Электропривод с многоякорным генератором
Формула / Реферат
1. Электропривод с многоякорным генератором, включающий двигатель внутреннего сгорания, редуктор, маховик, муфты, распределительное устройство, электродвигатель исполнительного механизма, центр управления электроприводов, отличающийся тем, что в неподвижную часть многоякорного генератора вмонтированы статоры и якоря, количество которых и компоновка определяются предназначением электрической машины и требованиями габаритно-массовых характеристик, а в силовую цепь электропривода встроен электродвигатель, обладающий способностью работы в режиме частичной рекуперации и самовращения.
2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что в качестве двигателя, обладающего способностью работы в режиме частичной рекуперации и самовращения, использован однофазный асинхронный двигатель.
3. Электропривод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вращающиеся якоря объединены единой кинематической схемой шестерен, приводящихся во вращение с одного вала, с жестко насаженным на него водилом через сателлиты, насаженные на концы валов якорей.
4. Электропривод по пп.1-3, отличающийся тем, что якоря объединены единой кинематической схемой клиноременных передач, приводящихся во вращение с одного вала с жестко насаженным на него шкивом-водилом, через шкивы, насаженные на концы валов якорей.
5. Электропривод по п.1-4, отличающийся тем, что якоря разделены на каскады и включены в раздельные, независимые энергосистемы.
6. Электропривод по пп.1-5, отличающийся тем, что группа якорей первого каскада независимой энергосистемы вырабатывает ток, который используется для питания электродвигателя, увеличивающего крутящий момент первичного двигателя внутреннего сгорания, соединяясь с ним центральным валом через фрикционные муфты в единую систему.
7. Электропривод по пп.1-6, отличающийся тем, что группа якорей второго каскада вырабатывает электроэнергию, которая может быть использована для придания движения транспортному средству в промышленности, сельском хозяйстве, общегражданской сфере как автономный источник электроэнергии.
Текст
011684 Изобретение относится к разряду автономных элекромеханических устройств и имеет в своей структуре электрический генератор с несколькими якорями. Электропривод предназначен для включения в конструктивную схему транспортных средств как независимый источник по выработке электроэнергии, которая используется для приведения в действие электродвигателя, передающего крутящий момент на исполнительные органы транспортного средства для обеспечения его движения. Электропривод может быть использован как автономный источник питания электроэнергией в промышленности, сельском хозяйстве и общегражданской сфере. Учитывая конструктивную особенность электропривода, можно рассчитывать на сущетвенное снижение уровня потребления природных источников энергии, таких как нефть, газ, уголь. Аналогичные работы проводились в бывшем СССР. В частности, известно устройство (патент СССР 828326, H02K 16/00, H02K1 7/02, 1979 г.) - многороторная электрическая машина, содержащая статоры с обмотками и размещенные в ней роторы, отличающаяся тем, что с целью расширения функциональных возможностей оси роторов размещены под углом одна к другой. Существует устройство электропривода (патент РФ 2104606 Н 02K 16/00, 51/00, 7/116, Н 02K 23/24,1998 г.). Электропривод содержит два соосных ротора переменного тока, установленных с возможностью вращения в противоположных направлениях. Имеется разработка многороторного генератора (патент РФ 2047258, H02K 16/00, 1991 г.). Электрический многороторный генератор, содержащий установленные с возможностью вращения относительно друг друга роторы с обмотками, отличается тем, что количество роторов равно четырем, роторы кинематически связаны друг с другом, размещены на стойках опор взаимно перпендикулярных плоскостях и закреплены на отдельных валах вращения, два ротора выполнены цилиндрическими и размещены по одной оси вращения, а два других ротора выполнены торцовыми и размещены на оси вращения перпендикулярной первой. Сущность изобретения заключается в том, что в силовую цепь электропривода встроен электродвигатель, обладающий способностью работы в режиме частичной рекуперации и самовращения. Электропривод со встроенным, объединенным единой кинематической схемой многоякорным, генератором, позволяющий за счет первого каскада якорей повысить мощность первичного двигателя внутреннего сгорания, а с якорей второго каскада снимать электроэнергию для обеспечения работы электродвигателя транспортного средства, а также промышленного оборудования, химических процессов, общегражданских нужд. На фиг. 1 показана схема электропривода, который включает в себя двигатель внутреннего сгорания малой мощности 1, редуктор 2, маховик 3, муфту 4, многоякорный генератор 5, распределительное устройство якорей второго каскада 6, муфту 7, электродвигатель усиления мощности первичного двигателя внутреннего сгорания 8, электродвигатель, передающий крутящий момент на исполнительные органы транспортного средства 9, центр управления электроприводом 10, источник питания (аккумуляторные батареи) 11, распределительное устройство первого каскада якорей 12. Многоякорный генератор показан на схеме фиг. 2. Он состоит из станина 13, корпуса 14, главных полюсов с обмотками возбуждения 15, якорей 16, которые образуют конструктивный ряд, показанный на фиг. 3, и включает в себя передний кожух 17, блок шестерен 18, передний подшипниковый ряд 19, ряд малых всасывающих вентиляторов 20, ряд статоров и якорей 21, коллекторный ряд 22, задний подшипниковый ряд 23, вентилятор нагнетательный 24, задний кожух 25, вал водило с передней и задней муфтой 26. На фиг. 4 показана кинематическая схема блока шестерен 18, позволяющая соединить многоякорный генератор в единую вращающуюся систему. Она состоит из шестерни водило 27 и сателлитов 28. Предложенная конструктивная схема генератора с расположенными якорями по кругу разработана применительно к транспортному средству грузоподъемностью 10 т и подкреплена расчетами суммарной мощности первичного двигателя для генератора в 225 кВт, расчетом маховика с требуемым моментом энергии и расчетом встроенного 25 кВт одноякорного генератора. В зависимости от предназначения и габаритно-массовых требований электропривод может компоноваться с двумя, тремя, четырьмя, пятью и т.д. якорями, которые соединяются кинематической системой зубчатых шестерен или ременных передач. Примеры такого соединение приведены на фиг. 5. Работа электропривода осуществляется в следующей последовательности. Двигатель внутреннего сгорания 1 через редуктор 2 раскручивает маховик 3, при этом одновременно от внешнего источника питания 11, на обмотке возбуждения главных полюсов 15, якорей первого каскада 29, соединение которых показано на фиг. 6, подается ток. При достижении маховиком 3 оборотов, достаточных для раскручивания блока якорей 18, включается муфта 4, через которую начинает вращаться вал водило 26, на котором насажена шестерня-водило 27, вращаясь вместе с валом 26, водило 27 начинает вращать сателлиты 28, которые жестко соединены с валом якоря 16. В результате вращения в обмотках якорей 16 первого каскада 29 индуктируется ЭДС. Выработанный ток поступает на коллектора коллекторного ряда 22, от которого отводится в распределительное устройство 12, через которое подается на электродвигатель 8,усиления мощности первичного двигателя 1. После достижения электродвигателем 8 максимальной-1 011684 мощности включается муфта 7, которая соединяет электродвигатель 8 с валом 26 водило, а через него с муфтой 4, которая соединена с маховиком 3. Таким образом, двигатель внутреннего сгорания 1 и электродвигатель 8 начинают работать в единой системе. По достижению устойчивой работы системы первичного двигателя на обмотке возбуждения главных полюсов 15, якорей второго каскада 30, параллельное соединение которых показано на фиг. 6, через распределительное устройство 12 подается ток. В результате в обмотках якорей второго каскада индуктируется ЭДС, которая подается на распределительный щит 6, а через него на исполнительный двигатель 9 транспортного устройства или может использоваться как источник электроэнергии в промышленности, сельском хозяйстве и общегражданском секторе. Электропривод управляется с единого центра 10. Система охлаждения многоякорного генератора построена по двухконтурному принципу. Первый контур - это нагнетательный вентилятор 24. Нагнетаемый вентилятором воздух через отверстие в заднем подшипниковом ряду 23 поступает в коллекторный ряд 22, омывает коллектор, протекает по оксиальным отверстиям в станине и якоре и охлаждает их. Для увеличения скорости воздушного потока имеется ряд всасывающих вентиляторов второго контура 18. Расчет первичного двигателя где Ne1 - номинальная эффективная мощность первичного двигателя;Kоб - для двигателей транспортного исполнения - 1,2;Kсткоэффициент, учитывающий снижение мощности - 1; Р 2 - мощность генератора номинальная - 225 кВт; Рв - мощность источника возбуждения - 15 кВт; 2 - коэффициент полезного действия генератора - 0,86; пер - коэффициент полезного действия передачи - 1; в - коэффициент полезного действия возбуждения - 0,91. Расчет маховика Требуемый расчетный момент энергии где Nel - номинальная эффективная мощность первичного двигателя;t - время, в течение которого поднимается необходимый уровень напряжения и выходной мощности в первичной сети (в секундах) - 7 с; 0 и 1 - угловые скорости вращения вала агрегата соответственно в начальный период и через tрад; 0 - начальная скорость вращения 2 с; 1 -скорость вращения через t=7 с 103 рад/с;- коэффициент, учитывающий общие механические потери агрегата и в генераторе . Определение массы и реального момента инерции J маховикаJ - реальный момент инерции маховика. Выбираем маховик с размерами-2 011684 Таким образом, полученное J соответствует требуемому расчетному моменту энергии. Расчет генератора Генератор проектируется в защищенном исполнении с аксиальной вытяжной вентиляцией, с центробежным радиальным вентилятором на валу. Охлаждающий воздух засасывается через жалюзи щитов со стороны коллектора, проходит двумя параллельными потоками между катушками полюсов и через аксиальные каналы коллектора и якоря и выбрасывается через решетку заднего подшипникового щита. Вентилятор стальной клапанный установлен на валу со стороны заднего подшипникового щита. Изоляция обмоток класса В. а) Выбор главных размеров: 1) PH=25 кВт, n=3000 об/мин, Д=8,3 см, Un=230 В. 2) Число пар полюсов путем подбора 2 Р=4, предварительное значение. 3) Вт=6000 гс, предварительная нагрузка якоря ампер на см i=100 а/см. 4) Расчетная мощность Р =krPH=1,0525=26,25 кВт,kr=1,05 по таблице. 5) Принимаем коэффициент полюсного покрытия =0,67. 6) Предварительное значение расчетной длины якоря 7) Полюсное деление якоря 8) Находим б) Обмотка якоря, число коллекторных пластин и пазов, размеры пазов и ярма якоря. 10) Предварительное значение тока якоря где KB=0,01 по таблице. 11) Число пазов якоря Берем 16 пазов 12) Зубцовое деление якоря. Принимаем Согласно условию принимаем 2 а=4 (т.е.простую петлевую обмотку). 14) Полное число проводников якоря 15) Выбираем число коллекторных пластин k. Выбираем вариант, при котором с=1 и Uk ср 16 В, Un=3, k=70. 16) Выбираем шаги обмотки якоряY1=UnY2=34=12 17) Определяем допустимую плотность тока обмотки якоря при изоляции класса В-3 011684 18) Поперечное сечение проводника обмотки якоря Выбираем эмалево-волокнистый провод АПБД диаметром 4,35 мм. Полное сечение эффективного провода 12,522=25,04 мм 2. 19) Предварительная высота паза hn=1,6. 20) Минимальная толщина зубцаKc - коэффициент заполнения шихтованного сердечника якоря. 21) Предварительная ширина паза 22) Предварительное значение ЭДС где B==0,866,51=5,59. 25) Расчетная высота ярма якоря 26) Тогда средний диаметр вола 27) Расчетное сечение ярма якоря в) Размеры коллектора, щетки 28) Диаметр коллектора 29) Коллекторное деление 30) Выбираем щетки ЭГ-4, электрографитированные, номинальная плотность тока а/см 2=12 а, максимальная окружная скорость 40 м/с, удельное нажатие Рц=0,15+0,2 кг/см 2, твердость по Шару 20-30 ед.,коэффициент трения Ктр при V-15 м/с-0,2, износ за 50 ч работы не более 0,25 мм, размер bщlщ=11,25 см 31) Перекрытие щеткой коллекторных делений 32) Суммарная площадь щеточного контакта 33) Выбираем количество щеток на щеточный болтNщ=2 р,Nщ=44=16. 35) Полная длина коллектора с учетом шахматного расположения щеток 38) Действительная длина полюсной дуги 39) Аксиальная длина полюса (полюс шихтованный) 40) Ширина сердечника полюса 0,98 - коэффициент заполнения сталью. 41) Сечение полюсного сердечника 42) Высота токовых концов полюсных наконечников 43) Высота полюсного сердечника по таблице hm=5 см. 44) Аксиальная длина ярма станины 45) Поперечное сечение ярма статора 47) Наружный диаметр станины д) Расчет магнитной цепи. Характеристика холостого хода. Переходная характеристика. 48) Магнитный поток якоря 50) Коэффициент воздушного зазора K=1. 51) Магнитное напряжение воздушных зазоров (на 2 полюса) 52) Величина индукции в зубце 53) Длина магнитной линии а) в спинке якоря б) в ярме 55) Поток рассеивания главных полюсов 57) Поток сердечника главного полюса 58) Магнитная индукция в сердечнике главного полюса 59) Магнитная напряженность сердечников главных полюсов 60) Магнитное напряжение в зазоре между ярмом станины и сердечником полюса 63) Намагничивающая сила на пару полюсов 64) Намагничивающая сила-6 011684 Данные расчета магнитной цепи генератора е) Расчет НС при нагрузке. Расчет обмоток возбуждения Шунтовая обмотка возбуждения рассчитывается так, чтобы обеспечить при холостом ходе номинальное напряжение 230 В, последовательная серисная обмотка выбирается с учетом того, чтобы при номинальном режиме работы ее действие компенсировало падение напряжения в цепи якоря и размагничивающее действие реакции якоря. Класс изоляции обмоток В. 64) Расчетное значение FM принимаем с запасом 15% 65) Средняя длина шунтовой обмотки щ=0,3 толщина изоляции сердечника полюса,bk=2 предварительно выбранная ширина катушки. 66) Сечение проводника шунтовой обмоткиK0=1,4 из таблицы, провода расчетный 0,31 мм. Выбираем провод ПЭТВЛОизоляцией 0,12 67) Наибольший ток шунтовой обмотки 68) Число витков шунтовой обмотки на полюс принимаем ш=600 витков. Катушку разбиваем на две части; в каждой половине принимаем по высоте 20 рядов, в каждом ряду 15 витков. 69) Сопротивление шунтовой обмотки при 20 С 71) Номинальный ток шунтовой обмотки 72) Сопротивление обмотки якоря при 20% при 75 С при 120 С 73) Электродвижущая сила якоря при номинальной нагрузке 74) Намагничивающая сила реакции якоря по переходным характеристикам при BH=8000 гс, величина bА=5,59100=559 а, из графика находим В 1=8000 гс; В 2=1900 гс ж) Потери и КПД. 75) Вес стали ярма якоря 76) Вес зубцов якоря 77) Частота перемагничивания стали якоря 79) Основные потери в стали зубцов ярма якоря 80) Поверхностные потери полюсных наконечников-8 011684 83) Механические потери щеточного контакта 84) Полные механические потери 85) Электрические потери в обмотке якоря при =75 86) Электрические потери в щеточном контакте 87) Электрические потери на возбуждение шунтовой обмотки 88) Добавочные потери при нагрузке 89) Полные потери генератора при номинальной нагрузке Тогда коэффициент полезного действия генератора при номинальной нагрузке з) Вентиляционный расчет. На генератор установлен вентилятор двухкаскадного типа, позволяющий за счет увеличения скорости воздушного потока повысить интенсивность охлаждения. Главный нагнетательный вентилятор установлен со стороны коллектора и нагнетает воздух через жалюзи подщибникова щита. Вспомогательный вентилятор всасывающий установлен на оси якоря с противоположной стороны и предназначен для увеличения скорости источения воздушного потока в аксиальных отверстиях якоря. 90) Вход воздуха через жалюзи подшипникового щита где 1=6110-3 для острых краев,S1=50103 м 2 - площадь входных окон. 91) Внезапное расширение над коллектором 92) Вход в пространство между полюсными катушками 94) Выход из межполосных окон 95) Вход в вентиляционные каналы коллекторной трубки 97) Выход из каналов коллекторной втулки-9 011684 98) Вход в аксиальные вентиляционные каналы якоря 100) Выход из вентиляционных каналов якоря 101) Проход через сетку выходного отверстия 102) Потеря скоростного напора при выходе воздуха в атмосферу 103) Суммарное сопротивление для струи воздуха, проходящей между полюсными катушками 104) Суммарное сопротивление для струи воздуха, проходящей через вентиляционные каналы якоря 105) Эквивалентное сопротивление вентиляционной системы 106) Полное сопротивление вентиляционной системы 107) Распределение струй воздуха по параллельным ветвям и) Расчет вентиляторов. 108) Малый всасывающий со скоростью вращения 3000 об/мин где Св=1100 Дж/градм 3 - удельная теплоемкость воздуха,в-20 С - допустимый подогрев воздуха. 109) Количество воздуха прогоняемого между катушками возбуждения 110) Количество воздуха по аксиальным каналам якоря 111) Принимаем наружный диаметр вентилятора Д 2=18 см. 112) Окружная скорость вентилятора 113) Максимальный расход воздуха 114) Требуемый напор, развиваемый вентилятором при работе 115) Требуемая окружная скорость на внутренней кромке лопаток 116) Внутренний диаметр малого вентилятора 117) Поперечное сечение для выхода воздуха на внешней кромке вентилятора 121) Большой нагнетательный вентилятор, насаженный на водило со стороны коллектора 123) Количество воздуха, прогоняемого по внешнему периметру охлаждения 124) Количество воздуха, прогоняемого по аксиальным каналам якорей 125) Наружный диаметр вентилятора 126) Окружная скорость вентилятора 127) Максимальный расход воздуха 128) Требуемый напор, развиваемый вентилятором при работе 129) Напор вентилятора при холостом ходе 130) Требуемая окружная скорость на внутренней кромке лопаток 131) Внутренний диаметр вентиляторного колеса 132) Поперечное сечение для выхода воздуха на внешней кромке вентилятора 134) Потребляемая мощность вентилятора и э=0,25- 11011684 135) Превышение температуры обмотки якоря над окружающим воздухом по таблице =63 С 136) Средняя температура нагрева обмотки якоря где в=20 С - подогрев окружающего воздуха,0=40 С - температура окружающего воздуха. 137) Превышение температуры сердечника якоря по таблице c=46. 138) Превышение температуры шунтовой обмотки Рш - потери в обмотке возбуждения. Из теплового расчета видно, что наиболее нагретой является обмотка якоря =63 С. 139) Следовательно, при предельном повышении температуры изоляции класса В, равной 80%, возможно увеличение тока длительной нагрузки до значения, приблизительно равного 140) Соответственно, номинальная мощность генератора может быть приблизительно принята ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электропривод с многоякорным генератором, включающий двигатель внутреннего сгорания, редуктор, маховик, муфты, распределительное устройство, электродвигатель исполнительного механизма,центр управления электроприводов, отличающийся тем, что в неподвижную часть многоякорного генератора вмонтированы статоры и якоря, количество которых и компоновка определяются предназначением электрической машины и требованиями габаритно-массовых характеристик, а в силовую цепь электропривода встроен электродвигатель, обладающий способностью работы в режиме частичной рекуперации и самовращения. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что в качестве двигателя, обладающего способностью работы в режиме частичной рекуперации и самовращения, использован однофазный асинхронный двигатель. 3. Электропривод по пп.1 и 2, отличающийся тем, что вращающиеся якоря объединены единой кинематической схемой шестерен, приводящихся во вращение с одного вала, с жестко насаженным на него водилом через сателлиты, насаженные на концы валов якорей. 4. Электропривод по пп.1-3, отличающийся тем, что якоря объединены единой кинематической схемой клиноременных передач, приводящихся во вращение с одного вала с жестко насаженным на него шкивом-водилом, через шкивы, насаженные на концы валов якорей. 5. Электропривод по п.1-4, отличающийся тем, что якоря разделены на каскады и включены в раздельные, независимые энергосистемы. 6. Электропривод по пп.1-5, отличающийся тем, что группа якорей первого каскада независимой энергосистемы вырабатывает ток, который используется для питания электродвигателя, увеличивающего крутящий момент первичного двигателя внутреннего сгорания, соединяясь с ним центральным валом через фрикционные муфты в единую систему. 7. Электропривод по пп.1-6, отличающийся тем, что группа якорей второго каскада вырабатывает электроэнергию, которая может быть использована для придания движения транспортному средству в промышленности, сельском хозяйстве, общегражданской сфере как автономный источник электроэнергии.
МПК / Метки
МПК: B60W 10/08, B60K 6/26
Метки: многоякорным, генератором, электропривод
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/15-11684-elektroprivod-s-mnogoyakornym-generatorom.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Электропривод с многоякорным генератором</a>
Предыдущий патент: Способ промышленного производства диалкилкарбоната и диола
Следующий патент: Способ переработки угля и устройство для его осуществления
Случайный патент: Игровой автомат