ВЕНТИЛЬНЫЙ АВТОНОМНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР Российский патент 2014 года по МПК H02K17/14 H02K3/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании автономных электростанций для питания нагрузки на постоянном и переменном токе с приводом от двигателей внутреннего сгорания, ветро- и/или гидродвигателей.

Известна двухполюсная статорная обмотка асинхронной электрической машины из 6 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 4, конец 3 - с концом 6, конец 5 - с концом 2 катушечной группы. Выводы от начал 1, 4, 3, 6, 5, 2 катушечных групп позволяют соединять фазные обмотки в звезду или в треугольник (рисунок 2.42 на странице 37 книги Богатырева Н.И., Ванурина В.Н., Вронского О.В. «Схемы статорных обмоток, параметры и характеристики электрических машин переменного тока», Краснодар, 2007, 301 с.).

Недостаток известной двухполюсной статорной обмотки асинхронной электрической машины в ограниченности вариантов подключения нагрузки при работе асинхронной машины в режиме вентильного автономного асинхронного генератора автономной электростанции.

Известна обмотка двухполюсного асинхронного генератора, содержащая 6 катушечных групп с выводами и с соединением конца 1 катушечной группы с концом 4 катушечной группы, конца 3 катушечной группы с концом 6 катушечной группы, конца 5 катушечной группы с концом 2 катушечной группы, при этом выводы высшего напряжения взяты от объединенных начал 2 и 3 катушечных групп, от объединенных начал 4 и 5 катушечных групп, от объединенных начал 6 и 1 катушечных групп, выводы низшего напряжения взяты от объединенных концов 1 и 4 катушечных групп, от объединенных концов 2 и 5 катушечных групп, от объединенных концов 3 и 6 катушечных групп, а конденсаторы возбуждения подключены к выводам высшего напряжения (патент RU 226386, БИ №30, опубликовано 27.10.2005 - прототип).

Недостаток известной статорной обмотки асинхронного генератора в ограниченности вариантов подключения нагрузки постоянного и переменного тока в режиме вентильного автономного асинхронного генератора автономной электростанции.

Техническим результатом является расширение области применения вентильного автономного асинхронного генератора автономной электростанции с числом фаз равным шести и другими вариантами схем подключения нагрузки.

Технический результат достигается тем, что в вентильном автономном асинхронном генераторе с конденсаторным возбуждением и статорной обмоткой из шести катушечных групп имеющих выводы, первый вывод обмотки взят от объединенных конца шестой и начала первой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца первой и начала второй катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца второй и начала третьей катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца третьей и начала четвертой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца четвертой и начала пятой катушечных групп, шестой вывод взят от объединенных конца пятой и начала шестой катушечных групп, к названным выводам обмотки присоединены три или шесть конденсаторов возбуждения, первый и второй трехфазные выпрямительные мосты, а нагрузка переменного тока подключена к этим выводам в соответствии с требуемой для нагрузки величиной напряжения и количества фаз.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что в вентильном автономном асинхронном генераторе в статорной обмотке из шести катушечных групп с выводами, первый вывод обмотки взят от объединенных конца шестой и начала первой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца первой и начала второй катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца второй и начала третьей катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца третьей и начала четвертой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца четвертой и начала пятой катушечных групп, шестой вывод взят от объединенных конца пятой и начала шестой катушечных групп, к названным выводам обмотки присоединены три или шесть конденсаторов возбуждения, первый и второй трехфазные выпрямительные мосты, а нагрузка переменного тока подключена к этим выводам в соответствии с требуемой для нагрузки величиной напряжения и количества фаз.

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. Опытный образец генератора изготовлен и испытан в лаборатории кафедры ЭМ и ЭП КубГАУ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 показана схема соединения катушечных групп двухполюсной статорной обмотки вентильного автономного асинхронного генератора, на фигурах 2 и 3 - схемы включения конденсаторов и выпрямителей, на фигуре 4 - векторная диаграмма ЭДС и токов.

Согласно фигуре 1 двухполюсная статорная обмотка вентильного автономного асинхронного генератора состоит из 6 катушечных групп (1….6) с выводами: 7 - от объединенных конца 6 и начала 1 катушечных групп, 8 - от объединенных конца 1 и начала 2 катушечных групп, 9 - от объединенных конца 2 и начала 3 катушечных групп, 10 - от объединенных конца 3 и начала 4 катушечных групп, 11 - от объединенных конца 4 и начала 5 катушечных групп, 12 - от объединенных конца 5 и начала 6 катушечных групп.

Катушечные группы смещены в пространстве на 60°.

Согласно фигуре 2 к выводам 8, 10, 12 присоединен первый трехфазный выпрямительный мост 13 с выходом 15 постоянного тока «плюс» и «минус», к выводам 7, 9, 11 присоединен второй трехфазный выпрямительный мост 14 с выходом 15 постоянного тока «плюс» и «минус», к выводам 7-10, 8-11, 9-12 подключены конденсаторы возбуждения 16, 17, 18 для работы вентильного автономного асинхронного генератора в режиме автономной электростанции.

Геометрическая сумма трех фазных токов представлена в виде результирующих векторов на фигуре 4 и векторная диаграмма ЭДС. Токи смещены по фазе на 60°.

Пространственное смещение катушечных групп на 60° и фазовое смещение в них токов возбуждения на 60° способствует образованию шестифазной двухполюсной статорной обмотки вентильного автономного асинхронного генератора.

Согласно фигуре 3 вариантом схемы включения конденсаторов возбуждения является и схема шестифазной звезды. К выводам 8, 10, 12 присоединен первый трехфазный выпрямительный мост 13 с выходом 15 постоянного тока «плюс» и «минус», к выводам 7, 9, 11 присоединен второй трехфазный выпрямительный мост 14 с выходом 15 постоянного тока «плюс» и «минус», к выводам 7, 8, 9, 10, 11, 12 подключены конденсаторы возбуждения 16, 17, 18, 19, 20, 21 для работы вентильного автономного асинхронного генератора в режиме автономной электростанции.

Геометрическая сумма трех фазных токов представлена в виде результирующих векторов на фигуре 4 и векторная диаграмма ЭДС. Токи смещены по фазе на 60°.

При работе вентильного автономного асинхронного генератора в составе автономной электростанции, например, с конденсаторами, включенными по схеме на фигуре 3, между выводами 7, 9, 11 величина ЭДС та же, как и между выводами 8, 10, 12. Если принять, что между указанными выводами ЭДС составляет, например, 400 В, то к каждой указанной тройке выводов можно подключить трехфазную нагрузку, например, в виде асинхронного двигателя определенной мощности.

К каждой паре выводов 7-8, 8-9, 9-10, 10-11, 11-12, 12-7 со значением ЭДС 400/1,73 В можно подключать однофазную нагрузку. Определенная однофазная нагрузка может подключаться и к каждой паре выводов 7-10, 8-11, 9-12, между которыми ЭДС составляет 466 В.

Например, в ветроэлектрической станции при работе вентильного автономного асинхронного генератора на зарядку аккумуляторов на выводах 15 практически исключается проявление пульсации выпрямленного тока. Выводы 7, 8, 9, 10, 11, 12 позволяют подключить и шестифазный выпрямительный мост.

Таким образом, при работе вентильного автономного асинхронного генератора в составе автономной электростанции он позволяет подключить нагрузку на разное переменное напряжение, а совместно с шестифазным выпрямительным мостом или с двумя трехфазными выпрямительными мостами питать нагрузку постоянным током.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве вентильных автономных асинхронных генераторов автономных электростанций. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении области использования вентильного автономного асинхронного генератора автономной электростанции с числом фаз, равным шести, и другими вариантами схем подключения нагрузки. Указанный технический результат достигается тем, что в вентильном автономном асинхронном генераторе с конденсаторным возбуждением и статорной обмоткой из шести катушечных групп, имеющих выводы, согласно данному изобретению, первый вывод обмотки взят от объединенных конца четвертой и начала первой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца первой и начала второй катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца шестой и начала третьей катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца третьей и начала четвертой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца второй и начала пятой катушечных групп, шестой вывод взят от объединенных конца пятой и начала шестой катушечных групп, параллельно названным выводам обмотки статора и последовательно между собой по схеме «треугольник» соединены шесть конденсаторов возбуждения, с возможностью соединения этих конденсаторов и выводов второго, четвертого и шестого по схеме «двойная звезда», а нагрузка подключена к этим выводам в соответствии с требуемой для нагрузки величиной напряжения и числом фаз. 4 ил.

Вентильный автономный асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением и статорной обмоткой из шести катушечных групп, имеющих выводы, отличающийся тем, что первый вывод обмотки взят от объединенных конца шестой и начала первой катушечных групп, второй вывод взят от объединенных конца первой и начала второй катушечных групп, третий вывод взят от объединенных конца второй и начала третьей катушечных групп, четвертый вывод взят от объединенных конца третьей и начала четвертой катушечных групп, пятый вывод взят от объединенных конца четвертой и начала пятой катушечных групп, шестой вывод взят от объединенных конца пятой и начала шестой катушечных групп, к названным выводам обмотки присоединены три или шесть конденсаторов возбуждения, первый и второй трехфазные выпрямительные мосты, а нагрузка переменного тока подключена к этим выводам в соответствии с требуемой для нагрузки величиной напряжения и количества фаз.