АВТОНОМНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ДВУХПОЛЮСНОЙ СТАТОРНОЙ ОБМОТКОЙ
AUTONOMOUS ASYNCHRONOUS GENERATOR WITH TWO-POLE STATOR WINDING

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах автономных источников электроэнергии.
Автономные асинхронные генераторы (ААГ) с конденсаторным самовозбуждением имеют все конструктивные признаки, характерные для асинхронных машин. Отличительной особенность ААГ является то, что их внешняя характеристика во многом зависит от параметров статорной обмотки. Положительные качества статорной обмотки, проявляющиеся в режиме асинхронного двигателя, не всегда способствуют хорошей работе асинхронного генератора. В этой связи актуальной задачей при проектировании ААГ является разработка специальных обмоток способствующих улучшению внешних характеристик.
Известный автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой содержит 12 катушечных групп (1…12) с выводом 13 от начала 1 катушечной группы, с выводом 14 от объединенных начал 2 и 12 катушечных групп, с выводом 15 от начала 5 катушечной группы, с выводом 16 от объединенных начал 4 и 6 катушечных групп, с выводом 17 от объединенных начал 3, 7, 11 катушечных групп, с выводом 18 от начала 9 катушечной группы, с выводом 19 от объединенных начал 8 и 10 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 7 катушечной группы, конец 2 с концом 8, конец 3 с концом 9, конец 4 с концом 10, конец 5 с концом 11, конец 6 с концом 12 катушечной группы.
Обмотка асинхронного генератора состоит из «треугольника» образованного катушечными группами 2 и 8, 4 и 10, 6 и 12 с выводами 14, 16, 19, к которым присоединены конденсаторы возбуждения 23, 24, 25 и «звезды» образованной катушечными группами 1 и 7, 3 и 9, 5 и 11 с выводами 13, 15, 17, 18, дополнительно выводы «треугольника» 14, 16, 19 и выводы «звезды» 13, 15, 18 соединены между собой парами последовательно соединенных компенсационных конденсаторов 26-27, 28-29, 30-31, а общие точки соединения этих конденсаторов имеют выводы 20, 21, 22 для подключения нагрузки к асинхронному генератору (Патент №2498483 Автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой. Опубликовано: 10.11.2013 Бюл. №31).
Недостатки обмотки.
1. Сложность изготовления.
2. Большая емкость последовательно соединенных компенсационных конденсаторов.
Известна двухслойная статорная обмотка асинхронного генератора, которая состоит из 12 катушечных групп с выводами 13, 15, 17 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, и конденсаторов возбуждения, выводы 14, 16, 18 взяты 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 №2316104 Двухслойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины. Опубликовано: 27.01. 2008 Бюл. №3 - прототип).
Недостаток известного генератора:
- сложности изготовления обмотки
- конденсаторы включены на низкое напряжение, что увеличивает их емкость. Это повышает их габарит и массу. В итоге снижают эксплуатационные характеристики генератора.
Техническим решением изобретения является улучшение эксплуатационных свойств асинхронного генератора за счет конструктивных особенностей обмотки, снижение дифференциального рассеяния и индуктивного сопротивления обмотки.
Технический результат достигается тем, что автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой, состоящей из двенадцати катушечных групп с шестью выводами и конденсаторов возбуждения, согласно изобретению вывод тринадцатый взят от объединенных начала первой и конца десятой катушечных групп, вывод четырнадцатый взят от объединенных начала второй и начала восьмой катушечных групп, вывод пятнадцатый взят от объединенных начала пятой и конца второй катушечных групп, вывод шестнадцатый взят от объединенных начала двенадцатой и начала шестой катушечных групп, вывод семнадцатый взят от объединенных начала девятой и конца шестой катушечных групп, вывод восемнадцатый взят от объединенных начала десятой и начала четвертой катушечных групп, с соединением конца первой катушечной группы с концом седьмой катушечной группы, начала седьмой катушечной группы с концом восьмой, конца пятой катушечной группы с концом одиннадцатой, начало одиннадцатой катушечной группы с концом двенадцатой, конец девятой катушечной группы с концом третьей, начало третьей катушечной группы с концом четвертой, при этом выводы четырнадцатый, шестнадцатый и восемнадцатый соединены с конденсаторами возбуждения, а выводы тринадцатый, пятнадцатый и семнадцатый соединены с нагрузкой.
Обоснование критериев охраноспособности изобретения.
13-15
14-16
В ходе анализа, предложенного устройства авторами было доказано, что автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой из 12 катушечных групп с определенным соединением этих катушечных групп позволяет получить новую векторную диаграмму ЭДС на выводах с соотношением ΕΕ=1/0,8, новую МДС и диаграмму Гергеса для тока возбуждения и для совместно протекающих токов возбуждения и нагрузки, что способствует уменьшению индуктивного сопротивления обмотки и падения напряжения на обмотке и позволяет получить новые свойства автономного асинхронного генератора.
Новизна обусловлена тем, что предлагаемая совокупность существенных признаков не известна из сведений об уровне техники, а именно автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой, состоящей из двенадцати катушечных групп, вывод тринадцатый взят от объединенных начала первой и конца десятой катушечных групп, вывод четырнадцатый взят от объединенных начала второй и начала восьмой катушечных групп, вывод пятнадцатый взят от объединенных начала пятой и конца второй катушечных групп, вывод шестнадцатый взят от объединенных начала двенадцатой и начала шестой катушечных групп, вывод семнадцатый взят от объединенных начала девятой и конца шестой катушечных групп, вывод восемнадцатый взят от объединенных начала десятой и начала четвертой катушечных групп, с соединением конца первой катушечной группы с концом седьмой катушечной группы, начала седьмой катушечной группы с концом восьмой, конца пятой катушечной группы с концом одиннадцатой, начало одиннадцатой катушечной группы с концом двенадцатой, конец девятой катушечной группы с концом третьей, начало третьей катушечной группы с концом четвертой, при этом выводы четырнадцатый, шестнадцатый и восемнадцатый соединены с конденсаторами возбуждения, а выводы тринадцатый, пятнадцатый и семнадцатый соединены с нагрузкой.
13-15
14-16
На фигуре 1 показана развернутая схема обмотки; на фигуре 2 векторная диаграмма ЭДС на выводах с соотношением Е/Е=1/0,8; на фигуре 3 показано подключение к обмотке конденсаторов возбуждения и нагрузки; на фигурах 4 и 5 показан вид МДС и диаграммы Гергеса для тока возбуждения и для совместно протекающих токов возбуждения и нагрузки.
Согласно фиг.1 автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой содержит 12 катушечных групп с соединением конца 1 катушечной группы с концом 7 катушечной группы, начала 7 с концом 8, конца 5 с концом 11, начало 11 с концом 12, конец 9 с концом 3, начало 3 с концом 4, с выводом 13 от объединенных начала 1 и конца 10 катушечных групп, с выводом 18 от объединенных начала 10 и начала 4 катушечных групп, с выводом 15 от объединенных начала 5 и конца 2 катушечных групп, с выводом 14 от объединенных начала 2 и начала 8 катушечных групп, с выводом 17 объединенных начала 9 и конца 6 катушечных групп, с выводом 16 от объединенных начала 12 и начала 6 катушечных групп.
13-15
14-16
Согласно фиг.2 векторная диаграмма ЭДС на выводах с соотношением E/E=1/0,8.
Согласно фиг.3 конденсаторы возбуждения 19 соединены с выводами 14, 16, 18, а нагрузка 20 соединена с выводами 13, 15, 17.
об
Согласно фиг.4 радиус основной гармоники МДС обмотки для тока возбуждения (обмоточный коэффициент k=0,741), полярный момент инерции пазовых точек диаграммы Гергеса и значение коэффициента дифференциального рассеяния (при максимальном токе в сторонах катушек обозначенных квадратами и в два раза меньшим током в сторонах катушек других фазных обмоток - треугольник и круги):
об
Согласно фиг.5 для совпадающих по величие токов нагрузки и возбуждения (k=0,57):
Снижение значения коэффициента дифференциального рассеяния при нагрузке способствует уменьшению индуктивного сопротивления обмотки и падения напряжения на обмотке. Это улучшает эксплуатационные свойства автономного асинхронного генератора.