ДВУХПОЛЮСНАЯ СТАТОРНАЯ ОБМОТКА АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 2013 года по МПК H02K17/14 H02K3/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах с конденсаторным возбуждением для автономных электростанций.

Известна двухполюсная обмотка асинхронного генератора, состоящая из 12 катушечных групп с выводами от объединенных начала 1 и конца 6 катушечных групп, от объединенных начала 5 и конца 10 катушечных групп, от объединенных начала 9 и конца 2 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 8 и конца 7 катушечных групп, от объединенных начала 12 и конца 11 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 8 катушечной группы, конец 5 - с концом 11, конец 9 - с концом 4, начало 2 - с началом 7, начало 3 - с началом 10, начало 6 - с началом 11 катушечной группы, и конденсаторы возбуждения подключены в соответствии с требуемым режимом выходного напряжения генератора к соответствующим выводам обмотки (патент RU 2263385, БИ №30, 2005).

Недостаток известной обмотки в том, что при включении нагрузки на выводы низкого напряжения магнитодвижущая сила (МДС) от тока нагрузки содержит значительные амплитуды высших гармоник, повышающие нагрев ротора и ухудшающие работу асинхронного генератора.

Известна двухполюсная обмотка асинхронного генератора с соотношением линейного и фазного напряжений, близким к 1,73/1 из 12 катушечных групп с выводами от объединенных начала 4 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 8 и конца 7 катушечных групп, от объединенных начала 12 и конца 11 катушечных групп, от объединенных начала 2 и конца 5 катушечных групп, от объединенных начала 6 и конца 9 катушечных групп, от объединенных начала 10 и конца 1 катушечных групп, при этом начало 1 катушечной группы соединено с началом 7 катушечной группы, начало 5 - с началом 11, начало 9 - с началом 3 катушечной группы, а конденсаторы возбуждения присоединены к выводам 13, 15, 17 (патент RU 2316104, БИ №3, 2008 - прототип).

Недостаток известной обмотки в том, что угловое смещение векторов ЭДС на выводах обмотки соответствует 100° при 36 пазах статора и чередование чисел катушек в группах 1-5 не позволяет эффективно использовать площадь паза с целью снижения уровня потерь в статорной обмотке.

Техническим решением изобретения является повышение энергетической эффективности асинхронного генератора.

Поставленная задача достигается тем, что в двухполюсной статорной обмотке асинхронного генератора, состоящей из двенадцати катушечных групп и конденсаторов возбуждения, конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, начало второй катушечной группы - с началом восьмой катушечной группы, конец третьей катушечной группы - с концом девятой катушечной группы, начало четвертой катушечной группы - с началом десятой катушечной группы, конец одиннадцатой катушечной группы - с концом пятой катушечной группы, начало двенадцатой катушечной группы - с началом шестой катушечной группы, первый вывод обмотки взят от объединенных конца десятой и начала первой катушечных групп, второй вывод обмотки взят от объединенных начала седьмой и конца восьмой катушечных групп, третий вывод обмотки взят от объединенных конца второй и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод обмотки взят от объединенных начала одиннадцатой и конца двенадцатой катушечных групп, пятый вывод обмотки взят от объединенных конца шестой и начала девятой катушечных групп, шестой вывод обмотки взят от объединенных начала третьей и конца четвертой катушечных групп, при этом первый, второй и третий конденсаторы возбуждения присоединены к первому, третьему и пятому выводам обмотки.

На фигуре 1 приведена схема обмотки статора, на фигуре 2 показано соотношение ЭДС на выводах схемы, на фигуре 3 дана схема включения конденсаторов возбуждения и направление токов в частях обмотки, на фигуре 4 показана векторная диаграмма токов в частях обмотки при холостом ходе и при активной нагрузке.

Согласно фигуре 1 и 3 двухполюсная статорная обмотка асинхронного генератора содержит 12 катушечных групп (1…12) с выводом 13 от объединенных начала 11 и конца 12 катушечных групп, с выводом 14 от объединенных конца 10 и начала 1 катушечных групп, с выводом 15 от объединенных начала 3 и конца 4 катушечных групп, с выводом 16 от объединенных конца 2 и начала 5 катушечных групп, с выводом 17 от объединенных начала 7 и конца 8 катушечных групп, с выводом 18 от объединенных конца 6 и начала 9 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 7 катушечной группы, начало 2 - с началом 8, конец 3 - с концом 9, начало 4 - с началом 10, конец 11 - с концом 5, начало 12 - с началом 6 катушечной группы, а конденсаторы возбуждения 19, 20, 21 присоединены к выводам 14, 16, 18.

Согласно фигуре 2 угловое смещение ЭДС составляет 60° и их соотношение E_14-16/E_17-13=1/0,732.

Согласно фигурам 3 и 4, где i_µ - ток намагничивания, создаваемый конденсаторами возбуждения, i_a, i_b, i_c - фазные токи нагрузки, токи в частях обмотки при нагрузке изменяются по-разному. Шаг обмотки y=15 позволяет в одни и те же пазы укладывать катушки частей обмотки из одинакового числа витков проводом разного сечения. Рациональным является соотношение сечений 2/1. Для проводников с меньшим током (нечетные номера катушечных групп) отводится 1/3 площади паза, а для проводников с большим током (четные номера катушечных групп) отводится 2/3 площади паза. Такое распределение проводников в значительной мере способствует снижению уровня потерь в статорной обмотке.

Двухполюсная статорная обмотка асинхронного генератора работает следующим образом. Конденсаторы возбуждения 19, 20, 21 подключены к выводам 14, 16,18. Нагрузка подключается к выводам 13, 15, 17.

При вращении ротора асинхронного генератора со скоростью выше скорости вращения магнитного поля, за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения 19, 20, 21 происходит процесс самовозбуждения.

Соотношение величин ЭДС линейного напряжения между выводами обмотки 14-16, 16-18, 18-14 и выводами обмотки 13-15, 15-17, 17-13 составляет 1/0,732. Нагрузку можно подключать на эти выводы и получать разное напряжение.

Достоинство обмотки заключается в том, что она позволяет повысить энергетическую эффективность асинхронного генератора за счет распределения сечения проводников обмотки по пазам, что в значительной мере способствует снижению уровня потерь в статорной обмотке.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в асинхронных генераторах с конденсаторным возбуждением для автономных электростанций. Технический результат - повышение энергоэффективности асинхронного генератора путем уменьшения уровня потерь в статорной обмотке за счет увеличения сечения провода в части обмотки с большим током. Предлагаемая двухполюсная статорная обмотка асинхронного генератора состоит из двенадцати катушечных групп и конденсаторов возбуждения, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, начало второй - с началом восьмой, конец третьей катушечной группы - с концом девятой катушечной группы, начало четвертой катушечной группы - с началом десятой катушечной группы, конец одиннадцатой катушечной группы - с концом пятой катушечной группы, начало двенадцатой катушечной группы - с началом шестой катушечной группы, первый вывод обмотки взят от объединенных конца десятой и начала первой катушечных групп, второй вывод обмотки взят от объединенных начала седьмой и конца восьмой катушечных групп, третий вывод обмотки взят от объединенных конца второй и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод обмотки взят от объединенных начала одиннадцатой и конца двенадцатой катушечных групп, пятый вывод обмотки взят от объединенных конца шестой и начала девятой катушечных групп, шестой вывод обмотки взят от объединенных начала третьей и конца четвертой катушечных групп, при этом первый, второй и третий конденсаторы возбуждения присоединены к первому, третьему и пятому выводам обмотки. 4 ил.

Двухполюсная статорная обмотка асинхронного генератора, состоящая из двенадцати катушечных групп и конденсаторов возбуждения, отличающаяся тем, что конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, начало второй - с началом восьмой, конец третьей катушечной группы - с концом девятой катушечной группы, начало четвертой катушечной группы - с началом десятой катушечной группы, конец одиннадцатой катушечной группы - с концом пятой катушечной группы, начало двенадцатой катушечной группы - с началом шестой катушечной группы, первый вывод обмотки взят от объединенных конца десятой и начала первой катушечных групп, второй вывод обмотки взят от объединенных начала седьмой и конца восьмой катушечных групп, третий вывод обмотки взят от объединенных конца второй и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод обмотки взят от объединенных начала одиннадцатой и конца двенадцатой катушечных групп, пятый вывод обмотки взят от объединенных конца шестой и начала девятой катушечных групп, шестой вывод обмотки взят от объединенных начала третьей и конца четвертой катушечных групп, при этом первый, второй и третий конденсаторы возбуждения присоединены к первому, третьему и пятому выводам обмотки.