ДВУХПАКЕТНЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2007 года по МПК H02K19/16 H02K21/24 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам.

Известен синхронный генератор торцевого исполнения с возбуждением от постоянных магнитов (Авторское свидетельство №114917 класс 21d, 45, СССР от 29.08.1957 г.), содержащий два пакета статора, между которыми размещен многополюсный индуктор, в полузакрытых пазах пакетов статора расположена якорная обмотка.

Недостатками генератора являются:

- повышенный начальный момент страгивания, т.е. момент, препятствующий в пазовых генераторах смещению неподвижного ротора из установившегося положения;

- пониженные энергетические характеристики.

Повышенный начальный момент страгивания наблюдается в генераторах как торцевого, так и радиального конструктивных исполнений. Сущность возникновения начального момента, препятствующего страгиванию, заключается в следующем. В пазовых электрических машинах проводимость зоны воздушного зазора изменяется в зависимости от угла поворота ротора из-за наличия пазов. Ротор устанавливается в таком положении, где магнитная проводимость максимальна. Чем больше разница в проводимостях при различных положении ротора, тем больше момент, препятствующий страгиванию. Он является препятствием использования генератора в таких сферах применения, как ветроэнергетика, гидроэнергетика, где необходимо свободное, плавное вхождение во вращение.

Перечисленные недостатки ухудшают эксплуатационные и энергетические характеристики генератора.

Задача изобретения - улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик.

Технический результат - выравнивание суммарной проводимости зазоров в зависимости от угла поворота ротора, обеспечение плавности страгивания, снижение дополнительных потерь.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предложен двухпакетный синхронный генератор, содержащий пакеты статора с пазами для обмоток и расположенный между пакетами многополюсный индуктор, в котором для улучшения эксплуатационных и энергетических характеристик пакеты статора смещены друг относительно друга на половину зубцового деления, а пазы статора скошены на половину зубцового деления.

На Фиг.1 представлена конструкция двухпакетного синхронного генератора в торцевом конструктивном исполнении; на фиг.2 - схема магнитной цепи генератора, путь прохождения магнитного потока; на фиг.3, 4 для сравнения представлены зубцовые зоны статоров в четырех различных положениях магнитов ротора: со смещением пакетов статора (Фиг.3) и без смещения (Фиг.4). На фиг.5 схематически показано взаимное расположение скошенных пазов пакетов статора 1, 2 друг против друга: а) без смещения, со скосом пазов на одно зубцовое деление, б) со смещением, со скосом пазов на половину зубцового деления.

Синхронный генератор содержит статор, состоящий из двух навитых пакетов 1 и 2. Пакеты статора 1, 2 смещены друг относительно друга на половину зубцового деления. Пазы пакетов 1, 2 статора выполнены открытыми со скосом на половину зубцового деления. В пазах размещены обмотки 3, 4 соединенные последовательно. Ротор содержит индуктор 5 с постоянными магнитами 6.

Магнитный поток постоянных магнитов 6 (Фиг.2), замыкаясь через пакеты статора, проходит последовательно через две пары зазоров δ₁, δ₁ и δ₂, δ₂. При вращении ротора переменнополюсный поток магнитов 6 наводит в обмотках 3, 4 статора суммарную э.д.с.

Преимущества предложенного технического решения, а именно смещения пакетов статора, показывает анализ взаимного расположения зубцовых зон пакетов статора и магнитов ротора. Для облегчения анализа на Фиг.2, 3, 4 показаны зубцовые зоны для числа пазов на полюс и фазу q=1. Проводимость зазора G_δ пропорциональна площади прохождения потока в зазоре. Без учета распушения потока с достаточной степенью приближенности, одинаковой для всех положений обоих вариантов, можно считать, что она пропорциональна сумме сечений зубцов, следовательно сумме ширины зубцов b_z, находящихся против магнита, и обратно пропорциональна пути прохождения потока, т.е. длине зазора δ. Зазор неизменен, следовательно, , . Суммарная проводимость последовательных зазоров зубцовых зон .

Проводимости в различных положениях ротора без смещения пакетов статора (Фиг.4) составляют:

в положении 1 - G_δ1=k2b_z, G_δ2=k2b_z,

В положении 2 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2,25b_z,

В положении 3 - G_δ1=k2,5b_z, G_δ2=k2,5b_z,

В положении 4 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2,25b_z,

Изменение проводимости происходит от 1 до 1,25, т.е. на 25%. Аналогично, проводимости в различных положениях ротора со смещением пакетов статора (Фиг.3) составляют:

в положении 1 - G_δ1=k2,5b_z, G_δ2=k2b_z,

в положении 2 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2b_z,

В положении 3 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2,25b_z,

В положении 4 - G_δ1=k2b_z, G_δ2=k2,5b_z,

Изменение проводимости происходит от 1,111 до 1,125, т.е. на 1,26%. Таким образом, смещение пакетов статора уменьшает изменение проводимости с 25% до 1,26%, соответственно момент, препятствующий страгиванию, пропорциональный производной изменения проводимости по углу поворота ротора, уменьшается на порядок.

Дальнейшее сглаживание изменения суммарной проводимости и снижение начального момента страгивания происходит при введении скоса пазов.

Общеизвестна рекомендация скоса пазов на одно зубцовое деление.

Действительно, в известных электрических машинах плавный переход магнита от одного зубца к другому по проводимости происходит при скосе пазов на одно зубцовое деление.

В двухпакетном статоре без смещения это аналогично одновременно повторяется на втором пакете (Фиг.5а) 1, 2.

В двухпакетном статоре при наличии смещения пакетов на половину зубцового деления плавный переход магнита от зубца одного пакета к соседнему зубцу другого пакета происходит при скосе пазов на половину зубцового деления (Фиг.5б) 1, 2.

Следовательно, наличие смещения пакетов в двухпакетном статоре делает достаточным скос пазов на половину зубцового деления.

А так как скос пазов приводит к некоторому увеличению индуктивного сопротивления рассеяния х_s, к увеличению длины витка обмотки и сопротивления фазы R_ф, к уменьшению сечения паза в свету, то уменьшение скоса положительно сказывается на x_s, R_ф и облегчает укладку обмотки в паз.

Выравнивание суммарной проводимости магнитной цепи машины смещением пакетов на половину зубцового деления и введением скоса пазов на половину зубчатого деления одновременно с уменьшением начального момента страгивания приводит к уменьшению дополнительных потерь и повышению к.п.д. Все это улучшает эксплуатационные и энергетические характеристики, т.е. решает поставленную задачу.

Наибольший эффект от данного технического решения достигается при использовании его в тихоходных ветро- и гидрогенераторах.

На предприятии-заявителе ОАО "Электропривод" изготовлен двухъярусный торцевой генератор, в котором открытые пазы в навитых лентой из электротехнической стали пакетах статора изготовлены нарезанием стандартной дисковой фрезой. Такой способ изготовления технологичен и позволяет снизить трудоемкость изготовления пакетов в индивидуальном и мелкосерийном производстве в сотни раз по сравнению с изготовлением полузакрытых пазов статора генератора (Л.М.Паластин. Синхронные машины автономных источников питания. М.: Энергия. 1980 г., стр.82-84).

Также на предприятии-заявителе ОАО "Электропривод" спроектирован образец двухпакетного торцевого синхронного генератора мощностью 11 кВт, в котором заложены мероприятия по предложенному техническому решению.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано, в частности, в тихоходных ветрогенераторах и гидрогенераторах. Сущность изобретения состоит в том, что в двухпакетном синхронном генераторе, содержащем пакеты статора с пазами для обмоток и расположенный между пакетами многополюсный индуктор, для улучшения эксплуатационных и энергетических характеристик пакеты статора смещены друг относительно друга на половину зубцового деления, а пазы статора скошены на половину зубцового деления. При таком выполнении двухпакетного генератора смещение пакетов его статора на половину зубцового деления делает достаточным скос его пазов всего на половину зубцового деления для обеспечения плавного перехода индуктора от зубца одного пакета статора к соседнему зубцу другого пакета статора, что обеспечивает уменьшение начального момента страгивания. Выравнивание суммарной проводимости магнитной цепи двухпакетного синхронного генератора смещением пакетов его статора при одновременном уменьшении начального момента страгивания приводит к достижению технического результата, состоящего в улучшении эксплуатационных и энергетических характеристик путем снижения дополнительных потерь и повышении к.п.д. двухпакетного синхронного генератора, как в торцевом, так и в радиальном его конструктивном исполнении. 5 ил.

Двухпакетный синхронный генератор, содержащий пакеты статора с пазами для обмоток и расположенный между пакетами многополюсный индуктор, отличающийся тем, что пакеты статора смещены относительно друг друга на половину зубцового деления, а пазы статора скошены на половину зубцового деления.