СТАТОРНАЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОБМОТКА АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2005 года по МПК H02K17/14 H02K3/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания автономных источников электроэнергии.

Известна статорная обмотка асинхронной машины, содержащая 12 пар концентрически расположенных внешних однослойных и внутренних двухслойных катушек в каждой паре, соединенных определенным образом (Ванурин В.Н. Статорные обмотки асинхронных электродвигателей. Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2001).

Недостаток обмотки заключается в том, что в режиме асинхронного генератора она создает только одно напряжение постоянной частоты.

Известна другая статорная обмотка асинхронной машины, содержащая 12 пар концентрически расположенных внешних однослойных и внутренних двухслойных катушек в каждой паре, при этом в первую фазу входят 1, 4, 7, 10 пары, во вторую 3, 6, 9, 12 пары, в третью 5, 8, 11, 2 пары с встречным включением в фазе однослойных и двухслойных катушек разных пар, выводы взяты от начал однослойных катушек 1, 3, 5 пар, от объединенных начал однослойных и двухслойных катушек 2, 10, 12 пар, начала двухслойных катушек 7, 9, 11 пар образуют нулевую точку (Авторское свидетельство СССР №1376182, Н 02 К 17/14; 3/28. Трехфазная обмотка с соотношением чисел пар полюсов p₁:p₂=4:1. 1986 г.).

Недостаток обмотки заключается в том, что в генераторах автономных источников электроэнергии с фиксированной частотой вращения приводного двигателя она не создает одинаковые по величине напряжения разной частоты и дополнительное пониженное напряжение повышенной частоты.

Техническим решением изобретения является задача расширения функциональных возможностей обмотки для создания одинаковых по величине напряжений разной частоты и дополнительного пониженного напряжения повышенной частоты.

Решение указанной задачи достигается тем, что в статорной многофункциональной обмотке асинхронного генератора из 12 пар концентрически расположенных внешних однослойных и внутренних двухслойных катушек, с включением в первую фазу 1, 4, 7, 10 пар, во вторую 3, 6, 9, 12 пар, в третью 5, 8, 11, 2 пар с встречным включением в фазе однослойных и двухслойных катушек разных пар, первые выводы взяты от начал однослойных катушек 1, 3, 5 пар, вторые выводы основной обмотки образованы от объединенных начал двухслойных и концов однослойных катушек, 2, 10, 12 пар, от концов двухслойных катушек 1, 3, 5 пар образованы третьи выводы, к которым подключена шестнадцатиполюсная обмотка, при этом основная обмотка соединена в “звезду” или “двойную звезду”, к выводам которой подключена нагрузка и конденсаторы возбуждения, а низковольтная нагрузка подключена к третьим выводам.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что статорная многофункциональная обмотка асинхронного генератора содержит 12 пар концентрически расположенных внешних однослойных и внутренних двухслойных катушек и конденсаторы возбуждения, при этом вторые выводы основной обмотки образованы от объединенных начал двухслойных и концов однослойных катушек, 2, 10, 12 пар, от концов двухслойных катушек 1, 3, 5 пар образованы третьи выводы, к которым подключена шестнадцатиполюсная обмотка, при этом основная обмотка соединена в “звезду” или “двойную звезду”, к выводам которой подключена нагрузка и конденсаторы возбуждения, а низковольтная нагрузка подключена к третьим выводам, обеспечивается расширение функциональных возможностей обмотки для создания одинаковых по величине напряжений разной частоты и дополнительного пониженного напряжения повышенной частоты.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 показана схема обмотки;

на фиг.2 показано направление токов в катушках при 16 полюсах;

на фиг.3 показано направление токов в катушках при 4 полюсах;

на фиг.4 показаны схемы подключения конденсаторов и нагрузки.

Согласно фиг.1, статорная многофункциональная обмотка содержит 12 пар концентрически расположенных внешних однослойных и внутренних двухслойных катушек в каждой паре, составляющие основную обмотку, выводы 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21 и конденсаторы возбуждения 22, 23, 24, при этом в первую фазу входят 1, 4, 7, 10 пары, во вторую 3, 6, 9, 12 пары, в третью 5, 8, 11, 2 пары с встречным включением в фазе однослойных и двухслойных катушек разных пар, первые выводы 14, 16, 17 взяты от начал однослойных катушек 1, 3, 5 пар, вторые выводы 13, 15, 18 основной обмотки взяты от объединенных начал двухслойных и концов однослойных катушек 2, 10, 12 пар, от концов двухслойных катушек 1, 3, 5 пар взяты третьи выводы 19, 20, 21, к которым подключена дополнительная шестнадцатиполюсная обмотка.

Благодаря принятому соединению соотношение индукций в воздушном зазоре и соотношение витков обмотки при 16 и 4 полюсах позволяет на выводах автономного генератора при одной и той же частоте вращения приводной машины получить практически одинаковое по величине напряжение частотой, например, 200 Гц - на выводах 13, 15, 18 шестнадцатиполюсной обмотки (фиг.2, стороны катушек фазы А обозначены квадратом, фазы В - треугольником и фазы С - кругом) при соединении фаз в две звезды (выводы 14, 16, 17 объединены в нулевую точку) и 50 Гц – на выводах 14, 16, 17 четырехполюсной обмотки (фиг.3) при соединении фаз в “звезду”, а также пониженное напряжение частотой 200 Гц на выводах 19, 20, 21 дополнительной шестнадцатиполюсной обмотки (фиг.4).

Статорная многофункциональная обмотка асинхронного генератора работает следующим образом.

Режим 1. Конденсаторы возбуждения 22, 23, 24 и высоковольтная нагрузка подключены ко вторым выводам 13, 15, 18 (фиг.4). Выводы 14, 16, 17 соединены между собой. Низковольтная нагрузка, например, электроинструмент 36 В, 200 Гц, подключена к третьим выводам 19, 20, 21.

При вращении ротора асинхронного генератора с частотой, например, 1500 мин^-1 (157 с^-1), за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения 22, 23, 24 в статорной многофункциональной обмотке наводится ЭДС и генератор самовозбуждается. Нагрузка питается различным напряжением с частотой тока 200 Гц. В качестве низковольтной нагрузки можно подключить трехфазный выпрямитель и использовать для питания сварочной дуги.

Режим 2. Обмотки соединяются в “звезду”. К первым выводам 14, 16, 17 подключается нагрузка и конденсаторы возбуждения.

В этом случае получается четырехполюсная обмотка. При вращении ротора с той же фиксированной частотой, например, 1500 мин^-1 (157 с^-1), генератор возбуждается и многофункциональная обмотка будет выдавать напряжение с частотой тока 50 Гц.

Статорная многофункциональная обмотка асинхронного генератора содержит двенадцать пар концентрически расположенных внешних однослойных и внутренних двухслойных катушек в каждой паре, при этом в первую фазу входят пары 1, 4, 7, 10, во вторую - пары 3, 6, 9, 12, в третью - пары 5, 8, 11, 2 с встречным включением в фазе однослойных и двухслойных катушек разных пар. Первые выводы взяты от начал однослойных катушек пар 1, 3, 5. Вторые выводы образованы от объединенных начал двухслойных и концов однослойных катушек пар 2, 10, 12. От концов двухслойных катушек пар 1, 3, 5 образованы третьи выводы, к которым подключена дополнительная шестнадцатиполюсная обмотка. Основная обмотка соединяется в “звезду” или “двойную звезду”, к выводам которой подключается нагрузка и конденсаторы возбуждения, а низковольтная нагрузка подключается к третьим выводам. Такое выполнение обмотки позволяет создавать автономные источники энергии на разную частоту тока с разной величиной напряжения на основе асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением при фиксированной частоте вращения приводного двигателя. 4 ил.

Статорная многофункциональная обмотка асинхронного генератора, содержащая двенадцать пар концентрически расположенных внешних однослойных и внутренних двухслойных катушек, при этом в первую фазу входят первая, четвертая, седьмая, десятая пары, во вторую - третья, шестая, девятая, двенадцатая пары, в третью - пятая, восьмая, одиннадцатая, вторая пары с встречным включением в фазе однослойных и двухслойных катушек разных пар, а первые выводы взяты от начал однослойных катушек первой, третьей, пятой пар, отличающаяся тем, что вторые выводы основной обмотки образованы от объединенных начал двухслойных и концов однослойных катушек второй, десятой, двенадцатой пар, от концов двухслойных катушек первой, третьей, пятой пар образованы третьи выводы, к которым подключена дополнительная шестнадцатиполюсная обмотка, при этом основная обмотка соединена в “звезду” или “двойную звезду”, к выводам которой подключены нагрузка и конденсаторы возбуждения, а низковольтная нагрузка - к третьим выводам.