Автономный асинхронный генератор с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов Российский патент 2019 года по МПК H02K17/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах для автономных источников электрической энергии с приводом от тихоходных ветро- или гидродвигателей с переменной частотой вращения.

Известна полюсопереключаемая обмотка статора на 12/10 полюсов асинхронного двигателя, которая состоит из 18 катушечных групп соединенных определенным образом. В каждой фазе 6 катушечных групп с номерами 6i-5, 6i-3, 6i-1, 6i+4, 6i+6, 6i+8 и выводами от начал катушечных групп 6i-5, 6i-3, 6i-1 и от объединенных начал 6i+6 катушечных групп, где i номер фазы (i=l, 2, 3) (патент RU 1347125, БИ №39, 23.10.87).

Недостаток известной обмотки в том, что при 2р=10 фазовое расхождение векторов ЭДС параллельных ветвей составляет 10° и в малом значении индукции при меньшем числе полюсов, что затрудняет ее практическое использование. С другой стороны она не адаптирована для автономных асинхронных генераторов с приводом от тихоходных приводных двигателей. Кривые магнитодвижущих сил имеют разную амплитуду, что вызывает повышенный шум и наличие высших гармонических составляющих.

Известна другая полюсопереключаемая обмотка на 12/10 полюсов, содержащая 36 катушечных групп с чередованием чисел катушек в группах 2К, ЗК, 2К, 2К, 2К, ЗК, 2К, 1K, 1K, 2К, ЗК, 2К, 2К, 2К, ЗК, 2К, 1K, 1K, 2К, ЗК, 2К, 2К, 2К, ЗК, 2К, 1K, 1K, 2К, ЗК, 2К, 2К, 2К, ЗК, 2К, 1K, 1К, где К - целое число, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 4 катушечной группы, начало 4 - с началом 7, конец 7 - с концом 10, начало 10 - с началом 13, конец 13 - с концом 16, начало 2 - с началом 5, конец 5 - с концом 9, начало 9 - с началом 11, конец 11 - с концом 14, начало 14 - с началом 18, конец 3 - с концом 6, начало 6 - с началом 8, конец 8 - с концом 12, начало 12 - с началом 15, начало 19 катушечной группы объединено с началом 22 катушечной группы, конец 22 - с концом 25, начало 25 - с началом 28, конец 28 - с концом 31, начало 31 - с началом 34, конец 20 - с концом 23, начало 23 - с началом 27, конец 27 - с концом 29, начало 29 - с началом 32, конец 32 - с концом 36, начало 35 - с началом 3, конец 17 - с концом 21, начало 21 - с началом 24, конец 24 - с концом 26, начало 26 - с началом 30, конец 30 - с концом 33, выводы образуют объединенные конец 35 и начало 36 катушечных групп (вывод 37), объединенные начала 1 и 33 катушечных групп (вывод 38), объединенные концы 2 и 34 катушечных групп (вывод 39), объединенные начало 17 и конец 15 катушечных групп (вывод 40), объединенные конец 18 и начало 20 катушечных групп (вывод 41), объединенные конец 19 и начало 16 катушечных групп (вывод 42).

Если напряжение подать на выводы 37, 38, 39, получают 10 полюсов. Схема соединения фаз треугольник. Если напряжение подать на выводы 40, 41, 42, а выводы 37, 38, 39 объединить, получают 12 полюсов. Схема соединения фазы две звезды - YY (Полюсопереключаемая обмотка на 12/10 полюсов; патент №2205492, МПК Н02К17/14, Н02К З/28; Опубликовано: 27.05.2003. Прототип).

Недостаток известной обмотки в том, что она не адаптирована для использования в асинхронных генераторах ветро- гидроустановок, так как при переключении полюсов изменяется схема фаз соединения, наличие высших гармонических составляющих.

Техническим решением изобретения является расширение функциональных возможностей асинхронного генератора с сохранением схемы фаз за счет высокого качества МДС и возможности переключения полюсов с 12 на 10 полюсов при увеличении ветрового потока или расхода воды в случае приводного гидродвигателя.

Технический результат достигается тем, что асинхронный генератор с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов для 72 пазов состоящей из катушечных групп с выводами, согласно изобретению, состоит из 1 по 36 катушечные группы с первыми выводами на десять полюсов 37, 38, 39 взятыми соответственно от объединенных концов 3 и 2 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 36 катушечных групп, от объединенных конца 5 и начала 1 катушечных групп, и вторых выводов на двенадцать полюсов 40, 41, 42 взятых соответственно от объединенных концов 18 и 20 катушечных групп, от объединенных начал 19 и 22 катушечных групп, от объединенных концов 21 и 23 катушечных групп, при этом начало 2 катушечной группы соединено с началом 6 катушечной групп, конец 6 с концом 9, начало 9 с началом 12, конец 12 с концом 15, начало 15 с началом 18, начало 20 с началом 24, конец 24 с концом 27, начало 27 с началом 30, конец 30 с концом 33, начало 33 с началом 36, конец 4 катушечной групп соединен с концом 7 катушечной групп, начало 7 с началом 10, конец 10 с концом 13, начало 13 с началом 16, конец 16 с концом 19, конец 22 с концом 25, начало 25 с началом 28, конец 28 с концом 31, начало 31 с началом 34, конец 34 с концом 1, начало 5 катушечной групп соединен с началом 8 катушечной групп, конец 8 с концом 11, начало 11 с началом 14, конец 14 с концом 17, начало 17 с началом 21, начало 23 с началом 26, конец 26 с концом 29, начало 29 с началом 32, конец 32 с концом 35, начало 35 с началом 3.

Первые выводы на десять полюсов 37, 38, 3,9 и вторые выводы на двенадцать полюсов 40, 41, 42 через двухпозиционный переключатель 43 соединены с первой 44 и второй группой 45 конденсаторов возбуждения и нагрузкой генератора 46.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что асинхронный генератор с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов состоит из 36 катушечных групп, концы и начала которых соединены определенным образом и имеют выводы, образованные из объединенных начал и концов катушек, соединенные через двухпозиционный переключатель с конденсаторами возбуждения и нагрузкой, при этом обеспечивается расширение сочетания переключаемых чисел полюсов генератора с сохранением схемы фаз за счет высокого качества ЭДС, и возможности переключения их с 12 на 10 полюсов при увеличении ветрового потока.

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, так как возможно использование его в ветро- и гидроэнергетических установках с переменной частоте вращения приводного двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фигуре 1 - приведена схема двухслойной обмотки статора автономного асинхронного генератора на 12/10 полюсов соединением YY/Δ для 72 пазов статора;

на фигуре 2 - приведено распределение катушек по фазным зонам и МДС обмотки на 12 и 10 полюсов;

на фигуре 3 - приведена упрощенная схема внешних соединений автономного асинхронного генератора с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов, конденсаторами возбуждения и нагрузкой.

Согласно фигуре 1 автономный асинхронный генератор с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов для 72 пазов состоит из 1 по 36 катушечные группы с первыми выводами 37, 38, 39 на двенадцать полюсов взятыми соответственно от объединенных концов 3 и 2 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 36 катушечных групп, от объединенных конца 5 и начала 1 катушечных групп, и вторыми выводами 40, 41, 42 на десять полюсов, взятыми соответственно от объединенных концов 18 и 20 катушечных групп, от объединенных начал 19 и 22 катушечных групп, от объединенных концов 21 и 23 катушечных групп, при этом начало 2 катушечной группы соединено с началом 6 катушечной группы, конец 6 с концом 9, начало 9 с началом 12, конец 12 с концом 15, начало 15 с началом 18; начало 20 с началом 24, конец 24 с концом 27, начало 27 с началом 30, конец 30 с концом 33, начало 33 с началом 36; конец 4 катушечной группы соединен с концом 7 катушечной группы, начало 7 с началом 10, конец 10 с концом 13, начало 13 с началом 16, конец 16 с концом 19; конец 22 с концом 25, начало 25 с началом 28, конец 28 с концом 31, начало 31 с началом 34, конец 34 с концом 1; начало 5 катушечной группы соединен с началом 8 катушечной группы, конец 8 с концом 11, начало 11 с началом 14, конец 14 с концом 17, начало 17 с началом 21; начало 23 с началом 26, конец 26 с концом 29, начало 29 с началом 32, конец 32 с концом 35, начало 35 с началом 3.

На фигуре 2 показано распределение катушек по фазным зонам, направления токов в сторонах катушек и магнитодвижущие силы соответствуют амплитуде тока в фазе А. Стороны катушек фазы А обозначены квадратом, фазы В - треугольником, фазы С - кругом. МДС обмотки не содержат четных гармоник. При переключении полюсов соотношение витков, потоков, индукций в воздушном зазоре и фазных намагничивающих токов при k_об12/k_об10=0,837/0,80.

При переключении соотношение витков, потоков, индукций в воздушном зазоре и фазных намагничивающих токов определяется:

;

;

.

Соотношение линейных намагничивающих токов в обмотках

.

Согласно фигуры 3, первые выводы 37, 38, 39 на двенадцать полюсов и вторые выводы 40, 41, 42 на десять полюсов через двухпозиционный переключатель 43 соединены с первой 44 и второй группой 45 конденсаторов возбуждения и нагрузкой генератора 46.

Автономный асинхронный генератор с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов работает следующим образом.

В исходном положении (фиг. 3) первые выводы на двенадцать полюсов 37, 38, 39 закорочены в звезду, первая группа конденсаторов возбуждения 44 соединена со вторыми выводами 40, 41 ,42 непосредственно, а вторая группа конденсаторов возбуждения 45 и нагрузка 46 соединены со вторыми выводами 40, 41, 42 через нормально замкнутые контакты двухпозиционного переключателя 43, который находится в режиме двенадцати полюсов с соединением обмоток YY.

При увеличении частоты вращения приводного двигателя до 500 мин^-1 генератор возбуждается от конденсаторов возбуждения 44 и 45. Напряжение через контакты переключателя 43 поступает к нагрузке 46.

В случае увеличения потока воздуха (если приводной ветродвигатель) возрастает частота вращения приводного двигателя и при определенной частоте (около 600 мин^-1) датчик частоты вращения (на схеме не приведен) переключит двухпозиционный переключатель 43 в другое положение «Δ» (на схеме влево). В этом положении нагрузка соединяется с первыми выводами 37, 38, 39, которые размыкаются частью контактов переключателя 43.

Генератор выдает напряжение в нагрузку с частотой 50 Гц.

При сниженном ветровом потоке за счет переключателя 43 конденсаторы возбуждения 45 и нагрузка 46 подключаются на вторые выводы 40, 41, 42 согласно фигуре 3 и обмотка снова становиться двенадцатиполюсной.

Изобретение относится к асинхронному генератору с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов. Обмотка для 72 пазов из катушечных групп с выводами состоит из 1 по 36 катушечных групп с первыми выводами на десять полюсов 37, 38, 39, взятыми соответственно от объединенных концов 3 и 2 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 36 катушечных групп, от объединенных конца 5 и начала 1 катушечных групп, и вторых выводов на двенадцать полюсов 40, 41, 42, взятых соответственно от объединенных концов 18 и 20 катушечных групп, от объединенных начал 19 и 22 катушечных групп, от объединенных концов 21 и 23 катушечных групп. При этом начало 2 катушечной группы соединено с началом 6 катушечной группы, конец 6 с концом 9, начало 9 с началом 12, конец 12 с концом 15, начало 15 с началом 18, начало 20 с началом 24, конец 24 с концом 27, начало 27 с началом 30, конец 30 с концом 33, начало 33 с началом 36, конец 4 катушечной группы соединен с концом 7 катушечной группы, начало 7 с началом 10, конец 10 с концом 13, начало 13 с началом 16, конец 16 с концом 19, конец 22 с концом 25, начало 25 с началом 28, конец 28 с концом 31, начало 31 с началом 34, конец 34 с концом 1, начало 5 катушечной группы соединено с началом 8 катушечной группы, конец 8 с концом 11, начало 11 с началом 14, конец 14 с концом 17, начало 17 с началом 21, начало 23 с началом 26, конец 26 с концом 29, начало 29 с началом 32, конец 32 с концом 35, начало 35 с началом 3. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей асинхронного генератора с сохранением схемы фаз за счет высокого качества МДС и возможности переключения полюсов с 12 на 10 полюсов при увеличении ветрового потока или расхода воды в случае приводного гидродвигателя. 3 ил.

Автономный асинхронный генератор с полюсопереключаемой двухслойной обмоткой статора на 12/10 полюсов, состоящей из катушечных групп с выводами и конденсаторами возбуждения, отличающийся тем, что для 72 пазов статора состоит из первой по тридцать шестую катушечную группу с первыми выводами 37, 38, 39 на двенадцать полюсов, взятыми соответственно от объединенных концов третьей и второй катушечных групп, от объединенных начала четвертой и конца тридцать шестой катушечных групп, от объединенных конца пятой и начала первой катушечных групп, и вторыми выводами 40, 41, 42 на десять полюсов, взятыми соответственно от объединенных концов восемнадцатой и двадцатой катушечных групп, от объединенных начал девятнадцатой и двадцать второй катушечных групп, от объединенных концов двадцать первой и двадцать третьей катушечных групп, при этом начало второй катушечной группы соединено с началом шестой катушечной группы, конец шестой с концом девятой, начало девятой с началом двенадцатой, конец двенадцатой с концом пятнадцатой, начало пятнадцатой с началом восемнадцатой; начало двадцатой с началом двадцать четвертой, конец двадцать четвертой с концом двадцать седьмой, начало двадцать седьмой с началом тридцатой, конец тридцатой с концом тридцать третьей, начало тридцать третьей с началом тридцать шестой, конец четвертой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, начало седьмой с началом десятой, конец десятой с концом тринадцатой, начало тринадцатой с началом шестнадцатой, конец шестнадцатой с концом девятнадцатой, конец двадцать второй с концом двадцать пятой, начало двадцать пятой с началом двадцать восьмой, конец двадцать восьмой с концом тридцать первой, начало тридцать первой с началом тридцать четвертой, конец тридцать четвертой с концом первой, начало пятой катушечной группы соединено с началом восьмой катушечной группы, конец восьмой с концом одиннадцатой, начало одиннадцатой с началом четырнадцатой, конец четырнадцатой с концом семнадцатой, начало семнадцатой с началом двадцать первой, начало двадцать третьей с началом двадцать шестой, конец двадцать шестой с концом двадцать девятой, начало двадцать девятой с началом тридцать второй, конец тридцать второй с концом тридцать пятой, начало тридцать пятой с началом третьей, причем первые выводы на двенадцать полюсов и вторые выводы на десять полюсов через дополнительно введенный двухпозиционный переключатель соединены с первой и второй группами конденсаторов возбуждения и нагрузкой генератора.