержащим стержни пусковой короткозамкнутой обмотки в пазах полюсных наконечников ротора. Такое устройство может быть использовано для запуска аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора, так как ротор аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора и ротор синхронной машины имеют общий признак - многополюсный постоянный магнит, с помощью которого осуществляется подвозбуждение индуктора в генераторном режиме.

Однако при запуске двигателя-генератора посредством такого устройства имеется недостаток, заключающийся в возникновении опасных электрических, механических и тепловых перегрузок из-за большой величины пускового тока в обмотке статора. Пусковой ток по величине превышает в 5-7 раз номинальное значение и создает большую нагрузку на сеть.

Другими недостатками известного устройства асинхронного запуска являются отсутствие возможности с его помощью регулировать частоту вращения ротора электрической машины при ее работе в двигательном режиме и отсутствие возможности регулировать выходное напряжение электрической машины при ее работе в генераторном режиме работы.

Прототипом изобретения является аксиальный бесконтактный двигатель-генератор (пат. РФ №2529210, авторы Гайтов Б.Х., Кашин Я.М. и др.), содержащий корпус, в котором установлены блок управления, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря дополнительного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого установлены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с датчиками положения ротора, состоящими из постоянного магнита и сигнальной обмотки каждый, причем постоянные магниты датчиков положения ротора закреплены на постоянном аксиальном многополюсном магните индуктора подвозбудителя по внешнему радиусу, а сигнальные обмотки датчиков положения ротора установлены на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов датчиков положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждая сигнальная обмотка закреплена на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудалена от соседних сигнальных обмоток, при этом вал ротора закреплен в подшипниковых узлах и жестко связан с постоянным аксиальным многополюсным магнитом индуктора подвозбудителя и с внутренним аксиальным магнитопроводом посредством дисков.

Однако в описании прототипа не указано соотношение числа фаз многофазных обмоток якоря основного генератора и якоря дополнительного генератора, однако это имеет существенное значение. Не указано также соотношение количества полюсов постоянного многополюсного магнита и количества полюсов создаваемого однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, однако это имеет существенное значение. В общем случае момент и длительность подачи стартового импульса в обмотку якоря зависят от количества фаз обмотки якоря и от количества полюсов индуктора.

Поэтому если число фаз многофазных обмоток якоря основного генератора и якоря дополнительного генератора, выполняющих в двигательном режиме роли индукторов, будет различным, а также различным будет количество полюсов постоянного аксиального многополюсного магнита индуктора подвозбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, то для управления двигателем-генератором в двигательном режиме стартовые импульсы от блока управления на многофазные обмотки якоря основного генератора и якоря дополнительного генератора необходимо подавать с разной частотой, следовательно, для каждого индуктора нужны будут свои датчики положения ротора и соответственно отдельные схемы управления, что в целом усложняет двигатель-генератор, ухудшает его массогабаритные показатели и ввиду увеличения количества элементов снижает надежность.

Кроме того, в описании прототипа не описано устройство и принцип действия блока управления. Предположительно в качестве такого блока может быть использован регулятор напряжения на магнитных усилителях [Зонтов В.М., Куприн Б.В. Системы электроснабжения летательных аппаратов, ВВИА им. Н.Е. Жуковского, Москва, 1988, с. 95-100], который содержит входное выпрямительное устройство, измерительный орган, два каскада магнитных усилителей, выходной выпрямитель, стабилизирующий трансформатор, регулируемые резисторы и другие элементы.

Однако такой регулятор напряжения может быть использован при работе с бесконтактным генератором переменного тока с вращающимися выпрямителями только для регулирования выходного напряжения генератора, но управлять запуском и частотой вращения ротора электрической машины при ее работе в режиме двигателя с его помощью невозможно.

Кроме того, недостатком прототипа является невозможность с его помощью осуществлять суммирование электрической и механической энергии вращения с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Таким образом, выполнение одной аксиальной электрической машиной, принятой за прототип, трех функций: преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока высокого качества с регулированием (стабилизацией) выходного напряжения, преобразование электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращения с регулированием частоты вращения ротора, суммирование электрической энергии, поступающей от источника постоянного тока, с энергией, поступающей от источника механической энергии вращения, и выдача суммарной энергии в виде электрической энергии постоянного тока невозможно.

Задачей заявленного изобретения является создание аксиальной электрической машины, которая может работать в трех режимах: генераторном режиме, двигательном режиме и в режиме двухвходового генератора - аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора с блоком управления, позволяющим осуществлять регулирование выходного напряжения при работе в генераторном режиме, запуск и управление частотой вращения ротора при работе в двигательном режиме, суммирование электрической и механической энергии вращения с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию постоянного тока при работе в режиме двухвходового генератора.

Технический результат заявленного изобретения - обеспечение выполнения одной аксиальной электрической машиной трех функций: преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока высокого качества с регулированием (стабилизацией) выходного напряжения (генераторный режим), преобразование электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращения с регулированием частоты вращения ротора (двигательный режим), суммирование электрической энергии, поступающей от источника постоянного тока, с энергией, поступающей от источника механической энергии вращения, и выдача суммарной энергии в виде электрической энергии постоянного тока (режим двухвходового генератора), а также улучшение массогабаритных показателей и повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что в аксиальном управляемом бесконтактном двигателе-генераторе, содержащем корпус, в котором установлены блок управления, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря дополнительного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод с многофазной обмоткой якоря подвозбудителя, основной и дополнительной однофазными обмотками возбуждения возбудителя, и ротор, на валу которого установлены постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод с многофазной обмоткой якоря возбудителя и однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом постоянный аксиальный многополюсный магнит индуктора подвозбудителя выполнен с датчиками положения ротора, состоящими из постоянного магнита и сигнальной обмотки каждый, причем постоянные магниты датчиков положения ротора закреплены на постоянном аксиальном многополюсном магните индуктора подвозбудителя по внешнему радиусу, а сигнальные обмотки датчиков положения ротора установлены на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов датчиков положения ротора и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждая сигнальная обмотка закреплена на внутренней поверхности корпуса посредством штанги и равноудалена от соседних сигнальных обмоток, а вал ротора закреплен в подшипниковых узлах и жестко связан с постоянным аксиальным многополюсным магнитом индуктора подвозбудителя и с внутренним аксиальным магнитопроводом посредством дисков, при этом в блоке управления устанавливаются регулятор напряжения, регулятор частоты вращения ротора и переключатель режимов работы, к которому подключаются реле переключения многофазной обмотки якоря дополнительного генератора, реле переключения многофазной обмотки якоря основного генератора и реле переключения дополнительной однофазной обмотки возбуждения возбудителя, многофазные обмотки якоря основного генератора и якоря дополнительного генератора выполняются с одинаковым числом фаз и с возможностью подключения к соответствующему многофазному двухполупериодному выпрямителю, а постоянный аксиальный многополюсный магнит выполняется с количеством полюсов, равным количеству полюсов, создаваемому однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, при этом в блоке управления устанавливаются регулятор напряжения, регулятор частоты вращения ротора и переключатель режимов работы, к которому подключаются реле переключения многофазной обмотки якоря дополнительного генератора, реле переключения многофазной обмотки якоря основного генератора и реле переключения дополнительной однофазной обмотки возбуждения возбудителя, обеспечивающие переключение двигателя-генератора в режимы: генераторный, двигательный или двухвходового генератора.

Регулятор напряжения выполняется на однофазном магнитном усилителе, охваченном гибкой отрицательной обратной связью, включающей в себя стабилизирующий трансформатор тока, и трехфазном магнитном усилителе и содержит входное выпрямительное устройство, состоящее из понижающего трансформатора и входного трехфазного двухполупериодного выпрямителя, выполняемое с возможностью подключения к многофазной обмотке якоря основного генератора, измерительный орган, выполняемый по мостовой схеме и состоящий из стабилитронов, резисторов, включенных в плечи моста, и выносного регулировочного резистора, предназначенного для ручной настройки уровня выходного напряжения двигателя-генератора, при этом однофазный магнитный усилитель состоит из обмотки управления, рабочей, стабилизирующей и уравнительной обмоток, а трехфазный магнитный усилитель состоит из рабочих обмоток, короткозамкнутой демпферной обмотки, обеспечивающей подавление высокочастотных колебаний, возникающих при переходных процессах, обмотки смещения и обмотки управления, выходное выпрямительное устройство, последовательно соединенное с первичной обмоткой стабилизирующего трансформатора тока, выполняемое с возможностью подключения к однофазной дополнительной обмотке возбуждения возбудителя, дополнительное выпрямительное устройство, подключенное к обмотке смещения через регулировочный резистор и выполненное с возможностью подключения к многофазной обмотке якоря дополнительного генератора.

Регулятор частоты вращения ротора содержит блок сравнения, блок формирования пилообразного сигнала, подключаемый к первому входу блока сравнения, блок формирования управляющего сигнала, подключаемый ко второму входу блока сравнения, блоки формирования импульсов основного и дополнительного генераторов, выполняемые по количеству фаз многофазной обмотки якоря основного и многофазной обмотки якоря дополнительного генераторов и выполненные с возможностью подключения к многофазным обмоткам якоря основного и дополнительного генераторов, блок формирования импульсов возбудителя, выполняемый с возможностью подключения к дополнительной однофазной обмотке возбуждения возбудителя, преобразователь частота-напряжение, ко входу которого подключается сигнальная обмотка одного из датчиков положения ротора, и блок питания, обеспечивающий питание электронных элементов регулятора частоты вращения ротора напряжением низкого уровня, питание сигнальных обмоток датчиков положения ротора напряжением низкого уровня, а также подачу напряжения высокого уровня в блоки формирования импульсов основного и дополнительного генераторов, а также в блок формирования импульсов возбудителя на дополнительную однофазную обмотку возбуждения возбудителя и являющийся электрическим входом при работе двигателя-генератора в режиме двухвходового генератора.

В генераторном режиме работы многофазная обмотка якоря основного генератора через контакты реле переключения многофазной обмотки якоря основного генератора подключается к многофазному двухполупериодному выпрямителю основного генератора, с выхода которого снимается регулируемое напряжение, и к входному выпрямительному устройству регулятора напряжения, многофазная обмотка якоря дополнительного генератора через контакты реле переключения многофазной обмотки якоря дополнительного генератора подключается к многофазному выпрямителю дополнительного генератора, с выхода которого снимается нерегулируемое напряжение, и к дополнительному выпрямительному устройству регулятора напряжения, а дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя через контакты реле переключения дополнительной однофазной обмотки возбуждения возбудителя подключается к выходному выпрямительному устройству регулятора напряжения.

В двигательном режиме работы многофазная обмотка якоря основного генератора через контакты реле переключения многофазной обмотки якоря основного генератора подключается к блоку формирования импульсов основного и дополнительного генераторов регулятора частоты вращения ротора, многофазная обмотка якоря дополнительного генератора через контакты реле переключения многофазной обмотки якоря дополнительного генератора подключается к блоку формирования импульсов основного и дополнительного генераторов регулятора частоты вращения ротора, а дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя через контакты реле переключения дополнительной однофазной обмотки возбуждения возбудителя подключается к блоку формирования импульсов возбудителя регулятора частоты вращения ротора.

В режиме двухвходового генератора многофазная обмотка якоря основного генератора через контакты реле переключения многофазной обмотки якоря основного генератора подключается к многофазному двухполупериодному выпрямителю основного генератора и к входному выпрямительному устройству регулятора напряжения, многофазная обмотка якоря дополнительного генератора через контакты реле переключения многофазной обмотки якоря дополнительного генератора подключается к блоку формирования импульсов основного и дополнительного генераторов регулятора частоты вращения ротора, а дополнительная однофазная обмотка возбуждения возбудителя через контакты реле переключения дополнительной однофазной обмотки возбуждения возбудителя подключается к выходному выпрямительному устройству регулятора напряжения.

Предлагаемое изобретение, в отличие от прототипа, позволяет обеспечить возможность выполнения одной аксиальной электрической машиной трех функций: преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию постоянного тока высокого качества с регулированием (стабилизацией) выходного напряжения (генераторный режим), преобразование электрической энергии постоянного тока в механическую энергию вращения с регулированием частоты вращения ротора (двигательный режим), суммирование электрической энергии, поступающей от источника постоянного тока, с энергией, поступающей от источника механической энергии вращения, и выдача суммарной энергии в виде электрической энергии постоянного тока (режим двухвходового генератора).

Возникновение опасных электрических, механических и тепловых перегрузок из-за большой величины пускового тока в обмотке статора устраняется в предлагаемом изобретении тем, что схема управления запуском и частотой вращения ротора в двигательном режиме работы осуществляет плавный пуск без возникновения пускового тока большой величины в обмотках статора и не создает значительных нагрузок на сеть.

Возможность регулировать частоту вращения ротора электрической машины при ее работе в двигательном режиме и возможность регулировать выходное напряжение электрической машины при ее работе в генераторном режиме работы обеспечены благодаря предлагаемому в изобретении регулятору частоты вращения ротора и подключению к дополнительной обмотке возбуждения возбудителя, обмотке якоря основного генератора и обмотке якоря дополнительного генератора регулятора напряжения на магнитных усилителях. Регулятор частоты вращения и регулятор напряжения являются составными частями разработанного авторами блока управления предлагаемого аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора.

Возможность управлять запуском и частотой вращения ротора электрической машины при ее работе в двигательном режиме обеспечена благодаря разработанному авторами блоку управления с регулятором частоты вращения ротора, подключаемому в двигательном режиме к дополнительной обмотке возбуждения возбудителя, обмотке якоря основного генератора и обмотке якоря дополнительного генератора.

Возможность осуществлять суммирование электрической и механической энергии вращения с одновременным преобразованием полученной энергии в электрическую энергию постоянного тока обеспечивается благодаря установке в блок управления регулятора частоты вращения ротора, подключаемого в режиме двухвходового генератора к многофазной обмотке якоря дополнительного генератора, и регулятора напряжения, подключаемого в режиме двухвходового генератора к выводам дополнительной однофазной обмотки возбуждения возбудителя и к выходу выпрямителя, который соединяется с многофазной обмоткой якоря основного генератора.

Таким образом, при работе предлагаемого аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора в режиме двухвходового генератора путем одновременного осуществления регулирования частоты вращения ротора и регулирования выходного напряжения генератора устраняются вышеперечисленные недостатки известного аксиального бесконтактного двигателя-генератора с известным регулятором напряжения на магнитных усилителях.

Улучшение массогабаритных показателей и повышение надежности двигателя-генератора достигается тем, что многофазные обмотки якоря основного генератора и якоря дополнительного генератора выполняются с одинаковым числом фаз, а постоянный аксиальный многополюсный магнит выполняется с количеством полюсов, равным количеству полюсов, создаваемому однофазной обмоткой возбуждения основного генератора, благодаря чему уменьшается необходимое количество блоков формирования импульсов регулятора частоты вращения для управления двигателем-генератором в двигательном режиме.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора в разрезе и его сечение по плоскости, перпендикулярной оси вращения ротора и проходящей через оси симметрии постоянных магнитов датчика положения ротора; на фиг. 2 - электрическая схема предлагаемого аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора с блоком управления; на фиг. 3 - структурная схема блока управления, на фиг. 4 - электрическая схема предлагаемого аксиального управляемого бесконтактного двигателя-генератора с регулятором напряжения, на фиг. 5 - электрическая схема регулятора частоты вращения ротора, на фиг. 6 - выходная характеристика измерительного органа регулятора напряжения, на фиг. 7 - рабочие характеристики однофазного и трехфазного магнитных усилителей регулятора напряжения, на фиг. 8 - принцип формирования широтно-импульсной модуляции сигнала в регуляторе частоты вращения ротора, на фиг. 9 - принцип формирования сигнала на выходе регулятора частоты вращения ротора, на фиг. 10 - принцип формирования широтно-импульсной модуляции сигнала в регуляторе частоты вращения ротора при изменении частоты вращения ротора.

Аксиальный управляемый бесконтактный двигатель-генератор содержит (фиг. 1) корпус 1, в котором установлены блок управления 20, боковой аксиальный магнитопровод 10 с многофазной обмоткой 11 якоря основного генератора, боковой аксиальный магнитопровод 21 с многофазной обмоткой 22 якоря дополнительного генератора, внутренний аксиальный магнитопровод 3 с многофазной обмоткой 4 якоря подвозбудителя, основной однофазной обмоткой 5 возбуждения возбудителя и дополнительной однофазной обмоткой 6 возбуждения возбудителя, и ротор, на валу 12 которого установлены постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя и аксиальный вращающийся магнитопровод 7 с многофазной обмоткой 8 якоря возбудителя и однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора. Постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 индуктора подвозбудителя выполнен с датчиками положения ротора (ДПР), состоящими из постоянного магнита 23 и сигнальной обмотки 24 каждый, причем постоянные магниты 23 датчиков положения ротора закреплены на постоянном аксиальном многополюсном магните 2 индуктора подвозбудителя по его внешнему радиусу, а сигнальные обмотки 24 ДПР установлены на линии пересечения плоскости, проходящей через оси симметрии постоянных магнитов 23 ДПР и перпендикулярной оси вращения ротора, при этом каждая сигнальная обмотка 24 закреплена на внутренней поверхности корпуса 1 посредством штанги 26 и равноудалена от соседних сигнальных обмоток. Вал 12 ротора закреплен в подшипниковых узлах 13 и 14 и жестко связан с постоянным аксиальным многополюсным магнитом 2 индуктора подвозбудителя посредством диска 15 и с внутренним аксиальным магнитопроводом 7 посредством диска 16.

Многофазные обмотки 11 якоря основного генератора и 22 якоря дополнительного генератора выполнены с одинаковым числом фаз, а постоянный аксиальный многополюсный магнит 2 выполнен с количеством полюсов, равным количеству полюсов, создаваемому однофазной обмоткой 9 возбуждения основного генератора. В блоке управления 20 (фиг. 3) установлены регулятор напряжения 29, регулятор частоты вращения ротора 28 и переключатель режимов работы 27, к которому подключены реле 30 переключения многофазной обмотки 22 якоря дополнительного генератора, реле 31 переключения многофазной обмотки 11 якоря основного генератора и реле 32 переключения дополнительной однофазной обмотки 6 возбуждения возбудителя, обеспечивающие переключение двигателя-генератора в режимы: генераторный, двигательный или двухвходового генератора.

Блок управления 20 аксиальным управляемым бесконтактным двигателем-генератором содержит (фиг. 3) переключатель режимов работы 27, регулятор частоты вращения ротора 28, регулятор напряжения 29, реле 30 переключения многофазной обмотки 22 якоря дополнительного генератора, реле 31 переключения многофазной обмотки 11 якоря основного генератора, реле 32 переключения дополнительной однофазной обмотки 6 возбуждения возбудителя.

Регулятор напряжения 29 (фиг. 4) выполнен на однофазном магнитном усилителе 35, охваченном гибкой отрицательной обратной связью, включающей в себя стабилизирующий трансформатор тока (Т1) 38, и трехфазном магнитном усилителе (УM1) 36 и содержит входное выпрямительное устройство (ВУ) 33, состоящее из понижающего трансформатора (Т) 47 и входного трехфазного двухполупериодного выпрямителя 48 и выполненное с возможностью подключения к многофазной обмотке 11 якоря основного генератора, измерительный орган (ИО) 34, выполненный по мостовой схеме и состоящий из стабилитронов (V1) 53 и (V2) 54, резисторов (R2) 50 и (R3) 51, включенных в плечи моста, и выносного регулировочного резистора (R1) 49, предназначенного для ручной настройки уровня выходного напряжения U_1вых двигателя-генератора; при этом однофазный магнитный усилитель 35 состоит из обмотки управления (w_У1) 39, рабочей обмотки (w_Р1) 40, стабилизирующей обмотки (w_С) 43 и уравнительной обмотки (w_УР) 42; а трехфазный магнитный усилитель (второй каскад усиления) (УМ2) 36 состоит из рабочих обмоток (w_Р) 55, короткозамкнутой демпферной обмотки (w_Д) 46, обеспечивающей подавление высокочастотных колебаний, возникающих при переходных процессах, обмотки смещения (w_СМ) 44 и обмотки управления (w_У2) 41; выходное выпрямительное устройство (В1) 37, последовательно соединенное с первичной обмоткой стабилизирующего трансформатора тока 38, выполненное с возможностью подключения к дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, дополнительное выпрямительное устройство (В2) 45, подключенное к обмотке смещения 44 через регулировочный резистор (R4) 52 и имеющее возможность подключения к многофазной обмотке якоря 22 дополнительного генератора.

На фиг. 6 обозначено: Uвх - входное напряжение регулятора напряжения 29, Uвых - выходное напряжение регулятора напряжения 29, Ua - потенциал в точке a измерительного органа 34 (фиг. 4), Uб - потенциал в точке б измерительного органа 34 (фиг. 4), Uэ - эталонное напряжение, с которым сравнивается выходное напряжение генератора, Uo - опорное напряжение на выходе регулятора напряжения 29, относительно которого осуществляется регулирование выходное напряжение генератора.

Рабочим участком выходной характеристики Uвых=f(U_ВХ) измерительного органа 34 (фиг. 6) является ее участок 1-2.

К выходу измерительного органа 34 (точки а-б) подключена обмотка управления 39 однофазного магнитного усилителя 35, рабочая обмотка 40 которого включена в цепь питания трехфазного магнитного усилителя 36. Питание цепей управления рассматриваемой системы регулирования (обмотка управления 41, а также обмотка смещения 44) трехфазного магнитного усилителя 36 осуществляется от многофазной обмотки 22 якоря дополнительного генератора.

Нагрузкой трехфазного усилителя 36 является дополнительная однофазная обмотка 6 возбуждения возбудителя, подключаемая к усилителю 36 через выходное выпрямительное устройство 37 контактами реле 32.

Величина напряжения в обмотке смещения 44 настраивается регулировочным резистором 52. Магнитные усилители 35 и 36 выполнены для повышения их коэффициента усиления с положительной обратной связью.

Использование двух магнитных усилителей вместо одного позволяет получить высокий коэффициент усиления, равный произведению коэффициентов усиления последовательно включенных усилителей при незначительном увеличении постоянной времени регулятора напряжения 29, равной сумме постоянных времени этих усилителей.

Для улучшения динамических характеристик регулятора усилитель 35 охвачен гибкой отрицательной обратной связью по току возбуждения возбудителя, включающей в себя стабилизирующий трансформатор тока 38, первичная обмотка которого включена последовательно с дополнительной однофазной обмоткой 6 возбуждения возбудителя. К зажимам вторичной обмотки стабилизирующего трансформатора тока 38 подключена стабилизирующая обмотка 43 однофазного магнитного усилителя 35. Магнитодвижущая сила (МДС), создаваемая стабилизирующей обмоткой 43, при повышении величины тока в дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя размагничивает, а при его снижении намагничивает сердечники магнитного усилителя 35, осуществляя регулирование напряжения в дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя. Так как по стабилизирующей обмотке 43 ток протекает только во время переходных процессов, то ее действие не оказывает влияния на статическую ошибку системы регулирования напряжения. Для подавления высокочастотных колебаний, возникающих при переходных процессах, магнитный усилитель 36 содержит короткозамкнутую демпферную обмотку 46.

Регулятор частоты вращения ротора (РЧВ) 28 (фиг. 5) содержит блок сравнения (CP) 58, блок формирования пилообразного сигнала (ФПС) 56, подключенный к первому входу блока сравнения 58, блок формирования управляющего сигнала (ФУС) 57, подключенный ко второму входу блока сравнения 58, блоки формирования импульсов (ФИ) 59 основного и дополнительного генераторов, выполненные по количеству фаз многофазной обмотки 11 якоря основного и многофазной обмотки 22 якоря дополнительного генераторов (по одному блоку ФИ 59 для каждой фазы многофазной обмотки 22 якоря дополнительного генератора и многофазной обмотки 11 якоря основного генератора) и имеющие возможность подключения к многофазным обмоткам 11 и 22 якоря основного и, соответственно, дополнительного генераторов, блок формирования импульсов возбудителя (ФИдоп) 60, выполненный с возможностью подключения к дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, преобразователь «частота-напряжение» (ПЧН) 62, ко входу которого подключена сигнальная обмотка 24 одного из датчиков положения ротора, и блок питания (БП) 61, обеспечивающий питание электронных элементов РЧВ 28 напряжением низкого уровня, питание сигнальных обмоток 24 датчиков положения ротора напряжением низкого уровня, а также подачу напряжения высокого уровня в блоки ФИ 59 основного и дополнительного генераторов, а также в блок ФИдоп 60 возбудителя и являющийся электрическим входом при работе двигателя-генератора в режиме двухвходового генератора.

В состав CP 58 входит операционный усилитель (ОР4) 77. В состав блока ФПС 56 входят резисторы (R1) 63, (R2) 64, (R3) 65, (R4) 66, (R5) 67, конденсатор (С7) 74. В состав блока ФУС 57 входят резисторы (R6) 68, (R7) 69, (R8) 70, (R9) 71, (R10) 72 и операционный усилитель (ОР3) 76. В состав блоков ФИ 59 основного и дополнительного генераторов входят транзисторы (VT1) 78, (VT2) 79, (VT3) 80, (VT4) 81, (VT5) 82, (VT6) 83, (VT7) 84 и (VT8) 85. В состав ПЧН 62 входят резистор (R11) 73 и конденсатор (С3) 75.

Для работы регулятора частоты вращения ротора 28 необходимо питание двух уровней напряжения: низкий уровень - для обеспечения работы электронных компонентов схемы, в частности, транзисторов; высокий уровень - для обеспечения в дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, многофазной обмотке 11 якоря основного генератора и многофазной обмотке 22 якоря дополнительного генератора большой силы тока, при протекании которого возникает магнитный поток, участвующий в создании крутящего электромагнитного момента, приводящего в движение ротор двигателя-генератора. Необходимые уровни напряжения обеспечивает блок питания БП 61, который подключается к внешнему источнику электрической энергии с напряжением U_питРЧВ (фиг. 5).

На фиг. 7 приведены рабочие характеристики магнитных усилителей 35 и 36.

На фиг. 7 обозначено I_у20 - ток в рабочей обмотке 40,1 I_ВВ0 - ток в дополнительной однофазной обмотке 6 возбуждения возбудителя, F_y10 - МДС, создаваемая обмоткой управления 39, F_y20 - МДС, создаваемая обмоткой управления 41, F_СМ - МДС, создаваемая обмоткой смещения 44.

На фиг. 8 обозначено: U_выхФПС - сигнал на выходе блока формирования пилообразного сигнала 56, U_выхФУС - сигнал на выходе блока формирования управляющего сигнала 57, U_выхСР - сигнал на выходе блока сравнения 58.

На фиг. 9 обозначено: U_выхСР - сигнал на выходе блока сравнения 58, U_ДПР - сигнал на выходе сигнальной обмотки 24 ДПР, U_выхФИ - сигнал на выходе блока формирования импульсов 59.

На фиг. 10 обозначено: U_выхФПС - сигнал на выходе блока формирования пилообразного сигнала 56, U_выхФУС - сигнал на выходе блока формирования управляющего сигнала 57, U_выхСР - сигнал на выходе блока сравнения 58.

Аксиальный управляемый бесконтактный двигатель-генератор может работать в одном из трех режимах: в генераторном режиме, в двигательном режиме и в режиме двухвходового генератора. Переключатель режимов работы 27 имеет три положения, соответствующие каждому из перечисленных режимов работы.

Генераторный режим работы (фиг. 4). В генераторном режиме работы многофазная обмотка 11 якоря основного генератора через контакты реле 31 переключения многофазной обмотки 11 якоря основного генератора подключена к многофазному двухполупериодному выпрямителю 19 основного генератора, с выхода которого снимается регулируемое напряжение, и к входному выпрямительному устройству 33 регулятора напряжения 29, многофазная обмотка 22 якоря дополнительного генератора через контакты реле 30 переключения многофазной обмотки 22 якоря дополнительного генератора подключена к многофазному двухполупериодному выпрямителю 25 дополнительного генератора, с выхода которого снимается нерегулируемое напряжение, и к дополнительному выпрямительному устройству 45 регулятора напряжения 29, а дополнительная однофазная обмотка 6 возбуждения возбудителя через контакты реле 32 переключения дополнительной однофазной обмотки 6 возбуждения возбудителя подключена к выходному выпрямительному устройству 37 регулятора напряжения 29.

Для этого переключатель режимов работы 27 (фиг. 3) устанавливается в положение, соответствующее генераторному режиму работы. При этом у