АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ВОСЬМИПОЛЮСНОЙ СТАТОРНОЙ ОБМОТКОЙ Российский патент 2014 года по МПК H02K17/14 H02K3/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах автономных электростанций на частоту тока 200 Гц при частоте вращения приводного двигателя близкой к 3000 об/мин или на частоту тока 400 Гц при частоте вращения приводного двигателя близкой к 6000 об/мин.

Известен асинхронный генератор на частоту тока 200 Гц с восьмиполюсной статорной обмоткой, состоящей из 18 катушечных групп с выводами от начал 1, 7, 13 катушечных групп, с соединением конца 1 катушечной группы с началом 10 катушечной группы, конца 7 с началом 16, конца 13 с началом 4, при этом выводы взяты от объединенных концов 3 и 5 катушечных групп, от объединенных концов 9 и 11 катушечных групп, от объединенных концов 15 и 17 катушечных групп, начало 3 катушечной группы соединено с концом 12 катушечной группы, начало 5 с концом 14, начало 9 с концом 18, начало 11 с концом 2, начало 15 с концом 6, начало 17 с концом 8, объединены начала 18, 8 и конец 4 катушечных групп, начала 12, 2 и конец 16 катушечных групп, начала 6, 14 и конец 10 катушечных групп, а конденсаторы возбуждения присоединены к выводам 19, 21, 23 в соответствии с требуемым режимом питания нагрузки (патент RU 2316880, БИ №4, 2008).

Недостаток известной обмотки в том, что при включении нагрузки к асинхронному генератору она характеризуется повышенным дифференциальным рассеянием, что снижает эксплуатационные характеристики генератора.

Известна восьмиполюсная статорная обмотка асинхронного генератора на частоту тока 200 Гц из 24 катушечных групп с выводами от начал 1, 2, 3 катушечных групп с конденсаторами возбуждения, с выводами от объединенных конца 12 и начала 15 катушечных групп, от объединенных конца 10 и начала 13 катушечных групп, от объединенных конца 11 и начала 14 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с началом 4, конец 4 - с началом 7, конец 7 - с началом 10, конец 13 - с началом 16, конец 16 - с началом 19, конец 19 - с началом 22, конец 2 - с началом 5, конец 5 - с началом 8, конец 8 - с началом 11, конец 14 - с началом 17, конец 17 - с началом 20, конец 20 - с началом 23, конец 3 - с началом 6, конец 6 - с началом 9, конец 9 - с началом 12, конец 15 - с началом 18, конец 18 - с началом 21, конец 21 - с началом 24, объединены концы 22, 23, 24 катушечных групп (рисунок 14.1 на странице 239 книги Богатырева Н.И., Ванурина В.И., Вронского О.В. «Схемы статорных обмоток, параметры и характеристики электрических машин переменного тока», Краснодар 2007 - прототип).

Недостаток известной обмотки в сложности ее укладки в пазы статора.

Техническим результатом изобретения является упрощение выполнения обмотки и повышение энергоэффективности асинхронного генератора.

Поставленная задача достигается тем, асинхронный генератор с восьмиполюсной статорной обмоткой из двадцати четырех катушечных групп (с первой по двадцать четвертую) и конденсаторов возбуждения, согласно изобретению первый вывод взят от объединенных начала первой и конца шестой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца второй и начала третьей катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца четвертой и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца девятнадцатой и начала двадцатой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца двадцать первой и начала двадцать второй катушечных групп, шестой вывод от объединенных конца двадцать третьей и начала двадцать четвертой катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы соединен с началом седьмой катушечной группы, начало второй - с концом восьмой, конец третьей - с началом девятой, начало четвертой - с концом десятой, конец пятой - с началом одиннадцатой, начало шестой - с концом двенадцатой катушечной группы, конец седьмой - с началом тринадцатой, начало восьмой - с концом четырнадцатой, конец девятой - с началом пятнадцатой, начало десятой - с концом шестнадцатой, конец одиннадцатой - с началом семнадцатой, начало двенадцатой - с концом восемнадцатой, конец тринадцатой - с началом девятнадцатой, начало четырнадцатой - с концом двадцатой, конец пятнадцатой - с началом двадцать первой, начало шестнадцатой - с концом двадцать второй, конец семнадцатой - с началом двадцать третьей, начало восемнадцатой катушечной группы с концом двадцать четвертой катушечной группы, при этом конденсаторы возбуждения соединены с первым, вторым и третьим выводами, а нагрузка генератора соединена с четвертым, пятым и шестым выводами.

Новизна заявляемого технического решения достигается за счет того, что первый вывод взят от объединенных начала первой и конца шестой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца второй и начала третьей катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца четвертой и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца девятнадцатой и начала двадцатой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца двадцать первой и начала двадцать второй катушечных групп, шестой вывод от объединенных конца двадцать третьей и начала двадцать четвертой катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы соединен с началом седьмой катушечной группы, начало второй - с концом восьмой, конец третьей - с началом девятой, начало четвертой - с концом десятой, конец пятой - с началом одиннадцатой, начало шестой - с концом двенадцатой катушечной группы, конец седьмой - с началом тринадцатой, начало восьмой - с концом четырнадцатой, конец девятой - с началом пятнадцатой, начало десятой - с концом шестнадцатой, конец одиннадцатой - с началом семнадцатой, начало двенадцатой - с концом восемнадцатой, конец тринадцатой - с началом девятнадцатой, начало четырнадцатой - с концом двадцатой, конец пятнадцатой - с началом двадцать первой, начало шестнадцатой - с концом двадцать второй, конец семнадцатой - с началом двадцать третьей, начало восемнадцатой катушечной группы с концом двадцать четвертой катушечной группы, при этом конденсаторы возбуждения соединены с первым, вторым и третьим выводами, а нагрузка генератора соединена с четвертым, пятым и шестым выводами.

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, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.

На фигуре 1 приведена схема восьмиполюсной статорной обмотки асинхронного генератора; на фигуре 2 - схема соединения конденсаторов возбуждения, направление токов возбуждения и ЭДС при холостом ходе асинхронного генератора; на фигуре 3 - направление тока в катушках обмотки относительно выводов 25, 28, 26 и 28, 26, 29; на фигуре 4 и 5 - векторная диаграмма ЭДС и токов при холостом ходе асинхронного генератора; на фигуре 6 - схема соединения нагрузки и направление токов возбуждения, токов нагрузки и токов обмоток генератора; на фигуре 7 и 8 - векторная диаграмма токов в частях обмотки при активной нагрузке (на примере фазы А) и характер изменения токов в частях фазной обмотки с ростом тока нагрузки.

Согласно фигуре 1 схема восьмиполюсной статорной обмотки асинхронного генератора содержит 24 катушечные группы (1…24) с выводом 25 от объединенных начала 1 и конца 6 катушечных групп, с выводом 26 от объединенных конца 2 и начала 3 катушечных групп, с выводом 27 от объединенных конца 4 и начала 5 катушечных групп, с выводом 28 от объединенных конца 19 и начала 20 катушечных групп, с выводом 29 от объединенных конца 21 и начала 22 катушечных групп, с выводом 30 от объединенных конца 23 и начала 24 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с началом 7 катушечной группы, начало 2 - с концом 8, конец 3 - с началом 9, начало 4 - с концом 10, конец 5 - с началом 11, начало 6 - с концом 12 катушечной группы, конец 7 - с началом 13, начало 8 - с концом 14, конец 9 - с началом 15, начало 10 - с концом 16, конец 11 - с началом 17, начало 12 - с концом 18, конец 13 - с началом 19, начало 14 - с концом 20, конец 15 - с началом 21, начало 16 - с концом 22, конец 17 - с началом 23, начало 18 катушечной группы с концом 24 катушечной группы.

Согласно фигуре 2 конденсаторы возбуждения 31, 32, 33 включены на выводы 25, 26 и 27. При холостом ходе генератора магнитный поток от токов намагничивания (фигура 5) i_µA, i_µB, i_µC индуцирует относительно выводов (25 и 26) и (28 и 29), например, фазной обмотки А одинаковые по величине ЭДС Е_25-26 и Е_28-29 со смещением на угол 60° (фигура 4). На фигуре 3 стороны катушек фазы А обозначены квадратами, фазы В треугольниками и фазы С кругами (отмечено и расположение выводов). Как относительно выводов 25 и 26, так и относительно выводов 28 и 29 фазные зоны составляют 120 электрических градусов.

Согласно фигурам 6-8 при включении активной нагрузки 34 на выводы 28, 29, 30 векторная сумма токов возбуждения и нагрузки в частях фазной обмотки (на примере фазы А) составляют разные значения. При диаметральном шаге расположения сторон катушек частей фазных обмоток, с большим и малым токами в одних и тех же пазах позволяет выполнять катушки частей обмоток проводом разного сечения, что до определенного уровня степени загрузки (до 50-60%) способствует заметному снижению потерь в статорной обмотке.

Асинхронный генератор с восьмиполюсной статорной обмоткой работает следующим образом. При вращении ротора асинхронного генератора со скоростью выше скорости вращения магнитного поля, за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения 31, 32, 33 происходит процесс самовозбуждения асинхронного генератора.

При холостом ходе асинхронного генератора по обмоткам статора протекает емкостной ток намагничивания i_µA, i_µB, i_µC. Этот ток создает магнитный поток, который индуцирует относительно выводов (25 и 26) и (28 и 29), например, фазной обмотки А одинаковые по величине ЭДС Е_25-26 и Е_28-29 со смещением на угол 60°.

При включении нагрузки, например, к выводам 28, 29, 30 кроме тока намагничивания i_µA, i_µB, i_µC появляется ток нагрузки i_A, i_B, i_C (фигура 6 и 7).

Ток нагрузки и ток возбуждения в частях фазной обмотки составляют разные значения (фигура 8). Это позволяет выполнять катушки частей обмоток проводом разного сечения, что до определенного уровня степени загрузки (до 50-60%) способствует заметному снижению потерь в статорной обмотке.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в асинхронных генераторах автономных электростанций. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении энергоэффективности асинхронного генератора путем выполнения частей фазных обмоток проводом разного сечения. Часть фазной обмотки с большей векторной суммой токов нагрузки и намагничивания выполняется проводом большего сечения, другая часть фазной обмотки с меньшей векторной суммой токов нагрузки выполняется проводом меньшего сечения. В предлагаемом асинхронном генераторе с восьмиполюсной статорной обмоткой из двадцати четырех катушечных групп (с первой по двадцать четвертую) и конденсаторов возбуждения, согласно изобретению, первый вывод взят от объединенных начала первой и конца шестой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца второй и начала третьей катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца четвертой и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца девятнадцатой и начала двадцатой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца двадцать первой и начала двадцать второй катушечных групп, шестой вывод от объединенных конца двадцать третьей и начала двадцать четвертой катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы соединен с началом седьмой катушечной группы, начало второй - с концом восьмой, конец третьей - с началом девятой, начало четвертой - с концом десятой, конец пятой - с началом одиннадцатой, начало шестой - с концом двенадцатой катушечной группы, конец седьмой - с началом тринадцатой, начало восьмой - с концом четырнадцатой, конец девятой - с началом пятнадцатой, начало десятой - с концом шестнадцатой, конец одиннадцатой - с началом семнадцатой, начало двенадцатой - с концом восемнадцатой, конец тринадцатой - с началом девятнадцатой, начало четырнадцатой - с концом двадцатой, конец пятнадцатой - с началом двадцать первой, начало шестнадцатой - с концом двадцать второй, конец семнадцатой - с началом двадцать третьей, начало восемнадцатой катушечной группы с концом двадцать четвертой катушечной группы, при этом конденсаторы возбуждения соединены с первым, вторым и третьим выводами, а нагрузка генератора соединена с четвертым, пятым и шестым выводами. 8 ил.

Асинхронный генератор с восьмиполюсной статорной обмоткой из двадцати катушечных групп (с первой по двадцать четвертую) и конденсаторов возбуждения, отличающийся тем, что первый вывод взят от объединенных начала первой и конца шестой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца второй и начала третьей катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца четвертой и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца девятнадцатой и начала двадцатой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца двадцать первой и начала двадцать второй катушечных групп, шестой вывод взят от объединенных конца двадцать третьей и начала двадцать четвертой катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы соединен с началом седьмой катушечной группы, начало второй - с концом восьмой, конец третьей - с началом девятой, начало четвертой - с концом десятой, конец пятой - с началом одиннадцатой, начало шестой - с концом двенадцатой катушечной группы, конец седьмой - с началом тринадцатой, начало восьмой - с концом четырнадцатой, конец девятой - с началом пятнадцатой, начало десятой - с концом шестнадцатой, конец одиннадцатой - с началом семнадцатой, начало двенадцатой - с концом восемнадцатой, конец тринадцатой - с началом девятнадцатой, начало четырнадцатой - с концом двадцатой, конец пятнадцатой - с началом двадцать первой, начало шестнадцатой - с концом двадцать второй, конец семнадцатой - с началом двадцать третьей, начало восемнадцатой катушечной группы - с концом двадцать четвертой катушечной группы, при этом конденсаторы возбуждения соединены с первым, вторым и третьим выводами, а нагрузка генератора соединена с четвертым, пятым и шестым выводами.