RU2394339C1 - Modular universal electric machine by belashov - Google Patents
Modular universal electric machine by belashov Download PDFInfo
- Publication number
- RU2394339C1 RU2394339C1 RU2009125717/09A RU2009125717A RU2394339C1 RU 2394339 C1 RU2394339 C1 RU 2394339C1 RU 2009125717/09 A RU2009125717/09 A RU 2009125717/09A RU 2009125717 A RU2009125717 A RU 2009125717A RU 2394339 C1 RU2394339 C1 RU 2394339C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- rotor
- sensor
- control
- electric machine
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 8
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003466 welding Methods 0.000 abstract description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 abstract description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 230000005292 diamagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000005298 paramagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 239000012925 reference material Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K23/00—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
- H02K23/54—Disc armature motors or generators
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к конструкциям универсальных электрических машин модульного типа, и предназначено для использования в любых отраслях народного хозяйства в качестве генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, скоростной или низкооборотной машины постоянного тока, однофазного или многофазного двигателя переменного тока, сварочного аппарата переменного или постоянного тока, измерительного устройства, преобразователя напряжения и тока, стабилизатора напряжения и может быть применено в военных целях.The invention relates to the field of electrical engineering, namely to the designs of universal electric machines of a modular type, and is intended for use in any sectors of the national economy as a direct current generator, single-phase or multiphase alternating current generator, high-speed or low-speed direct current machine, single-phase or multiphase alternating motor current, AC or DC welding machine, measuring device, voltage and current transducer, stabilizer voltage and can be used for military purposes.
Известен коллектор Белашова, содержащий диэлектрическую втулку с замкнутыми между собой контактными пластинами, которые электрически связаны с контактными кольцами, электронным коммутатором, проводящими ток щетками и разъемным соединением. Смотрите патент Российской Федерации № 2073296, Кл. H02K 13/14, 27/22 - аналог.Known Belashov collector containing a dielectric sleeve with interconnected contact plates that are electrically connected to the contact rings, an electronic switch, conductive brushes and detachable connection. See the patent of the Russian Federation No. 2073296, Cl. H02K 13/14, 27/22 - analog.
Известен генератор Белашова, содержащий индуктор, снабженный постоянными магнитами, которые взаимодействуют с многовитковыми обмотками немагнитного якоря, способного одновременно вырабатывать несколько эдс различного рода. Модульная конструкция генератора состоит из идентичных узлов и взаимозаменяемых деталей. Смотрите патент Российской Федерации №2025871, Кл. H02K 21/00 - аналог.A well-known Belashov generator containing an inductor equipped with permanent magnets that interact with multi-turn windings of a non-magnetic armature capable of simultaneously generating several emfs of various kinds. The modular design of the generator consists of identical assemblies and interchangeable parts. See the patent of the Russian Federation No. 2025871, Cl.
Известна универсальная электрическая машина Белашова, содержащая корпус с четным или нечетным количеством модулей, каждый модуль включает в себя ротор с магнитными системами и магнитопроводами, статор с многовитковыми обмотками, замкнутый коллектор с контактными пластинами, проводящие ток щетки, электронный коммутатор, систему автоматического слежения и регулирования, элементы качения или скольжения. Смотрите патент Российской Федерации №2118036, Кл. H02K 23/54 - аналог.A well-known universal electric Belashov machine containing a housing with an even or odd number of modules, each module includes a rotor with magnetic systems and magnetic circuits, a stator with multi-turn windings, a closed collector with contact plates, conductive brush currents, an electronic switch, an automatic tracking and regulation system , elements of rolling or sliding. See the patent of the Russian Federation No. 2118036, Cl. H02K 23/54 - analog.
Известна универсальная электрическая машина Балашова, содержащая корпус с четным или нечетным количеством модулей. Каждый модуль включает в себя ротор с магнитными системами и магнитопроводами, статор с многовитковыми обмотками, замкнутый коллектор с контактными пластинами, проводящие ток щетки, электронный коммутатор, систему автоматического слежения и регулирования, систему теплообмена, элементы качения или скольжения. Смотрите патент Российской Федерации, №2218651 Кл. H02K 23/54, 27/02 - прототип.Known universal electrical machine Balashov, comprising a housing with an even or odd number of modules. Each module includes a rotor with magnetic systems and magnetic circuits, a stator with multi-turn windings, a closed collector with contact plates, conducting brush currents, an electronic switch, an automatic tracking and control system, a heat exchange system, rolling or sliding elements. See the patent of the Russian Federation, No. 2218651 Cl.
Цель изобретения - повысить кпд, надежность и безопасность модульных универсальных электрических машин. Расширить функциональные возможности и область применения универсальных электрических машин модульного типа. Обеспечить полный контроль отдельных модулей электрической машины, работающих от различных источников неизвестного напряжения. Дополнительно применить в системе автоматического слежения и регулирования интеллектуальный блок. Расширить функциональные возможности съемного коллектора и использовать его работу не только в динамическом, но и статическом режиме. Упростить и усовершенствовать технологию изготовления и ремонта электрических машин модульного типа, имеющих полную взаимозаменяемость всех узлов и деталей. Добиться того, чтобы сам потребитель, из необходимого количества отдельных модулей, сумел собрать машину заданной мощности, заданного напряжения и заданного количества оборотов.The purpose of the invention is to improve the efficiency, reliability and safety of modular universal electric machines. To expand the functionality and scope of universal electric machines of a modular type. Provide full control of the individual modules of the electric machine, operating from various sources of unknown voltage. Additionally, use an intelligent block in the automatic tracking and regulation system. To expand the functionality of the removable collector and use its work not only in dynamic but also in static mode. To simplify and improve the technology for the manufacture and repair of electric machines of a modular type, having complete interchangeability of all components and parts. To ensure that the consumer himself, from the required number of individual modules, is able to assemble a machine of a given power, a given voltage and a given number of revolutions.
Сущность технического решения состоит в том, что модульная универсальная электрическая машина содержит корпус с четным и нечетным количеством модулей. Каждый модуль включает в себя съемный вал, связанный через соединительный элемент с опорной втулкой, на которой установлен ротор с магнитными системами и магнитопроводами. Магнитные системы взаимодействуют со множеством многовитковых обмоток статора, имеющего замкнутый коллектор с контактными пластинами, электронный коммутатор и проводящие ток щетки, которые электрически связаны с системой автоматического слежения и регулирования. В системе автоматического слежения и регулирования дополнительно содержится интеллектуальный блок, включающий систему входных измерительных устройств, которые установлены внутри статора. Система входных измерительных устройств выполнена в виде датчика Холла, датчика частоты, датчика индуктивности, датчика напряжения, датчика тока и датчика температуры. Измерительные устройства взаимодействуют с компараторами, регулятором чувствительности и пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором, имеющим блок питания, интегратор и логические устройства, которые формируют сигналы управления, поступающие на выходные устройства объекта регулирования. Выходные устройства размещены внутри колодки подвода и отвода напряжения, имеющие транзисторные или симисторные оптопары, связанные с исполнительным реле. Сигналы управления поступают на коммутатор, а через адаптер интерфейса связи на персональный компьютер, который включает систему регистрации данных, систему диагностики и контроля, систему автоматического слежения и регулирования за технологическим процессом, систему коррекции, программирования и защиту настроек. На внешнем основании опорной втулки, через соединительный элемент, установлен неподвижный и подвижный диск ротора с торцевыми фиксирующими средствами, которые через элементы крепления взаимодействуют со стойками ротора. Опорный элемент качения или скольжения находится на подвижном диске ротора и взаимодействует со статором, который неподвижно установлен между стойкой статора, втулкой статора и прижимной планкой. Причем количество рядов многовитковых обмоток должно соответствовать количеству рядов магнитных систем ротора, а многовитковые обмотки статора и магнитные системы ротора должны иметь заданное угловое смещение.The essence of the technical solution lies in the fact that the modular universal electric machine contains a housing with an even and odd number of modules. Each module includes a removable shaft connected through a connecting element to a support sleeve, on which a rotor with magnetic systems and magnetic circuits is mounted. Magnetic systems interact with a multitude of multi-turn stator windings having a closed collector with contact plates, an electronic switch and current-conducting brushes that are electrically connected to the automatic tracking and regulation system. The system of automatic tracking and regulation additionally contains an intelligent unit that includes a system of input measuring devices that are installed inside the stator. The system of input measuring devices is made in the form of a Hall sensor, a frequency sensor, an inductance sensor, a voltage sensor, a current sensor and a temperature sensor. The measuring devices interact with comparators, a sensitivity controller, and a proportional-integral-differential controller having a power supply unit, an integrator, and logic devices that generate control signals arriving at the output devices of the control object. The output devices are placed inside the voltage supply and removal pads, having transistor or triac optocouplers connected to the executive relay. Control signals are sent to the switch, and through the adapter of the communication interface to a personal computer, which includes a data recording system, a diagnostic and control system, an automatic tracking and control system for the technological process, a correction system, programming and settings protection. On the external base of the support sleeve, through the connecting element, a fixed and movable rotor disk with end fixing means, which through the fastening elements interact with the rotor racks, is installed. The supporting element of rolling or sliding is located on the movable disk of the rotor and interacts with the stator, which is fixedly installed between the stator strut, the stator bushing and the pressure bar. Moreover, the number of rows of multi-turn windings should correspond to the number of rows of magnetic systems of the rotor, and multi-turn stator windings and magnetic systems of the rotor must have a given angular displacement.
На фиг.1 изображен общий вид модульной универсальной электрической машины.Figure 1 shows a General view of a modular universal electric machine.
На фиг.2 изображен разрез А-А модульной универсальной электрической машины.Figure 2 shows a section aa of a modular universal electric machine.
На фиг.3 изображен разрез Б-Б модульной универсальной электрической машины.Figure 3 shows a section bB of a modular universal electric machine.
На фиг.4 изображена функциональная схема интеллектуального блока системы автоматического слежения и регулирования модульной универсальной электрической машины.Figure 4 shows a functional diagram of an intelligent block system for automatic tracking and regulation of a modular universal electric machine.
На фиг.5 изображена принципиальная электрическая схема модульной универсальной электрической машины, работающей в качестве генератора для ветряных установок и мини-ГЭС.Figure 5 shows a circuit diagram of a modular universal electric machine operating as a generator for wind turbines and mini-hydroelectric power stations.
На фиг.6 изображена принципиальная электрическая схема одного модуля универсальной электрической машины, работающей, при помощи съемного коллектора, от солнечных фотоэлементов.Figure 6 shows a schematic electrical diagram of one module of a universal electric machine, operating, using a removable collector, from solar cells.
Модульная универсальная электрическая машина, фиг.1, содержит четное или нечетное количество идентичных модулей 1. Каждый модуль имеет подставку 2, имеющую крепежные отверстия 3, колодку для подвода и отвода напряжения 4 и съемный вал 5. После комплектации необходимого количества модулей 1 присоединяется боковая крышка 6 и боковая крышка 7 при помощи элементов крепления 8. Боковая крышка 6, фиг.2, при помощи элементов качения или скольжения 9 взаимодействует со съемным валом 5 и связана с корпусом 10. Съемный вал через соединительный элемент 11 взаимодействует с опорной втулкой 12. На внешнем основании опорной втулки, через соединительный элемент 13, установлен неподвижный диск ротора 14. Неподвижный диск ротора через элементы крепления 15 связан со стойкой ротора 16. Подвижный диск ротора 17 через элементы крепления 18 связан со стойкой ротора 19, а через соединительный элемент 20 взаимодействует с внешним основанием опорной втулки 12. Неподвижный диск ротора 14 и подвижный диск ротора 17 содержат дополнительное торцевое фиксирующее средство 21. Опорный элемент качения или скольжения 22 находится на подвижном диске ротора 17 и взаимодействует со статором 23. Статор неподвижно установлен между стойкой статора 24, втулкой статора 25 и прижимной планкой 26. Прижимная планка фиксирует статор 23 при помощи элементов крепления 27. Верхняя часть статора закреплена к корпусу 10 при помощи элементов крепления 28 и вставки корпуса 29. На стойках ротора 16 и 19 размещен, как минимум, один ряд магнитной системы, состоящей из магнитопровода 30, включающего стойки 31 и магниты 32, укрепленного в сепарирующей вставке 33, и магнитопровода 34, включающего стойки 35 и магниты 36, укрепленного в сепарирующей вставке 37. Магнитопровод 30 с магнитами 32 и магнитопровод 34 с магнитами 36 взаимодействуют между собой. Статор 23 содержит, как минимум, один ряд многовитковых обмоток 38, имеющих параллельное, последовательное или смешанное соединение проводников. Многовитковые обмотки установлены в диамагнитном корпусе и электрически связаны с системой автоматического слежения и регулирования 39. В систему автоматического слежения и регулирования дополнительно включен интеллектуальный блок 40, элементы которого размещены внутри статора 23 и внутри колодки для подвода и отвода напряжения 4. Причем количество рядов многовитковых обмоток должно соответствовать количеству рядов магнитных систем ротора. Многовитковые обмотки статора и магнитные системы ротора должны иметь заданное угловое смещение. Между боковой крышкой 6 и корпусом 10 размещено уплотнительное соединение 41, а между модулями установлены уплотнительные соединения 42. Данные типы модулей предназначены для использования в качестве однофазных или многофазных генераторов переменного тока, имеющих заданный угол смещения фаз. Для плавного пуска и надежной работы модульной универсальной электрической машины, фиг.3, используемой в качестве скоростной или низкооборотной машины постоянного и переменного тока, необходимо дополнительно внести в конструкцию стоек ротора 16 и 19 второй ряд магнитных систем, состоящих из магнитопровода 43, включающего стойки 44 и магниты 45, укрепленного в сепарирующей вставке 33, и магнитопровода 45, включающего стойки 46 и магниты 47, укрепленного в сепарирующей вставке 37. Магнитопровод 43 с магнитами 45 и магнитопровод 45 с магнитами 47 взаимодействуют между собой. Притом, количество рядов магнитных систем ротора может быть ограничено только размерами самого модуля. Боковая крышка 7 при помощи элементов качения или скольжения 48 взаимодействует с промежуточной втулкой 49, а через уплотнительное соединение 50 с вставкой корпуса 29, где между уплотнительными соединениями модулей размещена фиксирующая вставка 51. Замкнутый коллектор 52 установлен на диэлектрическом основании 53 и жестко закреплен к вставке корпуса 29 при помощи элементов крепления 54. Множество контактных пластин 55 замкнутого коллектора установлены внутри диэлектрической втулки 56 и электрически связаны через проводники, которые расположены в проводящем канале 58, с интеллектуальным блоком 40, системы автоматического слежения и регулирования 39, а также с множеством многовитковых обмоток первого ряда 38 и множеством многовитковых обмоток второго ряда. Контактные пластины замкнутого коллектора 52 взаимодействуют со щеточным механизмом 59, имеющим юстировочное устройство 60. Щеточный механизм выполнен в виде подпружиненной щетки 61, которая взаимодействует с множеством контактных пластин 55, подпружиненная щетка 62 взаимодействует с токосъемным кольцом 63, а подпружиненная щетка 64 взаимодействует с токосъемным кольцом 65. Подпружиненные щетки установлены в диэлектрическом корпусе 66. Интеллектуальный блок 40 системы автоматического слежения и регулирования 39, фиг.4, содержит систему входных измерительных устройств, выполненных в виде датчика Холла 67, съемного коллектора 68, датчика частоты 69, датчика индуктивности 70, датчика напряжения 71, датчика тока 72, датчика температуры 73, которые предназначены для преобразования измеренной величины в аналоговый сигнал тока 4…20 мА. Далее измеренная величина от системы входных измерительных устройств поступает на двухпозиционные регуляторы (компараторы) 74, 75, 76, 77, 78, 79, которые сравнивают значение измеренной величины с эталонной и поддерживают контролируемую величину на заданном уровне. Регулятор чувствительности 80 служит для первоначальной настройки диапазона работы измерительных устройств и в дальнейшем позволяет изменять чувствительность каждого входного устройства. Для обеспечения высокой точности управления и регулирования любых технических процессов используется наиболее эффективный и распространенный - (ПИД) пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор 81, включающий блок питания 82, интегратор 83 для интегрирования функций, заданных аналитически, и логические устройства (ЛУ) 84, работающие в одном из трех режимов, как двухпозиционный регулятор, аналоговый П-регулятор или измеритель-регистратор, которые в соответствии с заданными пользователем параметрами формируют сигналы управления 85, поступающие на выходные устройства 86, объекта регулирования 87. Объектом регулирования в модульной универсальной электрической машине служат ее отдельные модули или обмотки статора, у которых регулируется какая-либо одна физическая величина или несколько физических величин одновременно.The modular universal electric machine, figure 1, contains an even or odd number of
К выходным устройствам ключевого типа относятся:Key type output devices include:
- электромагнитное реле;- electromagnetic relay;
- транзисторная оптопара;- transistor optocoupler;
- симисторная оптопара.- triac optocoupler.
Выходное устройство ключевого типа используется для управления (включения/выключения) нагрузкой либо непосредственно, или через более мощные управляющие элементы, такие как пускатели, твердотельные реле, тиристоры или симисторы. Электрический сигнал из пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора 81 поступает на коммутатор 88 - устройство для изменения направления, переключения электрического тока на адаптер интерфейса связи 89 персонального компьютера 90, имеющего:A key type output device is used to control (turn on / off) the load either directly or through more powerful control elements such as starters, solid state relays, thyristors or triacs. The electrical signal from the proportional-integral-
- систему регистрации данных 91,-
- систему диагностики и контроля 92,- system of diagnostics and
- систему автоматического регулирования технологическим процессом 93,- automatic
- систему коррекции, программирования и защиту настроек 94.- system of correction, programming and protection of
Контроль температуры обмоток универсальной электрической машины осуществляется по сигналам внутреннего датчика резисторного типа 73, установленного внутри статора 23. Параметры срабатывания и отпускания защиты по температуре вводятся пользователем в прибор при программировании. При превышении заданной температуры срабатывания термозащиты осуществляется немедленное отключение электрической машины и сигнализация о возникновении аварийной ситуации.The temperature control of the windings of a universal electric machine is carried out according to the signals of an internal sensor of the resistor type 73 installed inside the
Для контроля номинального напряжения в многовитковых обмотках однофазного или многофазного статора 23, установленного потребителем, необходимо включить средства, обеспечивающие его регулировку, зону допустимого отклонения, время задержки срабатывания аварийного отключения электрической машины и время задержки его включения.To control the rated voltage in the multi-turn windings of a single-phase or
Организация интерфейса связи, интеллектуального блока 40, с персональным компьютером 89 осуществляется специальными приборами, подключенными через адаптер интерфейса или преобразователь интерфейсов (в виде токовой петли RS-232), способных регистрировать данные на ЭВМ, устанавливать конфигурацию прибора с компьютера и производить процесс сбора данных обо всех подключенных устройствах, отображение результатов этого опроса, а также сохраненных пользователей значений в файлы протокола.The organization of the communication interface, the
При эксплуатации модульной универсальной электрической машины в качестве генератора постоянного или переменного тока возникает необходимость изменять конструктивную величину данного устройства, в частности это относится к независимым модулям, которые можно во время работы машины соединять последовательно или параллельно, а при использовании системы возбуждения, изготовленной из электромагнитов, включать или отключать основные или дополнительные магнитные системы ротора.When operating a modular universal electric machine as a direct or alternating current generator, it becomes necessary to change the design value of this device, in particular this applies to independent modules that can be connected in series or in parallel during operation of the machine, and when using an excitation system made of electromagnets, enable or disable primary or secondary rotor magnetic systems.
Работает модульная универсальная электрическая машина в качестве генератора для ветряных установок и мини-ГЭС следующим образом.A modular universal electric machine operates as a generator for wind turbines and mini-hydroelectric power stations as follows.
После начала вращения вала 5, от лопастей ветряного двигателя или турбины мини-ГЭС, на обмотках модулей низкооборотного генератора 1, фиг.5, образуется ЭДС переменного тока и через выходные клеммы 95 и 96 отводится к потребителю. При медленном вращении вала ротора будет получаться минимальная ЭДС переменного тока. Для того чтобы увеличить ЭДС переменного тока, от модулей низкооборотного генератора их нужно соединить в выходном устройстве 86 последовательно, при помощи нормально замкнутых контактов 5КР1 и 6КР1 исполнительного реле Р1, поз.97. При увеличении количества оборотов на валу низкооборотного генератора происходит увеличение номинального напряжения на обмотках трех независимых модулей 1, соединенных последовательно. В соответствии с заданными условиями технической эксплуатации электрический сигнал от датчика напряжения 71, интеллектуального блока 40, расположенного внутри статора 23, поступает на компаратор 78. При помощи регулятора чувствительности 80 этот сигнал усиливается и дальше поступает в (ПИД) пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор 81, включающий блок питания 82, интегратор 83 для интегрирования функций, заданных аналитически, и логические устройства (ЛУ) 84, работающие в одном из трех режимов, как двухпозиционный регулятор, аналоговый П-регулятор или измеритель-регистратор, которые в соответствии с заданными пользователем параметрами формируют сигнал управления 85, поступающий на выходное устройство 86, имеющее транзисторную оптопару 98. В цепи оптопары установлено исполнительное реле Р1 поз.97. Чтобы избежать выхода из строя транзистора из-за большого тока самоиндукции параллельно обмотке реле Р1, необходимо устанавливать диод 99, расчитанный на напряжение не менее чем на 100 В и ток 1 А. При срабатывании исполнительного реле Р1 выходного устройства 86 замыкаются контакты 1КР1, 2КР1, 3КР1, 4КР1 и размыкаются контакты 5КР1, 6КР1, что приводит к переключению модулей 100, 101 и 102, объекта регулирования 87, из последовательного соединения в параллельное соединение модулей и появлению на зажимах выходных клемм 95 и 96 измененных выходных параметров электрического генератора по току и напряжению.After the start of rotation of the
При эксплуатации отдельных модулей универсальной электрической машины в качестве скоростных или низкооборотных электрических машин также возникает необходимость изменять конструктивную величину данного устройства, в частности, это относится к многовитковым обмоткам статора, которые можно во время работы машины соединять последовательно или параллельно, а при использовании системы возбуждения, изготовленной из электромагнитов, включать или отключать основные или дополнительные магнитные системы ротора.When operating individual modules of a universal electric machine as high-speed or low-speed electric machines, it also becomes necessary to change the design value of this device, in particular, this applies to multi-turn stator windings, which can be connected in series or in parallel during operation of the machine, and when using an excitation system, made of electromagnets, enable or disable the primary or secondary magnetic systems of the rotor.
На фиг.6 изображена принципиальная электрическая схема одного модуля универсальной электрической машины, работающей, при помощи съемного коллектора, от солнечных фотоэлементов.Figure 6 shows a schematic electrical diagram of one module of a universal electric machine, operating, using a removable collector, from solar cells.
Например, в утреннее и вечернее время, когда активность солнца минимальна, и вырабатывание электрической энергии от солнечных фотоэлементов будет ограничена, низкооборотную электрическую машину, работающую от солнечных фотоэлементов, которая предназначена для поливочных систем капельным методом, запустить почти невозможно из-за того, что внутреннее сопротивление многовитковых обмоток статора 23 рассчитано на определенный режим работы 12 Вольт. При изменении конструктивной величины многовитковых обмоток статора, соединив их параллельно, уменьшается его внутреннее сопротивление, после этого модуль низкооборотной электрической машины можно свободно запускать от 1-2 Вольта, при этом нагрузка на валу ротора должна регулироваться интеллектуальным модулем 40, системы автоматического слежения и регулирования 39.For example, in the morning and evening, when the activity of the sun is minimal, and the generation of electrical energy from solar cells will be limited, a low-speed electric machine powered by solar cells, which is designed for drip irrigation systems, is almost impossible to start due to the fact that the internal the resistance of the
Работает модуль универсальной электрической машины при помощи съемного коллектора 68 от солнечных фотоэлементов следующим образом.The module of the universal electric machine works using a
После подачи постоянного напряжения, от солнечных фотоэлементов, на выходные клеммы 95 и 96, которые электрически связаны со съемным коллектором 68, начинает вращаться вал 5 низкооборотного модуля универсальной электрической машины 1. Так как в утреннее и вечернее время солнечная активность минимально, то при помощи интеллектуального модуля 40 системы автоматического слежения и регулирования 39 нужно в выходном устройстве 86 множество многовитковых обмоток 103, 104 и 105, при помощи нормально замкнутых контактов 1КР1, 2КР1, 3КР1 и 4КР1 исполнительного реле Р1, поз.97 соединить параллельно. При таком соединении модуль низкооборотной электрической машины свободно запускается от 1-2 Вольт. При увеличении солнечной активности будет увеличиваться напряжение электрического сигнала, поступающего от датчиков напряжения 71, интеллектуального блока 40, который поступает на компаратор 78. При помощи регулятора чувствительности 80 этот сигнал усиливается и дальше поступает в (ПИД) пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор 81, включающий блок питания 82, интегратор 83 для интегрирования функций, заданных аналитически, и логические устройства (ЛУ) 84, работающие в одном из трех режимов, как двухпозиционный регулятор, аналоговый П-регулятор или измеритель-регистратор, которые в соответствии с заданными пользователем параметрами формируют сигнал управления 85, поступающий на выходное устройство 86, имеющее транзисторную оптопару 98. В цепи оптопары установлено исполнительное реле Р1 поз.97. Чтобы избежать выхода из строя транзистора из-за большого тока самоиндукции параллельно обмотке реле Р1, необходимо устанавливать диод 99, рассчитанный на напряжение не менее чем на 100 В и ток 1 А. При срабатывании исполнительного реле Р1 выходного устройства 86 замыкаются контакты 5КР1, 6КР1 и размыкаются контакты 1КР1, 2КР1, 3КР1, 4КР1, что приводит к переключению многовитковых обмоток статора 103, 104 и 105 из параллельного соединения в последовательное соединение и появлению на валу 5 низкооборотного модуля универсальной электрической машины 1 измененных выходных параметров.After applying a constant voltage from the solar photocells to the
Замкнутый съемный коллектор можно заменить датчиком Холла при вращении модульных универсальных электрических машин.A closed removable manifold can be replaced with a Hall sensor when rotating modular universal electrical machines.
Работает модуль универсальной электрической машины при помощи съемного коллектора 68 от переменного тока любого количества фаз следующим образом.The module of the universal electric machine works using a
Модуль универсальной электрической машины, укомплектованный системой возбуждения, состоящей из электромагнитов, работает от источника переменного напряжения любого количества фаз. Работа модуля универсальной электрической машины от источника переменного напряжения напоминает работу машины от источника постоянного тока. Разница в том, что каждый положительный полупериод синусоидального напряжения поочередно проходит через контактные пластины 55 замкнутого коллектора 52, подпряженные щетки 61, рабочие многовитковые обмотки первого ряда 38 и второго ряда 57 и электромагниты системы возбуждения ротора первого и второго ряда.The universal electric machine module, equipped with an excitation system consisting of electromagnets, works from an alternating voltage source of any number of phases. The operation of the universal electric machine module from an alternating voltage source resembles the operation of a machine from a direct current source. The difference is that each positive half-cycle of the sinusoidal voltage alternately passes through the
Причем каждый модуль универсальной электрической машины может быть выполнен в виде генератора, вырабатывающего ЭДС различного рода, генератора переменного тока, имеющего четное или нечетное количество фаз, генератора постоянного тока, двигателя переменного тока, имеющего четное или нечетное количество фаз, скоростной или низкооборотной машины постоянного тока, сварочного аппарата постоянного или переменного тока, измерительного устройства, преобразователя напряжения и тока, стабилизатора напряжения. Каждый модуль универсальной электрической машины может содержать четное или нечетное количество статоров и роторов в одном корпусе. Система возбуждения модуля универсальной электрической машины может быть выполнена из постоянных магнитов, электромагнитов или их совместным сочетанием и содержать четное или нечетное количество магнитных полюсов и магнитопроводов. Система возбуждения может быть закрыта диамагнитными вставками и расположена на статоре или роторе. Если универсальная электрическая машина будет иметь электромагнитное возбуждение, тогда многовитковые обмотки системы возбуждения могут содержать параллельное, последовательное или смешанное электрическое соединение. Ротор, статор и статический съемный коллектор каждого модуля содержат систему теплообмена. На больших скоростях универсальной электрической машины электронный коммутатор может быть выполнен на транзисторах или тиристорах. Замкнутый коллектор может управляться от независимого источника напряжения и иметь в своей конструкции электронный коммутатор. Система автоматического слежения и регулирования, содержащая интеллектуальный модуль, может быть выполнена отдельным блоком. Модульные универсальные электрические машины хорошо регулируется по напряжению и по току. Исходя из первого закона Белашова в области формирования и измерения электрических сигналов постоянного тока, который гласит, что максимальная форма сигнала постоянного тока, в замкнутой цепи, будет прямо пропорциональна максимальной геометрической форме сигнала постоянного тока, у которого амплитуда сигнала не меняет свои характеристики во времени, всегда выше, чем у электрических машин обмотки, которых работают по сигналу переменного тока или третьего закона Белашова. Исходя из третьего закона Белашова, в области формирования и измерения электрических сигналов переменного тока, эффективное значение разнообразных форм сигнала переменного тока, в замкнутой цепи, прямо пропорционально геометрической форме сигнала переменного тока и обратно пропорционально времени его прохождения. Смотрите законы и формулы Белашова в патенте Российской Федерации №2175807, которые поясняют, почему модульные универсальные электрические машины Белашова отличаются от обычных электрических машин постоянного и переменного тока.Moreover, each module of a universal electric machine can be made in the form of a generator generating various types of EMF, an alternating current generator having an even or odd number of phases, a direct current generator, an alternating current motor having an even or odd number of phases, a high-speed or low-speed direct current machine welding machine of direct or alternating current, measuring device, voltage and current converter, voltage stabilizer. Each module of a universal electric machine may contain an even or odd number of stators and rotors in one housing. The excitation system of the module of a universal electric machine can be made of permanent magnets, electromagnets, or a combination thereof and contain an even or odd number of magnetic poles and magnetic circuits. The excitation system can be closed by diamagnetic inserts and located on the stator or rotor. If the universal electric machine will have electromagnetic excitation, then the multi-turn windings of the excitation system may contain a parallel, series or mixed electrical connection. The rotor, stator and static removable collector of each module contain a heat exchange system. At high speeds of the universal electric machine, the electronic switch can be made on transistors or thyristors. A closed collector can be controlled from an independent voltage source and have an electronic switch in its design. An automatic tracking and control system comprising an intelligent module may be implemented as a separate unit. Modular universal electric machines are well regulated by voltage and current. Based on Belashov’s first law in the field of formation and measurement of direct current electric signals, which states that the maximum shape of a direct current signal, in a closed circuit, will be directly proportional to the maximum geometric shape of a direct current signal, in which the signal amplitude does not change its characteristics over time, always higher than that of electric machines, windings that operate on an alternating current signal or Belashov’s third law. Based on Belashov’s third law, in the field of formation and measurement of AC electric signals, the effective value of various forms of an AC signal in a closed circuit is directly proportional to the geometric shape of the AC signal and inversely proportional to its transit time. See Belashov’s laws and formulas in the patent of the Russian Federation No. 2175807, which explains why Belashov’s modular universal electric machines are different from ordinary DC and AC electric machines.
Модульные универсальные электрические машины, имеющие статор из диамагнитного (диэлектрического) материала, обладают большими преимуществами перед электрическими машинами, у которых статор выполнен из парамагнитного (ферромагнитного) материала, а именно:Modular universal electric machines having a stator made of diamagnetic (dielectric) material have great advantages over electric machines in which the stator is made of paramagnetic (ferromagnetic) material, namely:
- Имеют хорошее охлаждение.- Have good cooling.
- Имеют надежное сопротивление изоляции многовитковых обмоток.- Have reliable insulation resistance of multi-turn windings.
- Имеют не только синусоидальный сигнал переменного тока, но и прямоугольный сигнал импульсного напряжения и тока.- They have not only a sinusoidal AC signal, but also a rectangular pulse voltage and current signal.
- Имеют в системе автоматического слежения и регулирования интеллектуальный блок, который способен изменять параметры машины в процессе ее работы.- They have an intelligent unit in the automatic tracking and regulation system that can change the parameters of the machine during its operation.
- Могут работать без замкнутого коллектора.- They can work without a closed collector.
- Могут легко регулироваться по току и напряжению.- Can be easily adjusted for current and voltage.
- Могут автоматически определять ЭДС поступающего сигнала.- Can automatically detect the emf of the incoming signal.
- Могут быть изготовлены от нескольких Вт до множества сотен кВт.- Can be manufactured from a few watts to many hundreds of kW.
- Могут одновременно выдавать ЭДС постоянного и ЭДС переменного тока любого количества фаз.- They can simultaneously emit DC and EMF of alternating current of any number of phases.
- Могут иметь порог чувствительности менее одного Вольта.- May have a sensitivity threshold of less than one Volt.
- Могут вращаться со скоростью меньше одного оборота в минуту.- They can rotate at a speed of less than one revolution per minute.
- Могут работать от одного или нескольких независимых источников различного напряжения и тока, а в южных странах от энергии солнечных батарей.- They can work from one or several independent sources of different voltage and current, and in southern countries from solar energy.
- Нет потерь на гистерезис.- No hysteresis loss.
- Нет потерь на вихревые токи.- No eddy current loss.
- Нет потерь на реактивное сопротивление якоря.- There is no loss of reactance of the armature.
Изобретение позволяет создать в энергетике новое направление модульных, экономичных, энергосберегающих, универсальных электрических машин, способных самостоятельно определять поступающий ток, напряжение и работать от любого неизвестного потребителю источника напряжения или тока. Каждый модуль универсальной электрической машины может быть использован в качестве машины постоянного тока, однофазного или многофазного двигателя переменного тока, генератора постоянного тока, однофазного или многофазного генератора переменного тока, сварочного аппарата переменного или постоянного тока, преобразователя напряжения или тока или измерительного устройства, необходимого количества. При этом сам потребитель может из отдельных модулей собрать машину заданной мощности, заданного напряжения и заданного количества оборотов.The invention allows to create in the energy sector a new direction of modular, economical, energy-saving, universal electric machines capable of independently determining the incoming current, voltage and working from any voltage or current source unknown to the consumer. Each module of a universal electric machine can be used as a direct current machine, a single-phase or multiphase alternating current motor, a direct current generator, a single-phase or multiphase alternating current generator, an alternating or direct current welding machine, a voltage or current converter or a measuring device of the required quantity. At the same time, the consumer himself can assemble a machine of a given power, a given voltage and a given number of revolutions from individual modules.
Источники информацииInformation sources
1. Книга "Единицы физических величин и их размерность", автор Л.А.Сена, Москва: "Наука", Главная редакция физико-математической литературы, 1988 год.1. The book "Units of Physical Quantities and Their Dimension", by L. A. Sena, Moscow: "Science", Main Edition of Physics and Mathematics, 1988.
2. Книга "Физика, справочные материалы", автор О.Ф.Кабардин, Москва: "Просвещение", 1988 год.2. The book "Physics, Reference Materials", by O. F. Kabardin, Moscow: "Enlightenment", 1988.
3. Книга "Электротехника с основами промышленной электроники", автор В.Е.Китаев и Л.С.Шляпинтох, Москва: "Высшая школа", 1973 год.3. The book "Electrical Engineering with the Basics of Industrial Electronics", author V.E.Kitaev and L.S. Shlyapintokh, Moscow: "Higher School", 1973.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125717/09A RU2394339C1 (en) | 2009-07-08 | 2009-07-08 | Modular universal electric machine by belashov |
| PCT/RU2010/000310 WO2011005146A1 (en) | 2009-07-08 | 2010-06-11 | Modular universal electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009125717/09A RU2394339C1 (en) | 2009-07-08 | 2009-07-08 | Modular universal electric machine by belashov |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2394339C1 true RU2394339C1 (en) | 2010-07-10 |
Family
ID=42684771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009125717/09A RU2394339C1 (en) | 2009-07-08 | 2009-07-08 | Modular universal electric machine by belashov |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2394339C1 (en) |
| WO (1) | WO2011005146A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU186110U1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-01-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind generator |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3745219B1 (en) * | 2019-05-28 | 2023-07-05 | ABB Schweiz AG | Commissioning and condition monitoring of industrial processes using a wireless sensing device |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3217283A1 (en) * | 1982-05-07 | 1983-11-10 | Papst-Motoren GmbH & Co KG, 7742 St Georgen | DC commutator machine |
| US4763037A (en) * | 1986-02-15 | 1988-08-09 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Flat motor having a stationary magnet |
| RU2025871C1 (en) * | 1991-08-05 | 1994-12-30 | Алексей Николаевич Белашов | Generator |
| RU2073296C1 (en) * | 1992-08-25 | 1997-02-10 | Алексей Николаевич Белашов | Belashov's commutator |
| RU2118036C1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-08-20 | Алексей Николаевич Белашов | Multipurpose electrical machine |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2218651C2 (en) * | 2000-10-18 | 2003-12-10 | Белашов Алексей Николаевич | Universal electrical machine |
-
2009
- 2009-07-08 RU RU2009125717/09A patent/RU2394339C1/en not_active IP Right Cessation
-
2010
- 2010-06-11 WO PCT/RU2010/000310 patent/WO2011005146A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3217283A1 (en) * | 1982-05-07 | 1983-11-10 | Papst-Motoren GmbH & Co KG, 7742 St Georgen | DC commutator machine |
| US4763037A (en) * | 1986-02-15 | 1988-08-09 | Aisin Seiki Kabushiki Kaisha | Flat motor having a stationary magnet |
| RU2025871C1 (en) * | 1991-08-05 | 1994-12-30 | Алексей Николаевич Белашов | Generator |
| RU2073296C1 (en) * | 1992-08-25 | 1997-02-10 | Алексей Николаевич Белашов | Belashov's commutator |
| RU2118036C1 (en) * | 1996-11-18 | 1998-08-20 | Алексей Николаевич Белашов | Multipurpose electrical machine |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU186110U1 (en) * | 2018-04-13 | 2019-01-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | Wind generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011005146A1 (en) | 2011-01-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lavi et al. | Induction motor speed control with static inverter in the rotor | |
| Ruviaro et al. | Analysis and test results of a brushless doubly fed induction machine with rotary transformer | |
| Jiao et al. | Design and control strategy of a two-phase brushless exciter for three-stage starter/generator | |
| Gurumurthy et al. | Apportioning and mitigation of losses in a Flywheel Energy Storage system | |
| Singh et al. | Analysis and development of a low-cost permanent magnet brushless DC motor drive for PV-array fed water pumping system | |
| RU2394339C1 (en) | Modular universal electric machine by belashov | |
| CN104038004A (en) | Alternator for power generation system | |
| RU99186U1 (en) | TEST STAND FOR ASYNCHRONOUS TRACTION ELECTRIC MOTOR | |
| RU2118036C1 (en) | Multipurpose electrical machine | |
| Tian et al. | Condition monitoring of rotating diodes in synchronous machines through the exciter stray flux analysis | |
| EP1381149B9 (en) | Starting of switched reluctance generators | |
| RU2601952C1 (en) | Axial controlled contactless engine-generator | |
| RU2130682C1 (en) | Universal commutatorless electrical machine | |
| Syukri et al. | Analysis of the effect of capacitors on the voltage generated by a 3-phase induction generator | |
| Alam et al. | Single phase automatic voltage regulator design for synchronous generator | |
| RU2200960C2 (en) | Facility testing ac brushless electric machines | |
| US20040164695A1 (en) | Electrodynamic machines and components therefor and methods of making and using same | |
| US20040164701A1 (en) | Electrodynamic machines and components therefor and methods of making and using same | |
| US20250330101A1 (en) | Solid-state electromagnetic induction power generation system | |
| Diga et al. | Considerations on the command and analysis of the low speed permanent magnet synchronous machines operating | |
| Das et al. | Design and Development of a Brushless Direct Current Motor | |
| Fares et al. | Performance Analysis of a Self-Excited Induction Generator Under Unbalanced Load | |
| Blázquez et al. | Design and construction of a laboratory bench system for the teaching and training of engineers on diagnostics of permanent magnet motors | |
| Abi Narwastu et al. | Analysis of Squirrel Cage Induction Machine in Motoring and Generating Operation | |
| Brinovar et al. | Measurement systems for determining the characteristics of electrical machines |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110709 |