АВТОНОМНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР С ДВУХПОЛЮСНОЙ СТАТОРНОЙ ОБМОТКОЙ
AUTONOMOUS INDUCTION GENERATOR WITH BIPOLAR STATOR WINDING

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании автономных электростанций с приводом от двигателей внутреннего сгорания, ветро- и/или гидродвигателей.
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.
Из анализа патентных источников известна двухполюсная обмотка асинхронного генератора, которая состоит 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-е началом 7, начало 3 с началом 10, начало 6-е началом 11 катушечной группы и конденсаторы возбуждения, подключенные в соответствии с требуемым режимом выходного напряжения асинхронного генератора к соответствующим выводам обмотки (патент RU 2263385, БИ №30, 2005).
Недостаток известной обмотки в том, что автономный асинхронный генератор с такой обмоткой не позволяет подключать нагрузку на линейное и фазное напряжение с их соотношением 1,73/1.
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 RU 2316104, БИ №3, 2008 - прототип).
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 генератора. Схема обмотки соединена в «треугольник», не имеет нулевого вывода для подключения однофазной нагрузки на фазное напряжение, а для компенсации размагничивающего действия реактивных составляющих токов нагрузки и ротора требуется подключение дополнительных конденсаторов возбуждения.
Техническим результатом изобретения является повышение энергоэффективности асинхронного генератора при работе под нагрузкой и улучшение эксплуатационных характеристик генератора за счет возможности подключения однофазной нагрузки.
Поставленная задача достигается тем, что автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой из двенадцати катушечных групп и конденсаторов возбуждения состоит из «треугольника», образованного второй и восьмой, четвертой и десятой, шестой и двенадцатой катушечными группами, с первым, вторым и третьим выводами, к которым присоединены конденсаторы возбуждения, и «звезды», образованной первой и седьмой, третьей и девятой, пятой и одиннадцатой катушечными группами с четвертым, пятым, шестым и седьмым выводами, причем вывод первый взят от объединенных начал второй и двенадцатой катушечных групп, вывод второй от объединенных начал четвертой и шестой катушечных групп, вывод третий от объединенных начал восьмой и десятой катушечных групп, вывод четвертый от начала первой катушечной группы, вывод пятый от начала пятой катушечной группы, вывод шестой от объединенных начал третьей, седьмой и одиннадцатой катушечных групп, вывод седьмой от начала девятой, катушечной группы, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, конец второй - с концом восьмой, конец третьей - с концом девятой, конец четвертой - с концом десятой, конец пятой - с концом одиннадцатой, конец шестой - с концом двенадцатой катушечной группы, дополнительно выводы «треугольника» первый, второй, третий и выводы «звезды» четвертый, пятый и седьмой соединены между собой парами последовательно соединенных компенсационных конденсаторов, а общие точки соединения этих конденсаторов имеют выводы для подключения нагрузки к генератору.
Новизна заявляемого технического решения достигается за счет того, что автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой из двенадцати катушечных групп и конденсаторов возбуждения состоит из «треугольника», образованного второй и восьмой, четвертой и десятой, шестой и двенадцатой катушечными группами, с первым, вторым и третьим выводами, к которым присоединены конденсаторы возбуждения, и «звезды», образованной первой и седьмой, третьей и девятой, пятой и одиннадцатой катушечными группами с четвертым, пятым, шестым и седьмым выводами, причем вывод первый взят от объединенных начал второй и двенадцатой катушечных групп, вывод второй от объединенных начал четвертой и шестой катушечных групп, вывод третий от объединенных начал восьмой и десятой катушечных групп, вывод четвертый от начала первой катушечной группы, вывод пятый от начала пятой катушечной группы, вывод шестой от объединенных начал третьей, седьмой и одиннадцатой катушечных групп, вывод седьмой от начала девятой, катушечной группы, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, конец второй - с концом восьмой, конец третьей - с концом девятой, конец четвертой - с концом десятой, конец пятой - с концом одиннадцатой, конец шестой - с концом двенадцатой катушечной группы, дополнительно выводы «треугольника» первый, второй, третий и выводы «звезды» четвертый, пятый и седьмой соединены между собой парами последовательно соединенных компенсационных конденсаторов, а общие точки соединения этих конденсаторов имеют выводы для подключения нагрузки к генератору.
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 двухполюсной обмотки асинхронного генератора, на фигуре 2 - схема внешних соединений обмотки, включения конденсаторов и нагрузки.
Согласно фигуре 1 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-е концом 8, конец 3-е концом 9, конец 4-е концом 10, конец 5-е концом 11, конец 6-е концом 12 катушечной группы.
Согласно фигуре 2 двухполюсная 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.
Автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой работает следующим образом. При вращении ротора асинхронного генератора со скоростью выше скорости вращения магнитного поля, за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения 23, 24, 25 происходит процесс самовозбуждения асинхронного генератора.
При холостом ходе асинхронного генератора через последовательно соединенные компенсационные конденсаторы 26-27, 28-29, 30-31 токи не протекают, поскольку эти конденсаторы подключены к выводам равного потенциала. При включении трехфазной нагрузки на выводы 20, 21, 22 токи нагрузки, под действием ЭДС в частях треугольника и части звезды, протекают и через компенсационные конденсаторы 26-21, 28-29, 30-31 в каждой фазе. Реактивная мощность компенсационных конденсаторов 26-21, 28-29, 30-31 способствует компенсации размагничивающего действия реактивных составляющих токов нагрузки.
При включении однофазной нагрузки, например, к выводу 17 и 20, ток нагрузки под действием ЭДС в части звезды протекает через компенсационные конденсаторы 28 и 29. И в этом случае реактивная мощность компенсационных конденсаторов 28 и 29 способствует компенсации размагничивающего действия реактивной составляющей тока нагрузки в этой фазе.