Строение генератора. Устройство и принцип работы автомобильного генератора: полное руководство

Как устроен автомобильный генератор. Из каких основных частей он состоит. Какой принцип работы генератора в автомобиле. Каковы основные характеристики автомобильных генераторов.

Основные узлы автомобильного генератора

Автомобильный генератор состоит из следующих основных узлов:

• Ротор
• Статор
• Выпрямительное устройство
• Щеточный узел

Рассмотрим устройство и назначение каждого из этих узлов подробнее.

Ротор генератора

Ротор является вращающейся частью генератора и содержит обмотку возбуждения. Она выполнена в виде круглой катушки, намотанной на стальную втулку. Катушка зажата между двумя клювообразными половинами сердечника ротора, которые напрессованы на вал. Такой сердечник называют сердечником с явно выраженными полюсами.

Клювы одной половины сердечника образуют северный полюс магнита, а клювы другой половины — южный. Концы обмотки возбуждения выведены на контактные кольца, по которым при вращении ротора скользят щетки.

Статор генератора

Статор является неподвижной частью генератора и состоит из:

• Сердечника из листов электротехнической стали
• Обмотки статора

Внутренняя поверхность сердечника статора имеет зубцы, равномерно расположенные по окружности. Между зубцами в пазах уложены витки катушек обмотки статора. Обычно обмотка статора трехфазная.

Выпрямительное устройство

Выпрямительное устройство преобразует переменный ток, вырабатываемый в обмотках статора, в постоянный. Оно состоит из диодов, запрессованных в две шины — положительную и отрицательную.

Щеточный узел

Щеточный узел обеспечивает электрический контакт между неподвижными и вращающимися частями генератора. Он состоит из щеткодержателя и щеток, которые прижимаются пружинами к контактным кольцам ротора.

Принцип работы автомобильного генератора

Принцип работы автомобильного генератора основан на явлении электромагнитной индукции. Рассмотрим основные этапы преобразования механической энергии в электрическую:

1. При вращении коленчатого вала двигателя через ременную передачу вращается ротор генератора.
2. По обмотке возбуждения ротора протекает постоянный ток, создавая магнитное поле.
3. Вращающееся магнитное поле ротора пересекает обмотки статора.
4. В обмотках статора индуцируется переменная ЭДС.
5. Переменный ток из обмоток статора поступает в выпрямительное устройство.
6. Выпрямительное устройство преобразует переменный ток в постоянный.
7. Постоянный ток подается в бортовую сеть автомобиля.

Таким образом, генератор преобразует механическую энергию вращения коленвала в электрическую энергию для питания потребителей и зарядки аккумулятора.

Характеристики автомобильных генераторов

Основными характеристиками автомобильных генераторов являются:

• Номинальное напряжение
• Номинальный ток
• Номинальная мощность
• Токоскоростная характеристика

Номинальное напряжение

Для генераторов, работающих в 12-вольтовых системах, номинальное напряжение составляет 14 В. Для 24-вольтовых систем — 28 В.

Номинальный ток

Номинальный ток — это максимальный ток нагрузки, который может отдать генератор при частоте вращения ротора 5000 об/мин и номинальном напряжении.

Номинальная мощность

Номинальная мощность определяется как произведение номинального напряжения на номинальный ток.

Токоскоростная характеристика

Токоскоростная характеристика показывает зависимость тока, отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора. Она очень важна, так как показывает возможности генератора при различных оборотах двигателя.

Особенности конструкции современных автомобильных генераторов

Современные автомобильные генераторы имеют ряд конструктивных особенностей, направленных на повышение эффективности и надежности:

• Компактные размеры и малый вес
• Высокая удельная мощность
• Встроенные регуляторы напряжения
• Эффективная система охлаждения
• Применение электронных компонентов

Рассмотрим некоторые из этих особенностей подробнее.

Встроенные регуляторы напряжения

Большинство современных генераторов оснащаются встроенными электронными регуляторами напряжения. Они обеспечивают:

• Поддержание стабильного напряжения в бортовой сети
• Защиту от перенапряжений
• Оптимальный режим заряда аккумулятора

Эффективная система охлаждения

Для отвода тепла в конструкции генераторов предусмотрены:

• Вентиляторы на валу ротора
• Вентиляционные отверстия в корпусе
• Ребра охлаждения на выпрямительном блоке

Это позволяет эффективно охлаждать генератор даже при больших нагрузках.

Техническое обслуживание автомобильного генератора

Для обеспечения надежной работы генератора необходимо регулярно проводить его техническое обслуживание. Основные операции включают:

• Проверку натяжения приводного ремня
• Очистку генератора от грязи и масла
• Проверку состояния и при необходимости замену щеток
• Проверку выходного напряжения генератора
• Диагностику подшипников

При правильном обслуживании современный автомобильный генератор способен надежно работать в течение длительного срока.

Неисправности автомобильных генераторов и их диагностика

Несмотря на высокую надежность, генераторы могут выходить из строя. Наиболее распространенные неисправности включают:

• Износ щеток
• Выход из строя диодов выпрямительного блока
• Повреждение обмотки статора или ротора
• Неисправность регулятора напряжения
• Выход из строя подшипников

Для диагностики неисправностей генератора используются следующие методы:

• Проверка выходного напряжения
• Измерение силы тока
• Проверка целостности обмоток
• Диагностика выпрямительного блока
• Проверка работы регулятора напряжения

Своевременная диагностика позволяет выявить неисправности на ранней стадии и предотвратить более серьезные поломки.

Перспективы развития автомобильных генераторов

Развитие автомобильных генераторов идет по следующим основным направлениям:

• Повышение КПД и удельной мощности
• Уменьшение массы и габаритов
• Интеграция с другими системами автомобиля
• Применение новых материалов
• Совершенствование систем охлаждения

Одним из перспективных направлений является разработка гибридных систем, сочетающих функции генератора и стартера. Это позволяет уменьшить общее количество компонентов и повысить эффективность электрической системы автомобиля.

Таким образом, несмотря на кажущуюся простоту, автомобильный генератор является сложным и высокотехнологичным устройством, играющим ключевую роль в работе всех электрических систем современного автомобиля.

Устройство генератора автомобиля

Устройство генератора автомобиля

Основными узлами генератора являются ротор, статор, выпрямительное устройство и щеточный узел.

Ротор генератора содержит обмотку возбуждения. Она выполнена в виде круглой катушки, намотанной на стальную втулку. Катушка установлена на валу ротора и зажата между двумя клювообразными половинами сердечника ротора. Половины напрессованы на вал ротора. Такой сердечник называют сердечником с явно выраженными полюсами. Клювы одной половины образуют северный полюс магнита, а клювы другой половины — южный. Концы обмотки возбуждения выведены на контактные кольца, по которым при вращении ротора скользят щетки щеткодержателя. Обычно одна из щеток соединяется с выводом, через который подается питание обмотки возбуждения, а другая щетка соединена с корпусом генератора. Есть генераторы, у которых обе щетки соединены с изолированными выводами.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Рис. 1. Основные узлы генератора

Статор генератора состоит из сердечника, набираемого из изолированных листов магнитомягкой электротехнической стали, и обмотки. Внутренняя поверхность сердечника статора имеет равномерно расположенные по окружности зубцы. Количество пазов кратно трем. В пазах между зубцами укладываются витки катушек обмотки статора. Изоляция катушек от сердечника осуществляется электротехническим картоном и пропиткой статора в сборе изоляционным лаком. Каждая из трех фаз обмотки статора содержит одинаковое число последовательно соединенных катушек. Этим объясняется кратность числа пазов и катушек трем. Три вывода обмотки статора присоединяются к выпрямительному устройству.

Магнитная цепь генератора образуется стальной втулкой, на которой расположена обмотка возбуждения, двумя половинами сердечника ротора, клювы которых образуют полюсные наконечники, и зубцами сердечника статора.

Обмотка возбуждения генератора получает питание от генератора или аккумуляторной батареи. Небольшой постоянный ток, поступающий в обмотку возбуждения через щетки и контактные кольца, вызывает появление магнитного потока (линии 18). Магнитный поток в осевом направлении проходит через втулку, затем в радиальном направлении по левой половине сердечника ротора и его полюсному наконечнику (клюву) и через воздушный зазор в сердечник статора. Выйдя из сердечника статора, магнитный поток через воздушный зазор и полюсный наконечник правой половины сердечника ротора замыкается через втулку. Так как полюсные наконечники левой и правой половин сердечника ротора смещены в пространстве, происходит соответствующее смещение магнитного потока. Поэтому, входя в статор через один зубец, из статора магнитный поток выходит через другой зубец. При этом он пересекает катушки статора. При вращении ротора под каждым зубцом происходит постоянное чередование северного и южного полюсов ротора, приводящее к изменению пересекающего катушки статора магнитного потока по величине и направлению. В результате в фазных обмотках наводится переменная э.

д. е., имеющая форму синусоиды, которая выпрямительным устройством преобразуется в постоянную э. д. с.

Выпрямительное устройство современных генераторов типа ВПВ состоит из шины, в которую запрессованы диоды обратной проводимости, и шины, в которую запрессованы диоды прямой проводимости. У диодов прямой проводимости отрицательный вывод, а у диодов обратной проводимости положительный вывод припаиваются непосредственно к корпусу диода. Поэтому шина служит положительным, а шина — отрицательным выводом выпрямительного устройства и, следовательно, генератора. Положительный вывод каждого отрицательного диода соединяется с отрицательным выводом одного из положительных диодов и выводом одной фазы статора.

Рис. 2. Генератор 32.3701

Конструктивные особенности автомобильных генераторов рассмотрим на примере некоторых типичных конструкций.

Генератор 32.3701 имеет наиболее широко применяемое конструктивное исполнение. Он представляет собой модификацию часто встречающихся в эксплуатации генераторов типа Г250, аналогично с которыми устроены также генераторы Г266 и Г271.

Генератор 32.3701 является синхронной электрической машиной со встроенным выпрямительным блоком. На генераторе имеются следующие выводы: « + » (поз. 22) —для соединения с аккумуляторной батареей и потребителями, 111 —для соединения с регулятором напряжения, «—» (поз. 20) — для соединения с корпусом регулятора напряжения.

Ротор генератора состоит из катушки возбуждения, намотанной на картонный каркас, надетый на стальную втулку. С торцов катушка зажата двумя клювообразными полюсными наконечниками, которые и образуют 12-полюсную магнитную систему. Концы катушки возбуждения припаяны к двум изолированным от вала контактным кольцам. Втулка, полюсные наконечники и контактные кольца напрессованы на вал. Вал вращается в двух шариковых подшипниках закрытого типа, установленных в крышке со стороны контактных колец и крышке со стороны привода. Подшипник имеет большие размеры по сравнению с подшипником, так как он воспринимает большие радиальные нагрузки от шкива, на который давит натянутый ремень передачи. При сборке подшипников их заполняют смазкой, и в процессе эксплуатации они в смазке не нуждаются.

Крышки отливаются из алюминиевого сплава. Они имеют вентиляционные окна. Крышка со стороны контактных колец имеет лапу для крепления генератора на двигателе. В ней установлены пластмассовый щеткодержатель 8 и выпрямительный блок (БПВ 4-60-02). Для предотвращения от проворачивания наружной обоймы шарикоподшипника в выточке крышки установлено резиновое уплотнительное кольцо.

Щеткодержатель крепится к крышке двумя болтами. Две графитовые щетки, установленные в направляющих отверстиях щеткодержателя, пружинами прижимаются к контактным кольцам. Одна щетка соединена с изолированным штекерным выводом Ш, другая — с корпусом генератора.

Крышка имеет две лапы. Одна, нижняя, как и лапа крышки, предназначена для крепления генератора на двигателе. Другая, верхняя, имеет резьбовое отверстие и предназначена для крепления натяжной планки.

Статор генератора состоит из сердечника, набранного из отдельных изолированных друг от друга пластин электрической стали и соединенных в пакет сваркой. Сердечник статора установлен между крышками и стянут вместе с ними четырьмя винтами. На внутренней поверхности сердечника имеется 36 зубцов, в пазах между которыми уложена трехфазная обмотка статора, соединенная по схеме «двойная звезда». Каждая фаза представляет собой две параллельно включенные цепи с тремя последовательно соединенными катушками. Свободные концы фаз обмотки статора соединены с тремя выводами выпрямительного блока. Шина диодов прямой проводимости соединена с выводом « + » (поз. 22) генератора, а шина диодов обратной проводимости — с корпусом генератора.

Шкив и вентилятор установлены на валу генератора на шпонке и закреплены гайкой с пружинной шайбой.

Генератор Г286А (Г286В) представляет собой трехфазную синхронную машину со встроенными выпрямительным блоком и интегральным регулятором напряжения (ИРН) Я112А. По сути дела это генераторная установка.

Сердечник статора, закрепленный между крышками тремя болтами, имеет равномерно расположенных пазов. Обмотка статора соединена по схеме «двойная звезда». Обмотка возбуждения расположена внутри двух клювообразных половин сердечника ротора. Выводы фазных обмоток соединены с выпрямительным блоком (БПВ 8-100-02). Выпрямительный блок имеет такую же конструкцию, как и у генератора 32.3701.

Рис. 3. Генератор Г286А

Отличительной особенностью генератора Г286А является также взаимное расположение контактных колец и подшипника в крышке.

Так как регулятор напряжения включается в цепь обмотки возбуждения, его встраивают в щеткодержатель. Вместе они образуют единый съемный блок 6. Крепится блок винтами к основанию щеткодержателя, который установлен на крышке. Болт служит выводом обмотки возбуждения и регулятора напряжения.

Блок щеткодержателя и регулятора напряжения состоит из щеткодержателя, интегрального регулятора и металлического теплоотвода — крышки.

Регулятор состоит из медного основания, на котором размещены элементы схемы, пластмассовой крышки для защиты элементов схемы от механических повреждений и жестких шинных выводов. Медное основание является отрицательным выводом регулятора. Оба вывода В регулятора соединены накоротко внутри. Один из них является основным, другой — дублирующим. При установке на щеткодержатель выводы регулятора напряжения ложатся на шины. К шинам приварены токопроводящие канатики, соединяющие их с щетками. Сверху на регулятор напряжения устанавливается крышка, и весь блок скрепляется винтами. Таким образом, электрическое соединение шин регулятора и щеткодержателя осуществляется прижимным контактом.

Генератор 37.3701 (рис. 4) — генераторная установка, представляет собой синхронную машину переменного тока с встроенным выпрямительным блоком БПВ 11-60-02 и регулятором напряжения 17.3702.

Статор генератора имеет 36 равномерно расположенных пазов, в которых размещена трехфазная обмотка, соединенная по схеме «двойная звезда». Каждая фаза состоит из двух параллельно соединенных ветвей, в каждой из которых шесть непрерывно намотанных катушек.

Ротор не имеет особых конструктивных отличительных особенностей.

Выпрямительный блок, вмонтированный в крышку, отличается от традиционных тем, что в него вмонтированы три дополнительных диода прямой проводимости, через которые осуществляется питание обмотки возбуждения от генератора. Выпрямленное напряжение с дополнительных диодов подается на штекерный вывод, обозначаемый на схемах вывод «61», и проводником на штекерный вывод регулятора напряжения, который имеет маркировку В. Вывод В регулятора через контакт связан также с одной из щеток. Не показанный на рисунке вывод Ш регулятора контактирует с другой щеткой. Регулятор напряжения имеет еще вывод Б, который проводником соединен с положительным выводом генератора, обозначаемым на схемах «30».

Рис. 4. Генератор 37.3701: 1 — крышка со стороны контактных колец; 2 — выпрямительный блок; 3— вентиль выпрямительного блока; 4 — винт крепления выпрямительного блока; 5 — контактное кольцо; 6 — задний шарикоподшипник; 7 — конденсатор; 8 — вал ротора; 9 — вывод «30» генератора; 10 — вывод «61» генератора; 11 — вывод «В» регулятора напряжения; 12 — регулятор напряжения; 13 — щетка; 14 — шпилька крепления генератора к натяжной планке; 15 — шкив с вентилятором; 16 и 23 — полюсные наконечники ротора; 17 — дистанционная втулка; 18 — передний шарикоподшипник; 19 — крышка со стороны привода; 20 — обмотка ротора; 21 — статор; 22 — обмотка статора; 24 — буферная втулка; 25 — втулка; 26 — поджимная втулка

На генераторе установлен конденсатор емкостью 2,2 мкФ. Он подключен между корпусом и положительным выводом генератора. Конденсатор служит для защиты электронного оборудования автомобиля от импульсов напряжения в системе зажигания и снижения уровня помех радиоприему.

Характеристики генераторов. На автомобилях генераторы работают в условиях постоянно изменяющейся частоты вращения и тока нагрузки. При этом должно обеспечиваться в определенных пределах постоянство напряжения генератора.

Генераторы характеризуются прежде всего номинальными данными: напряжением, током, мощностью.

Номинальное напряжение генераторов, работающих в схемах электрооборудования с номинальным напряжением 12В, принято 14В, а для 24-вольтовых схем — 28В. Номинальный ток генератора — это максимальный ток нагрузки, который может отдать генератор при частоте вращения ротора 5000 об/мин и номинальном напряжении. Значения номинального напряжения и тока наносятся на крышке генератора. Номинальная мощность определяется как произведение номинального напряжения на номинальный ток.

Энергетические возможности генераторов характеризуются токоскоростной характеристикой. Это зависимость тока, отдаваемого генератором, от частоты вращения ротора (рис. 5). Характеристика снимается при номинальном напряжении генератора и постоянном, обычно номинальном, напряжении на обмотке возбуждения.

Эта характеристика чрезвычайно важна, так как она показывает возможности генератора при различной частоте вращения ротора.

Из рис. 5 видно, что без нагрузки напряжение генератора достигает номинальной величины при частоте вращения «о, которая у различных генераторов колеблется от 900 до 1200 об/мин.

Рис. 5. Токоскоростная характеристика генераторов

Якорем в синхронной машине является статор. При протекании по обмотке статора тока возникает магнитное поле статора, которое направлено против основного магнитного поля ротора и размагничивает его. При увеличении тока нагрузки возрастает ток обмотки статора, усиливается его магнитное поле, что приводит к увеличению размагничивания магнитного поля ротора. В результате в катушках статора наводится меньшая по величине э. д. с. и ограничивается максимальная сила тока, отдаваемого генератором.

Полное сопротивление Z обмотки статора, по которой протекает переменный ток, складывается из активного R и индуктивного сопротивлений:

Активное сопротивление обмотки статора зависит только от ее температуры. С увеличением температуры оно повышается. Поэтому с увеличением температуры ток отдачи генератора несколько понижается.

Начальная частота вращения нормируется техническими условиями на конкретные типы генераторов. Задается она для двух состояний генератора: холодного и горячего. Температура генератора в холодном состоянии должна быть в пределах 15—35 °С. Горячее состояние соответствует установившейся температуре генератора, работающего в режиме номинальной мощности.

Указанные характеристики могут задаваться для двух вариантов питания обмотки возбуждения: при питании обмотки возбуждения собственно от генератора (самовозбуждение) и при питании от постороннего источника питания (независимое возбуждение). Ток, отдаваемый генератором при самовозбуждении, будет меньше тока, отдаваемого генератором при независимом возбуждении, так как в первом случае часть его идет на питание обмотки возбуждения.

Характеристики начала отдачи тока генераторами без встроенных регуляторов напряжения задаются при напряжении питания обмотки возбуждения, равном номинальному, как при независимом возбуждении, так и при самовозбуждении. Наличие встроенного регулятора напряжения обусловливает необходимость подачи такого напряжения, при котором регулятор еще не вступает в работу. Поэтому питание обмотки возбуждения генераторов с встроенными регуляторами напряжения осуществляется при 13В и характеристики генераторов с самовозбуждением задаются также при напряжении на их выводах 13В.

Устройство и принцип работы дизельного генератора, назначение синхронного генератора

• Главная
• org/Breadcrumb»>Статьи
• Устройство и принцип работы дизельного генератора

Чтобы преобразовать механическую энергию (двигателя внутреннего сгорания, ветрового двигателя, турбины) в электрическую энергию (постоянного или переменного тока), необходим генератор. Основные части генератора – неподвижный якорь (статор) и приводимый во вращение первичным двигателем с высоким постоянством числа оборотов индуктор (ротор) с питаемой постоянным током обмоткой возбуждения.

Ротор электромашины переменного тока может вращаться с частотой магнитного поля или отставать от него (вращаться с меньшей скоростью). В первом случае машина относится к синхронным, во втором к асинхронным. Синхронная электрическая машина, работающая в генераторном режиме, называется синхронным генератором. Синхронный генератор обратим, т.е. при подключении якорной обмотки к трехфазной электросети он работает как электродвигатель.
Принцип работы синхронного генератора

При вращении ротора синхронного генератора (СГ) линии его магнитного поля пересекают обмотку статора. Магнитное поле ротора создается независимым возбудителем, в качестве которого может служить аккумулятор или дополнительный генератор постоянного тока с напряжением обычно не выше 150 В, а также ртутные, полупроводниковые (селеновые или германиевые) или механические выпрямители.

Возможно и обратное решение (применяемое обычно в малогабаритных передвижных установках переменного тока) – вращение ротора в неподвижном магнитном поле, при этом вырабатываемый в обмотках ротора переменный ток необходимо снимать с ротора через коллектор. Вырабатываемая СГ электродвижущая сила (ЭДС) пропорциональна магнитной индукции, длине паза статора, числу витков в обмотке статора, внутреннему диаметру статора и частоте вращения магнитного поля. Изменение ЭДС синхронного генератора возможно путем регулирования тока в обмотке возбудителя реостатом или системой автоматического регулирования.

Частота вращения магнитного поля равна скорости вращения ротора, а частота вырабатываемого переменного напряжения пропорциональна частоте вращения магнитного поля и количеству пар полюсов статора. В качестве примера, при заданной частоте СГ 50 Гц при числе пар полюсов 1 ротор должен вращаться со скоростью 3000 об/мин, а при числе пар 2 – со скоростью 1500 об/мин и т.д.

Для поддержания постоянства частоты вырабатываемого СГ переменного напряжения скорость вращения первичного двигателя поддерживается постоянной посредством автоматического регулятора скорости.

Обычно от СГ требуется выработка напряжения порядка 15-40 кВ, снять такое напряжение с вращающегося коллектора сложно, и обмотки якоря, с которого снимается вырабатываемая электрическая энергия, выгодно сделать неподвижными. Мощность же возбуждения СГ обычно составляет 1-3% и не превышает 5% мощности СГ; подать эту мощность на вращающийся ротор не составляет проблемы.

При мощности СГ до нескольких киловатт магнитное поле ротора может обеспечиваться постоянными магнитами (самыми современными, неодимовыми), что позволяет обойтись без коллектора и токосъемника. При этом, ввиду невозможности регулирования магнитного потока ротора, выходное напряжение СГ неизменно и не поддается регулированию, либо же с регулированием возникают сложности. Мощность современного синхронного генератора достигает нескольких Гвт и выше.

 

Виды синхронных генераторов

Генераторы разделяются по способу возбуждения. Самый простой способ, не требующий дополнительного источника питания для возбуждения статора – это использование самовозбуждения за счет остаточного намагничивания сердечника ротора даже при отсутствии в обмотках ротора тока возбуждения. При вращении ротора слабый остаточный магнитный поток ротора вызывает образование в обмотках ротора небольшой ЭДС, которая отбирается понижающим трансформатором, выпрямляется и через коллектор подается в обмотку возбуждения, что увеличивает магнитный поток, ЭДС генератора и дальнейшее развитие процесса самовозбуждения, вплоть до выхода на нормальный режим работы. Подобная схема с самовозбуждением успешно применяется в автономных установках наземного, водного и воздушного транспорта.

Если применяется тиристорное устройство регулирования тока возбуждения, появляется возможность автоматического регулирования выходного напряжения СГ (поддержания его постоянства или изменения по определенному закону в зависимости от величины и характера нагрузки). Возможно также возбуждение ротора от дополнительного генератора (подвозбудителя), имеющего общий вал с основным генератором или соединенного с валом СГ посредством полумуфты.

 

Устройство синхронного генератора

Статор СГ по устройству схож с устройством статора асинхронного двигателя. Сердечник статора, в пазах которого размещается обмотка, собран из спрессованных в виде пакета пластин электротехнической стали толщиной 1-2 мм, разделенных изолирующей пленкой лака толщиной 0,08-0,1 мм.

Синхронный генератор может вырабатывать переменный ток однофазный или, чаще всего, трехфазный. К обмотке статора подключается нагрузка.

Конструктивно полюсы статора могут быть выступающими (как в тихоходных СГ со скоростью вращения не выше 1000 об/мин, вращаемых гидротурбинами), либо же не выражаться явно (как в скоростных машинах).

Синхронный генератор обратим – он может не только вырабатывать переменный ток (режим генератора), но и совершать механическую работу (режим двигателя).

Для охлаждения ротора в конструкции СГ предусмотрены крыльчатки на общем с ротором валу. Прежде чем поступить в СГ для охлаждения обмоток, воздух пропускается через фильтр, если же система охлаждения замкнута, он дополнительно охлаждается в теплообменнике. В качестве охлаждающего агента, помимо воздуха, применяется и водород ввиду своей легкости.

Концы обмоток СГ выводятся на контактную колодку, что позволяет соединить обмотки трехфазного СГ по схеме звезды или треугольника.

При необходимости получения синусоидального напряжения на выходе к форме явно выраженных полюсных наконечников предъявляются определенные требования, либо необходимо (при неявно выраженных полюсах) расположить витки роторной обмотки по особому закону.

 

Режимы работы синхронного генератора

Синхронный генератор может работать в режиме холостого хода, при отсутствии токов в обмотке якоря, и тогда вырабатываемое напряжение задается лишь током возбуждения.

При подключении к СГ потребителя через обмотку якоря начинают протекать токи, и создаваемое ими магнитное поле складывается с полем ротора. Ток в якорной обмотке при чисто активной нагрузке (нагревательные элементы, лампочки накаливания) совпадает по фазе с ЭДС, при индуктивной (асинхронные электродвигатели, дроссели, трансформаторы) отстает, а при емкостной (батареи конденсаторов, корректоры коэффициента мощности, высоковольтные ЛЭП) опережает. При активной нагрузке создаваемый в статоре дополнительный магнитный поток перпендикулярен потоку ротора, и ЭДС генератора, определяемая суммарным потоком, возрастает.

Реактивная нагрузка ведет к отклонению направлений потоков от перпендикулярности, вследствие несовпадения фаз тока якорной обмотки и ЭДС, и при емкостной нагрузке ЭДС генератора увеличивается еще выше, поскольку направление потоков начинает совпадать (вызывается продольно-намагничивающая реакция), а при индуктивной нагрузке к снижению ЭДС вследствие встречного направления потоков (вызывается продольно-размагничивающая реакция). Наиболее часто встречается смешанная активно-индуктивная нагрузка.

Чтобы устранить воздействие реакции якоря на ЭДС генератора, предусматривается регулирование возбуждения ротора с целью поддержания ЭДС на должном уровне с исключением ее зависимости от мощности и вида нагрузки. Также, для устранения колебаний при резкой смене режима работы СГ, помимо основной обмотки возбудителя, наматывается еще и демпферная (успокаивающая) катушка, особо полезная при совместной работе нескольких СГ на общую сеть. Поскольку нагрузка СГ не остается постоянной и время от времени меняется, существует необходимость постоянного регулирования тока возбуждения, что осуществляется автоматическими системами регулирования.

При нормальной работе СГ допустимы некоторые отклонения коэффициентов мощности нагрузки, напряжения и частоты в пределах нескольких процентов от номинальных значений. При нарушениях в линии нагрузки (коротких замыканиях, непостоянстве отбираемой мощности, неравномерном распределении нагрузки между фазами), возникает асимметрия выходного напряжения СГ, форма напряжения искажается и отклоняется от синусоидальной, что может приводить к перегреву обмоток и элементов конструкции генератора. Также, к искажениям формы ЭДС генератора ведет нелинейность нагрузки (подключенные к сети выпрямители, инверторы).

При работе СГ важно следить за расходом охлаждающей воды, автоматика должна предупреждать персонал при снижении расхода путем включения сигнализации, и при резком падении расхода приступить к разгрузке генератора с последующим отключением в течение нескольких минут.

Работа нескольких синхронных генераторов на общую сеть

Параллельная работа нескольких СГ необходима для полного использования их мощности, позволяет создавать мощные источники питания, а также периодически выводить на профилактику или в ремонт один из генераторов.

При параллельной работе нескольких СГ требуется строгое постоянство вырабатываемой каждым из них частоты, с высоким поддержанием постоянства скорости их вращения.

При включении в сеть еще одного СГ требуется равенство его напряжения напряжению сети с постоянством частоты, фазы и чередования фаз. Лишь при совпадении этих условий при включении СГ в сеть не будет толчков тока и опасных для обмоток уравнительных токов.

Синхронизация осуществляется посредством специальных устройств – синхроскопов, наиболее простыми из которых является ламповые, позволяющие по характеру свечения ламп синхроскопа определить с достаточной для практики точностью момент совпадения напряжения подключаемого генератора и сети по частоте, фазе и порядку чередования фаз.

 

 

<div><img src=»//mc.yandex.ru/watch/24720488″ alt=»» /></div>

описание основных и вспомогательных узлов ДЭС

Дизельный генератор — установка, преобразующая энергию сгорающего топлива в электроэнергию. Устройство дизель-генератора основано на разработках двух ученых-изобретателей, работавших еще в 19 веке.

Первый вклад сделал Майкл Фарадей, создавший в 1831 году прототип электрогенератора, в котором под воздействием магнитного поля во вращающемся проводнике индуцировалась электродвижущая сила. Вторым изобретателем стал Рудольф Дизель, получивший в 1892 году патент на двигатель внутреннего сгорания с повышенным КПД. Отметим, что схема устройства дизель-генератора в привычном современном исполнении разработана спустя 100 лет, а массовый выпуск ДЭС был организован компаниями Perkins и Caterpillar.

Конструкция дизель-генераторов

В состав дизель-генератора входят основные агрегаты, обеспечивающие получение электроэнергии и вспомогательные узлы, необходимые для поддержания работоспособности силовой и генерирующей установки.

Основные агрегаты

Устройство дизель-генераторной установки предполагает размещение на одной общей раме следующих агрегатов:

• Двигатель внутреннего сгорания, работающий на дизельном топливе и служащий источником механической энергии, необходимой для вращения ротора генератора. Основное отличие от бензиновых ДВС заключается в воспламенении горючего не от системы зажигания, а за счет более высокого сжатия. Благодаря этому удалось повысить мощность ДВС и снизить расход топлива.

• Синхронный или асинхронный генератор электрического тока, соединенный с ДВС напрямую или через демпферную муфту. При вращении ротора этого агрегата происходит преобразование механической энергии в электрическую.

У любого дизельного генератора устройство и принцип работы основан на совместном функционировании этих двухосновных агрегатов. Но для обеспечения работы требуется ряд дополнительных систем.

Вспомогательные системы и оборудование

В этой категории выделяют:

• Топливную систему, обеспечивающую хранение, очистку и подачу горючего в камеру сгорания ДВС.

• Система отвода продуктов сгорания, совмещенная с глушителями, снижающими уровень создаваемого установкой шума.

• Система охлаждения, позволяющая снизить температуру работающего двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от мощности ДГУ получило применение воздушное или жидкостное охлаждение.

• Панель управления и щитовые шкафы, обеспечивающие распределение электроэнергии, контроль за параметрами работы ДЭС, отображение информации о состоянии оборудования. В эту же категорию относят аппаратуру защиты, сигнализации, автоматизации.

В зависимости от модификации, устройство ДЭС предполагает наличие и другого оборудования:

• Система электрического пуска и зарядное устройство, поддерживающее АКБ в рабочем состоянии.

• Звукопоглощающий кожух, обеспечивающий дополнительное снижение уровня создаваемого при работе шума.

• АВР(автоматический ввод резерва), обеспечивающее переключение нагрузки с центрального источника энергоснабжения на генератор и обратно.

Отметим дизель-генераторы в контейнерном исполнении, для которых не требуется строительство отдельного помещения, работающие в климатических условиях любой сложности. Общие сведения о том, как устроен блок-контейнер. Представляет собой усиленный металлический корпус с утепленными стенками. В контейнере размещены узлы ДГУ так, чтобы обеспечить свободный доступ при ремонте и обслуживании. Плюсы такой компоновки — допускается эксплуатация на открытом воздухе, упрощается перевозка установки. Подобное строение ДЭС считается перспективным для промышленных генераторов высокой мощности.

Принцип работы дизельных генераторов

Все модели дизель-генераторов работают по одному и тому же принципу:

• При сгорании топлива образующиеся газы создают избыточное давление на поршневую группу двигателя внутреннего сгорания.

• Движение поршней по цилиндрам создает крутящий момент на коленвале, за счет чего он начинает вращаться.

• Благодаря соединению вала с ротором электрогенератора начинается и его вращение.

• При перемещении обмотки ротора в магнитном полу статора происходит индуцирование ЭДС.

• Полученный электрический ток распределяется и передается потребителем.

АВР работает следующим образом — при отключении электроснабжения от основного источника (сети) осуществляется автоматический запуск ДГУ в работу. При выходе установки в заданный режим нагрузка переключается на дизель-генератор. При возобновлении централизованного электроснабжения происходит обратное переключение нагрузки и остановка ДЭС.

Благодаря высокой степени автоматизации просты в обслуживании и управлении, что упрощает организацию автономного или резервного электроснабжения в промышленных и бытовых масштабах.

Химический поиск — нарисовать химическую структуру

---

• Структурный поиск
• Текстовый поиск
• Импорт файла

---

---

Полная коллекция химических строительных блоков

В Chemspace мы стремимся поставлять химические строительные блоки для удовлетворения потребностей ваших проектов. Поэтому мы собрали самую большую базу данных химических строительных блоков, чтобы вы могли удобно искать десятки миллионов соединений в течение нескольких секунд и получать наилучшие впечатления от покупки.

Имея более 582 миллионов химических строительных блоков от многочисленных поставщиков, Chemspace предлагает наиболее полный охват химического пространства из одного источника.

Обладая мощными функциями базы данных и различными параметрами поиска, включая точное совпадение, субструктуру и сходство, Chemspace предоставляет исследователям окончательный инструмент для принятия решений и закупки химикатов. Продукты в нашей базе данных варьируются от широко востребованных классов химических строительных блоков, таких как амины и карбоновые кислоты, до исключительно редких соединений, таких как сульфоксимины и фенилбиоизостеры.

Благодаря такому подходу Chemspace позволяет удовлетворить потребности различных программ медицинской химии и фармацевтических исследований, включая ориентированный на свинец комбинаторный синтез, проекты оптимизации свинца и свинца, а также потребности синтетической химии, предоставляющей реагенты для кликов. химия, сочетания и фотоокислительно-восстановительные превращения.

Разнообразные химические строительные блоки с упором на медицинскую химию

Медицинская химия и фармацевтические исследования по-прежнему зависят исключительно от методологий синтетической химии и, следовательно, требуют наличия разнообразных химических строительных блоков, отвечающих строгим требованиям не только с точки зрения физико-химических свойств, но и химической активности.

Чтобы удовлетворить этот спрос, Chemspace фокусируется на молекулах, содержащих менее 19 тяжелых атомов, что делает ее базу данных привлекательной для медицинских химиков и специалистов по разработке лекарств. База данных Chemspace включает более 240 миллионов химических строительных блоков, включая широко используемые первичные и вторичные амины, карбоновые кислоты, производные аминокислот, алкилирующие и арилирующие агенты, сульфонилгалогениды, альдегиды и кетоны, алкилгидразины и арилгидразины, спирты, фенолы, тиолы, амидоксимы и амидины, арилбромиды и арилиодиды, бороновые кислоты, органические азиды, терминальные ацетилены, фторированные и спироциклические соединения и многие другие. База данных постоянно пополняется новыми разработками и нишевыми продуктами.

С Chemspace вы получаете:

• Мгновенные котировки цен и наличия с возможностью онлайн-заказа;
• Дополнительная информация о соединениях, например. свойства, опасности при обращении и транспортировке и т. д.;
• Расширенные возможности фильтрации и сортировки, уточнение результатов поиска по опции структуры;
• Индивидуальная поддержка клиентов и техническая поддержка по адресу [email protected] и с помощью кнопки справки в правом углу нижней части экрана.

---

---

Начальные этапы большинства современных проектов по поиску лекарств включают высокопроизводительный (HTS) или скрининг фрагментов. В то время как скрининг на основе фрагментов допускает относительно небольшую скрининговую колоду, содержащую до нескольких тысяч фрагментов, чтобы охватить большое химическое пространство, HTS обычно требует для успеха гораздо более крупного сбора соединений. Кроме того, скрининговая колода должна быть хорошо разработана, чтобы выявить новизну, разнообразие и возможность легкого последующего наблюдения за счет использования близких аналогов из собственных или коммерческих коллекций для создания отношения структуры и активности (SAR).

На сайте Chemspace мы собрали более 6 млн имеющихся на складе и более 4,13 млрд готовых скрининговых соединений от разных поставщиков, включая Enamine, BLD Pharmatech, PharmaBlock Sciences и UORSY, и это лишь некоторые из них. Коллекция включает новые соединения с благоприятными физико-химическими профилями. Он послужит ценным дополнением к любой внутренней коллекции скрининговых соединений, а также послужит основой для создания новой.

Кроме того, мы разместили составные наборы: общий, целевой и целенаправленный. Наборы, предназначенные для включения молекул с определенными физико-химическими профилями или свойствами, т. е. фрагментоподобными, свинцовоподобными, или для нацеливания на класс биологических объектов, т. е. киназ, или интересующий белок, т. е. DYRK1A. Эти библиотеки доступны для скачивания в виде SD-файла. Вы можете дополнительно выбрать любое количество соединений на основе результатов поиска сходства или виртуального скрининга с вашей целью.

Экранирующие составы поставляются в виде твердых веществ, растворов или сухих пленок.

---

---

Строительные блоки в наличии
Префикс	Цена	Доступность	Типичная сумма
CSSB	Перечислено	В наличии	грамм
Время выполнения	Доставляемость	Управление заказами	Спектральные данные
2-5 рабочих дней	~100%	Подтверждение заказа, информация об отслеживании	ЖХ-МС и/или 1 H ЯМР
В наличии Экранирующие составы
Префикс	Цена	Доступность	Типичная сумма
СССС	Перечислено	В наличии	мг
Время выполнения	Доставляемость	Управление заказами	Спектральные данные
2-5 рабочих дней	~100%	Подтверждение заказа, информация об отслеживании	ЖХ-МС и/или 1 H ЯМР
Строительные блоки по запросу
Префикс	Цена	Доступность	Типичная сумма
CSMB	Перечислен, может быть переоценен, если первоначальное испытание не удалось	Требуемый синтез из имеющихся исходных реагентов с помощью разработанных процедур, колбы химии	грамм
Время выполнения	Доставляемость	Управление заказами	Спектральные данные
4-6 недель, может быть проведена повторная оценка в случае, если первоначальная синтетическая схема не удалась или требуется повторная оценка	70-75% (синтезировано в течение предложенного периода синтеза)	Подтверждение заказа, обновления статуса синтеза, информация об отслеживании	ЖХ-МС и/или 1 Н ЯМР, другие спектры (по запросу)
Составы для скрининга, производимые по требованию
Префикс	Цена	Доступность	Типичная сумма
CSMS	Перечислен, может быть переоценен, если первоначальное испытание не удалось	Требуемый синтез из доступных исходных реагентов с помощью разработанных процедур, колбы химии. Кроме того, запрещенные химические соединения	мг
Время выполнения	Доставляемость	Управление заказами	Спектральные данные
3-4 недели (до 200 соединений). Для больших комплектов время выполнения необходимо пересчитывать.	75-85% (синтезируется в течение 3-4 недель, до 200 соединений)	Подтверждение заказа, обновления статуса синтеза, информация об отслеживании	ЖХ-МС и/или 1 H ЯМР
Пользовательский запрос
Префикс	Цена	Доступность	Типичная сумма
CSCS	Перечисленный или POA (цена по запросу), необходимо рассчитать после оценки затрат	Может быть на складе или требуется синтез, необходимо оценить. Цена и время выполнения заказа требуют (пере)оценки	Любые
Время выполнения	Доставляемость	Управление заказами	Спектральные данные
Должен оцениваться при размещении заказа	70-90%	Подтверждение заказа, обновления статуса, информация об отслеживании, окончательный отчет (по запросу)	ЖХ-МС и/или 1 H ЯМР, другие спектры (по запросу)

Текстовый поиск: вставка структур

Введите ваши запросы в поле ниже. Каждая строка должна содержать одну запись. Не разделяйте записи запятыми или любыми другими символами.

Ваш поиск будет ограничен 200 первыми записями. Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы увеличить этот лимит до 2 000 записей.

Загрузить файл

Поиск по списку структур или идентификаторов в файле следующих типов: обычный текст, SDF.

Имя файла

Выбрать файл

---

Surge: быстрый генератор химических графов с открытым исходным кодом | Journal of Cheminformatics

Data

Мы собрали список молекулярных формул для сравнения всплеска с MOLGEN 5.0 в таблицах 1, 2. Эти формулы были взяты из базы данных натуральных продуктов COCONUT [22]. Размер этих молекулярных формул варьируется, и его достаточно, чтобы бросить вызов даже лучшим из доступных генераторов структурных изомеров (см. Раздел «Результаты»).

Таблица 1 Время выполнения (в секундах) для выбранной МФ натуральных продуктов на оптимизированной для вычислений c2-standard-4 облачной виртуальной машине Google

Полноразмерная таблица

Таблица 2 Время выполнения (в секундах) для выбранной МФ натуральных продуктов на Compet-optimized c2-standard-4 Google cloud VM

Полноразмерная таблица

Алгоритм и математический фон

Surge основан на пакете nauty [23] для вычисления групп автоморфизмов графов, а также канонических меток. Как и nauty, Surge написан на переносимом подмножестве C и работает на значительном количестве различных систем.

Surge представляет собой интеграцию трех существующих инструментов из пакета nauty [24]: (a) geng генерирует простые графы на основе определенных граничных условий, (b) vcolg окрашивает вершины в выходные данные geng и (c) multig вставляет мульти- края на выходе первых двух инструментов (рис.  1).

Рис. 1

Пример комбинации функций geng, vcolg и multig для молекулы фурана C ₄ H ₄ O. Сначала строится простой график. Узлы окрашены в черный цвет для углерода и красный для кислорода. В multig множественность ребер необязательно увеличивается для создания множественных связей

Полноразмерное изображение

Рис. 2

Блок-схема всплеска

Полноразмерное изображение

Изоморфизм между двумя графами — это биекция между наборами их вершин, которая отображает ребра на ребра. Если графы имеют украшения, такие как типы атомов для вершин или кратности связей для ребер, то эти украшения должны сохраняться при отображении. Если два графика одинаковы; т. е. изоморфизм из графа в себя, он называется автоморфизмом . Автоморфизмы образуют группу по операции композиции функций, называемую группой автоморфизмов (рис. 2).

Смысл изоморфизма и автоморфизма различен для каждого из трех этапов нашего алгоритма. Ссылаясь на рис. 1, на первом этапе (который мы называем простым графом) нет украшений вершин или ребер, а все повороты и отражения, всего 10, являются автоморфизмами. Когда на втором этапе добавляются украшения вершин, тип атома становится значимым, поэтому автоморфизмами являются только отображение идентичности и отражение через атом кислорода. На заключительном этапе добавляются краевые украшения, но в этом примере группа автоморфизмов не уменьшается, поскольку отражение через атом кислорода сохраняет как тип атома, так и кратность связи. Обратите внимание, что группы автоморфизмов на втором и третьем этапах являются подгруппами групп автоморфизмов на предыдущих этапах.

Первый этап

Входные данные для выброса состоят из молекулярной формулы, такой как C ₇ H ₁₂ O ₂ S. На основе подсчета элементов в этом случае C = 7, O = 2, S = 1 , H   =   12, валентности атомов используются для расчета правдоподобного диапазона количества ребер связного простого графа, представляющего топологию молекулы с этой формулой, с опущенными атомами водорода. Затем вызывается geng для генерации всех связных простых графов с этими параметрами, также с учетом условия максимальной степени, зависящего от молекулярной формулы [25]. Гэн генерирует один граф из каждого класса изоморфизма, и они передаются на второй этап по мере их создания, без необходимости их хранения [25]. В этом примере имеется 10 неводородных атомов, а количество ребер находится в диапазоне 9–11.

Второй этап

Учитывая простой граф G из первого этапа, на втором этапе элементы назначаются вершинам всеми различными способами. Количество элементов должно быть правильным, и мы должны иметь степень валентности \(\ge\) в каждой вершине. Более того, нам нужен только один член каждого класса эквивалентности присваивания элементов группе автоморфизмов группы G (рис. 3). Далее мы объясним, как это достигается.

Рис. 3

Простой граф слева имеет автоморфизм, который является отражением пунктирной линии. Это показывает, что второе и третье изображения эквивалентны и, таким образом, приводят к одним и тем же молекулярным структурам при присвоении множественности связей. Поэтому мы хотим оставить только один из них

Изображение в полный размер

Вершины графа G произвольно пронумерованы 1,2,…,n. Назначение элемента может быть представлено в виде списка, показывающего элемент, назначенный каждой вершине, в порядке номеров вершин. Например, допустимым списком может быть L = (C,C,C,S,O,C,C,C,O,C).

Автоморфизмы группы G имеют действие над списками, которое переставляет их записи. А именно, для списка L и автоморфизма \(\gamma ,\) список \(\gamma\)(L) сопоставляет вершине \(\gamma\)(v) тот же элемент, что и L сопоставляет v, для каждой вершины v Таким образом,

$$\mathrm{L} = \left(\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{O},\mathrm{S},\mathrm{O},\mathrm{C},\ mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{C}\right) \, \mathrm{and}\, \gamma = \left(1 2 3\right)\left(5 6\справа)\mathrm{подразумевается} \gamma (\mathrm{L}) = (\mathrm{O},\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{S},\mathrm{C}, \mathrm{O},\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{C}).$$

Если L — список элементов и \(\gamma\) автоморфизм, L и \(\gamma\)(L) дают эквивалентное соответствие элементов вершинам графа G. Наша задача на этом этапе состоит в том, чтобы выбрать ровно одно назначение из каждого класса эквивалентности. При фиксированном порядке элементов, например C < O < S, два списка можно сравнить лексикографически, например

$$(\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{S},\mathrm{O},\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{ C},\mathrm{O},\mathrm{C}) < (\mathrm{C},\mathrm{C},\mathrm{O},\mathrm{C},\mathrm{S},\mathrm{ C},\mathrm{C},\mathrm{O},\mathrm{C},\mathrm{C})$$

Это позволяет нам определить

$$\mathrm{canon}(\mathrm{L }) =\mathrm{ max }\{ \gamma (\mathrm{L})\, |\, \gamma \, \mathrm{in\, Aut}(\mathrm{G}) \},$$

максимальный список в классе эквивалентности L. Обратите внимание, что canon(L) = canon(L’), если L и L’ эквивалентны, поэтому в классе эквивалентности существует единственный максимальный список L*, и мы можем распознать его по условие канон(L*) = L*. Иными словами, если \(\gamma\)(L) > L для любого автоморфизма \(\gamma\), то L \(\ne\) L*; в противном случае L = L*.

Теперь опишем концептуальный метод для второго этапа. Для данного G:

Этот алгоритм эффективен, если группа автоморфизмов Aut(G) мала, но это не всегда так. Поэтому мы применяем более комплексный подход. Автоморфизм G называется минорным , если он просто меняет местами два листа (вершины степени 1), имеющие общего соседа. Младшая подгруппа M \(\le\) Aut(G) — это подгруппа, порожденная всеми минорными автоморфизмами.

A цветок — максимальное множество листьев с одним и тем же соседом. На левом графике рис. 4 цветами являются {1,2,3}, {6,10} и {9,11}. Младшая подгруппа M состоит из всех автоморфизмов, сохраняющих цветы, таких как (1 2 3)(9 11). Порядок M равен \(3!\times 2!\times 2! = 24\). Помимо M, группа автоморфизмов может содержать автоморфизмы, не сохраняющие цветы, например (6 11)(7 8)(9 10). Чтобы зафиксировать такие автоморфизмы, мы раскрашиваем граф, как в правой части рис. 4. Вершины не в цветах окрашены в черный цвет. В каждом цветке вершины окрашиваются в красный, синий, зеленый и т. д. в порядке номера вершины с использованием фиксированного списка цветов, не включающего черный. Пусть теперь N — группа автоморфизмов, учитывающих цвета вершин. В примере N имеет только единицу и (6 9)(7 8)(10 11).

Рис. 4

Граф с 3 цветами и раскраска, использованная для вычисления N другой, а затем применить элемент M, чтобы запечатлеть движение листьев внутри каждого цветка. На обоих шагах выбор уникален, поэтому мы имеем факторизацию

$$\mathrm{Aut}(\mathrm{G}) =\mathrm{ NM }= \{ \gamma \delta \, | \, \gamma \, \mathrm{in\, N},\, \delta \,\mathrm{in\, M}\}.$$

(На языке теории групп M — нормальная подгруппа, а N — полное множество представителей смежных классов.) В примере рассмотрим (1 2)(6 11)(7 8)(9 10). Он меняет местами цветы {6,10} и {9,11}, поэтому мы выбираем элемент N, который это делает, а именно \(\gamma\) = (6 9)(7 8)(10 11). Затем мы должны расположить листья внутри цветов с элементом M, а именно \(\delta\) = (1 2)(6 10)(9 11). Это дает \(\gamma\delta\) = (1 2)(6 11)(7 8)(9 10).

Основное преимущество факторизации Aut(G) = NM заключается в следующем.

Теорема

Для любого списка L L = canon(L) тогда и только тогда, когда L = max { \(\delta\) (L) | \(\delta\) в M} и L = max { \(\gamma\) (L) | \(\gamma\) в N} .

Доказательство

Направление «только если» очевидно, поскольку M и N являются подмножествами Aut(G). Предположим, что в другом направлении L = max {\(\delta\)(L) | \(\delta\) в M} и L = max {\(\gamma\)(L) | \(\gamma\) в N}. Из факторизации Aut(G) мы знаем, что L* = \(\delta\)(\(\gamma\)(L)) для некоторых \(\gamma\) в N и \(\delta\) в M Заметим, что как в L, так и в L* элементы находятся в порядке невозрастания внутри каждого цветка, поскольку они максимизированы относительно M. Напомним также, что автоморфизмы в N сохраняют порядок номеров вершин внутри цветов в силу того факта, что что мы раскрасили вершины в порядке номеров вершин, когда вычисляли N. Это означает, что мы можем принять \(\delta\) за единицу, и поэтому L* = \(\gamma\)(L). Это доказывает, что L* = L, поскольку L = max { \(\gamma\)(L) | \(\gamma\) в N}.

Для реализации условия L = max { \(\gamma\)(L) | \(\gamma\) в M}, нам не нужно вычислять M явно. Вместо этого, поскольку M порождается транспозициями, достаточно, чтобы внутри каждого цветка элементы располагались в порядке убывания относительно номера вершины. Используя порядок элементов, который мы выбрали, в примере нам просто нужно применить неравенства элемент (11). Программа рекурсивно назначает элементы вершинам в порядке номеров вершин и применяет эти неравенства по мере того, как они становятся активными, а не в конце.

Для реализации условия L = max { \(\gamma\)(L) | \(\gamma\) в N}, мы вычисляем N с помощью nauty и проверяем, что \(\gamma\)(L) \(\le\) L для каждого \(\gamma\) в N. Это эффективно на практике потому что N очень мал большую часть времени.

Мы также можем частично усилить N с помощью неравенств: поскольку вершина 6 является наименьшей вершиной в нетривиальной орбите {6, 9} N, мы можем предположить, что element(6) ≥ element(9). Это не обязательно, но дает небольшое улучшение времени.

Например, C ₇ H ₁₄ N ₂ O ₇ имеет 15 425 657 612 изомеров. Использование факторизации Aut(G) = NM уменьшает количество обрабатываемых нетривиальных групп на 58% и максимальный размер группы с 2592 до 72. Общее время генерации на 18% меньше. В типичных случаях метод обеспечивает снижение стоимости примерно на 10–40%.

Третий этап

После завершения назначения элементов вершинам программа переходит к следующему этапу выбора кратности связи для каждого ребра. Это тот же тип проблемы, что и на втором этапе. Вместо списка элементов для каждой вершины у нас есть список кратностей для каждого ребра. Вместо Aut(G) мы используем подгруппу Aut(G), которая сохраняет назначение элементов. В противном случае M и N определяются как прежде. В реализации мы не используем nauty для вычисления N, а вместо этого фильтруем подгруппу N из второго этапа, отбрасывая те автоморфизмы, которые не сохраняют элементы, и преобразовывая остальные в их действия на ребрах.

Ограничения, которые у нас есть в настоящее время, заключаются в том, что для каждого атома общее число инцидентных связей с учетом множественности должно быть не более чем валентность атома, и что общее количество (валентность — инцидентные связи) по всем атомам должно равняться желаемому число атомов водорода. Как только эти ограничения соблюдены, остается только один способ добавить атомы водорода (хотя программа не добавляет их явно).

Например, Генг строит 534 493 немаркированных простых графика за 1,3 с для лизопина С 9.0411 9 Н ₁₈ Н ₂ О ₄ . Для этих графов подгруппа N второго этапа тривиальна в 58% случаев и никогда не превышает 72. Присвоение элементов вершинам дает 3 012 069 151 граф с метками вершин за 90 с. Подгруппа N для третьего этапа тривиальна в 98% случаев. и никогда не превышает 24. Наконец, присвоение множественности связей дает 5 979 199 394 завершенных молекулы за дополнительные 100 с.

Как показывают наши примеры, выброс может очень быстро генерировать молекулярные структуры, что позволяет исследовать очень большие наборы изомеров. Скорость генерации в несколько раз выше, чем даже у самого быстрого формата вывода (SMILES). С другой стороны, любое конкретное приложение, вероятно, будет иметь более сильные ограничения на структуру, чем просто молекулярная формула. Например, некоторые субструктуры могут сделать молекулу нестабильной или придать ей химические свойства, нежелательные для применения. Или экспериментальное исследование неизвестного соединения могло выявить некоторые особенности структуры, так что интерес представляют только молекулы с такими характеристиками.

По этим причинам в программе Surge имеется ряд фильтров для ограничения выходных данных. Метод 3-ступенчатой ​​генерации позволяет реализовать некоторые из них практически бесплатно, и все они намного эффективнее, чем фильтрация вывода через внешнюю программу. Например, на этапе 1 могут быть введены ограничения на количество коротких колец и планарность молекулы. Surge также предоставляет некоторые «черные списки» запрещенных субструктур (многие из них вдохновлены соответствующей функцией MOLGEN).

Открытый исходный код Surge позволяет использовать более продвинутые функции. Написав небольшие фрагменты кода, пользователь может вставлять пользовательские фильтры в любой из трех этапов, а также выполнять такие задачи, как добавление дополнительных элементов и параметров командной строки. Вместе с программой прилагается несколько отработанных примеров.

Генераторы химических графов — PMC

1. Брукколери Р., Карплюс М. Прогнозирование сворачивания коротких полипептидных сегментов с помощью однородной конформационной выборки. Биополимеры: оригинальные исследования биомолекул. 1987;26(1):137–68. 10.1002/бип.360260114 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

2. Sutherland G. DENDRAL — компьютерная программа для создания и фильтрации химических структур. STANFORD UNIV CALIF DEP OF COMPUTER SCIENCE, 1967. [Google Scholar]

3. Серов В., Эльяшберг М., Грибов Л. Математический синтез и анализ молекулярных структур. Журнал молекулярной структуры. 1976; 31 (2): 381–97. [Google Scholar]

4. Фарадзев И. Конструктивное перечисление комбинаторных объектов. 1978. [Google Scholar]

5. Colbourn C, Read R. Упорядоченные алгоритмы для создания ограниченных классов графов. Журнал теории графов. 1979;3(2):187–95. [Google Scholar]

6. Грюнер Т., Лауэ Р., Мерингер М. Алгоритмы групповых действий при построении графов. Группы и вычисления II; 1997: Американская математическая наука. [Google Scholar]

7. Эйб Х., Юрс П. Автоматический анализ химической структуры органических молекул с помощью генератора молекулярной структуры и методов распознавания образов. Аналитическая химия. 1975; 47 (11): 1829–35. [Google Scholar]

8. Sasaki S, Abe H, Hirota Y, Ishida Y, Kudo Y, Ochiai S, et al. CHEMICS-F: компьютерная программа для определения структуры органических соединений. Журнал химической информации и компьютерных наук. 1978;18(4):211–22. [Google Scholar]

9. Шелли С., Мунк М. CASE, компьютерная модель процесса выяснения структуры. Analytica Chimica Acta. 1981;133(4):507–16. [Google Scholar]

10. Badertscher M, Korytko A, Schulz K, Madison M, Munk M, Portmann P, et al. Сборка 2.0: генератор структур. Хемометрика и интеллектуальные лабораторные системы. 2000; 51 (1): 73–9.. [Google Scholar]

11. Кархарт Р., Смит Д., Грей Н. ГЕНУЯ: Компьютерная программа для выяснения структуры с использованием перекрывающихся и альтернативных подструктур. 1981. 10.1007/BF00457449 [CrossRef] [Google Scholar]

12. Luinge H, Van Der Maas J. AEGIS, алгоритм исчерпывающей генерации избыточных структур. Хемометрика и интеллектуальные лабораторные системы. 1990;8(2):157–65. [Google Scholar]

13. Steinbeck C. LUCY — программа для выяснения структуры на основе экспериментов по корреляции ЯМР. Международное издание Angewandte Chemie на английском языке. 1996;35(17):1984–1986. [Google Scholar]

14. Steinbeck C. SENECA: Независимая от платформы, распределенная и параллельная система для компьютерного определения структуры в органической химии. Журнал химической информации и компьютерных наук. 2001;41(6):1500–7. 10.1021/ci000407n [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

15. Фолон Дж. Стохастический генератор химической структуры. 2. Использование имитации отжига для поиска пространства конституционных изомеров. Журнал химической информации и компьютерных наук. 1996;36(4):731–40. [Google Scholar]

16. Нузиллард Дж., Жорж М. Логика определения структуры. Тетраэдр. 1991;47(22):3655–64. [Google Scholar]

17. Блинов К., Эльяшберг М., Молодцов С., Уильямс А., Мартиросян Э. Экспертная система для автоматического определения структуры с использованием корреляций 1H-1H, 13C-1H и 15N-1H 2D ЯМР. Журнал Фрезениуса по аналитической химии. 2001;369(7–8):709–14. 10.1007/s002160100757 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

18. Юнкер Дж. Обсуждение структуры на основе теоретических корреляций ЯМР. Журнал химико-информатики. 2011;3(1):1–4. 10.1186/1758-2946-3-1 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

19. Hu C, Xu L. Принципы создания структуры органических изомеров из молекулярной формулы. Analytica chimica acta. 1994;298(1):75–85. [Google Scholar]

20. Hao J, Xu L, Hu C. Экспертная система для выяснения структур органических соединений (ESESOC). Наука в Китае Серия B: Химия. 2000;43(5):503–15. [Google Scholar]

21. Фаулон Дж. Стохастический генератор химической структуры. 1. Применение к выяснению структуры больших молекул. Журнал химической информации и компьютерных наук. 1994;34(5):1204–18. [Google Scholar]

22. Faulon J, Churchwell C, Visco D. Сигнатурный молекулярный дескриптор. 2. Перечисление молекул по их последовательностям расширенной валентности. Журнал химической информации и компьютерных наук. 2003;43(3):721–34. 10.1021/ci020346o [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

23. Peironcely J, Rojas-Chertó M, Fichera D, Reijmers T, Coulier L, Faulon J, et al. OMG: генератор открытых молекул. Журнал химико-информатики. 2012;4(1):21 10.1186/1758-2946-4-21 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

24. Faulon J. Об использовании эквивалентных графу классов для выяснения структуры больших молекул. Журнал химической информации и компьютерных наук. 1992;32(4):338–48. [Google Scholar]

25. Маккей Б., Пиперно А. Практический изоморфизм графов, II. Журнал символических вычислений. 2014;60:94–112. [Google Scholar]

26. Йирик М. Блогер. 2020. [цитируется по 2020]. Доступно по адресу: https://mayphd.blogspot.com/2020/02/structure-generators-benchmark.html. [Академия Google]

27. Jaghoori M, Jongmans S, de Boer F, Peironcely J, Faulon J, Reijmers T, et al. PMG: многоядерная идентификация метаболитов. Электронные заметки Theor Comput Sci. 2013; 299:53–60. [Google Scholar]

28. Молчанова М., Щербухин В., Зефиров Н. Компьютерная генерация молекулярных структур по программе SMOG. Журнал химической информации и компьютерных наук. 1996;36(4):888–99. [Google Scholar]

29. Бангов И., Канев К. Компьютерное построение структур по брутто-формуле: II. Ненасыщенные и циклические соединения с кратной связью. Использование фрагментов. Журнал математической химии. 1988;2(1):31–48. [Google Scholar]

30. Кербер А., Лауэ Р., Мерингер М., Вармуза К. MOLGEN-MS: Оценка масс-спектров электронного удара низкого разрешения с классификацией МС и исчерпывающим построением структуры. Расширенный масс-спектр. 2001;15(939–940):22. [Google Scholar]

31. Мияо Т., Канеко Х., Фунацу К. Генерация химических графов на основе системы колец для молекулярного дизайна de novo. Журнал компьютерного молекулярного дизайна. 2016;30(5):425–46. 10.1007/s10822-016-9916-1 [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

32. Мияо Т., Канеко Х., Фунацу К. Генерация исчерпывающей структуры на основе кольцевой системы для обратного QSPR/QSAR. Молекулярная информатика. 2014;33(11–12):764–78. 10.1002/минф.201400072 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

33. Мияо Т., Аракава М., Фунацу К. Генерация исчерпывающей структуры для обратного QSPR/QSAR. Молекулярная информатика. 2010;29(1–2):111–25. 10.1002/минф.200

8 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

34. Delépine B, Duigou T, Carbonell P, Faulon J. RetroPath3. 0: Рабочий процесс ретросинтеза для метаболических инженеров. Метаболическая инженерия. 2018;45:158–70. 10.1016/j.ymben.2017.12.002 [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

35. Koch M, Duigou T, Carbonell P, Faulon J. Подсчет молекулярных структур и виртуальный скрининг в химическом пространстве с помощью RetroPath3. 0. Журнал химико-информатики. 2017;9(1):1–17. 10.1186/с13321-017-0252-9 [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

36. Кадурин А., Николенко С., Храбров К., Алипер А., Жаворонков А. желаемые молекулярные свойства in silico. Молекулярная фармацевтика. 2017;14(9): 3098–104. 10.1021/acs.molpharmaceut.7b00346 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

37. Блашке Т., Оливекрона М., Энгквист О., Баджорат Дж., Чен Х. Применение генеративного автоэнкодера в молекулярном дизайне de novo. Молекулярная информатика. 2018;37(1–2):1700123 10.1002/минф.201700123 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

38. Кристи Б., Мунк М. Генерация структуры путем редукции: новая стратегия компьютерного объяснения структуры. Журнал химической информации и компьютерных наук. 1988;28(2):87–93. 10.1021/ci00058a009 [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

39. Глен Р., Бендер А., Арнби С., Карлссон Л., Бойер С., Смит Дж. Круговые отпечатки пальцев: гибкие молекулярные дескрипторы с приложениями от физической химии до ADME. IDrugs. 2006;9(3):199 [PubMed] [Google Scholar]

40. Faulon J, Collins M, Carr R. Сигнатурный молекулярный дескриптор. 4. Канонизация молекул с использованием расширенных валентных последовательностей. Журнал химической информации и компьютерных наук. 2004;44(2):427–36. 10.1021/ci0341823 [PubMed] [CrossRef] [Академия Google]

41. Bohanec S. Генерация структуры путем комбинации уменьшения структуры и сборки структуры. Журнал химической информации и компьютерных наук. 1995;35(3):494–503. [Google Scholar]

42. Корытко А., Шульц К., Мэдисон М., Мунк М. ХУДИНИ: новый подход к компьютерному созданию структур.