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 многофункциональных электростанций с асинхронными генераторами.
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.
Известна двухслойная статорная обмотка двухполюсного асинхронного генератора, которая состоит из 12 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 8 катушечной группы, начало 7 - с началом 2, конец 5 - с концом 12, начало 11 - с началом 6, конец 9 - с концом 4, начало 3 - с началом 10, выводы взяты 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 и конденсаторы возбуждения, подключенные в соответствии с требуемым режимом выходного напряжения генератора к соответствующим выводам обмотки (Патент RU 2263385, БИ №30, 2005).
Недостаток такого асинхронного генератора в том, что при работе он обеспечивает только два напряжения на выводах, при этом конденсаторы возбуждения подключены к тем же выводам, к которым подключается нагрузка высшего напряжения, а для компенсации размагничивающего действия тока нагрузки требуется включение дополнительных конденсаторов.
Известна статорная комбинированная обмотка асинхронного генератора, содержащая 18 катушечных групп с объединенными в пары концами k и k+9 катушечных групп (k=1, 2, 3, …, 9), имеет дополнительные выводы, составляющие «треугольник», образованные от объединенных начал 4, 6, 8 катушечных групп, от объединенных начал 10, 12, 14 катушечных групп, от объединенных начал 16, 18, 2 катушечных групп, от объединенных начал 5 и 7 катушечных групп, от объединенных начал 11 и 13 катушечных групп и от объединенных начал 17 и 1 катушечных групп, и конденсаторы возбуждения, присоединенные к выводам в соответствии с требуемым режимом питания нагрузки (Патент RU 2249289, БИ №9, 2005 - прототип).
Недостаток такого генератора в том, что он обеспечивает несколько напряжений на выводах, но при этом конденсаторы возбуждения подключены к тем же выводам, к которым подключается нагрузка, а для компенсации размагничивающего действия тока нагрузки требуется включение дополнительных конденсаторов.
Техническим решением предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей автономного асинхронного генератора за счет дополнительных выводов обмотки для подключения конденсаторов, выполняющих функции возбуждения и компенсации размагничивающего действия тока нагрузки.
Поставленная задача достигается тем, что в автономном асинхронном генераторе (ААГ) с двухполюсной статорной обмоткой из 18 катушечных групп и конденсаторов возбуждения выводы обмоток взяты: от начала 1 катушечной группы - вывод 19, от начала 7 катушечной группы - вывод 22, от начала 13 катушечной группы - вывод 26, от объединенных начал 17, 3, 10 катушечных групп - вывод 21, от объединенных начал 5, 9, 16 катушечных групп - вывод 24, от объединенных начал 4, 11, 15 катушечных групп - вывод 25, от объединенных начал 2, 12 катушечных групп - вывод 20, от объединенных начал 8, 18 катушечных групп - вывод 23, от объединенных начал 6, 14 катушечных групп - вывод 27, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 10 катушечной группы, конец 7 - с концом 16, конец 13 - с концом 4, конец 2 - с концом 11, конец 8 - с концом 17, конец 14 - с концом 5, конец 18 - с концом 9, конец 6 - с концом 15, конец 12 - с концом 3 катушечной группы, конденсаторы возбуждения 31-32, 33-34, 35-36, с одной стороны, соединены между собой последовательно и посредством контактов 28, 29, 30 с выводами 20, 23, 27 обмотки статора, а с другой стороны, конденсатор 31 соединен с конденсатором 36 и выводом 21, конденсатор 32 соединен с конденсатором 33 и выводом 24, конденсатор 34 соединен с конденсатором 35 и выводом 25, контакты 28, 29 и 30 замыкаются при снижении напряжения и размыкаются при увеличении напряжения в соответствии с требуемым режимом питания нагрузки.
Новизна технического решения обусловлена новыми соединениями катушечных групп и определенным соединением конденсаторов возбуждения и нагрузки посредством дополнительных конденсаторов.
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.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 приведена схема ААГ с двухполюсной статорной обмоткой из 18 катушечных групп; на фигуре 2 - схема включения конденсаторов ААГ с двухполюсной статорной обмоткой; на фигуре 3 - схема направления токов в сторонах катушек двухполюсной статорной обмотки ААГ и вид магнитодвижущей силы (МДС) от тока возбуждения (стороны катушек фазы A обозначены квадратами, фазы B - треугольниками, фазы C - кругами, а форма МДС соответствуют моменту времени, когда ток в фазе A имеет амплитудное значение); на фигуре 4 - схема направления токов в сторонах катушек двухполюсной статорной обмотки ААГ и вид МДС от тока нагрузки на выводах 19, 22, 26 (линейный ток нагрузки отображен и в условном дополнительном ряду сторон катушек); на фигуре 5 - схема направления токов в сторонах катушек двухполюсной статорной обмотки ААГ и вид МДС от тока возбуждения и активного тока нагрузки ААГ на выводах 19, 22, 26; на фигуре 6 - схема направления токов в сторонах катушек двухполюсной статорной обмотки ААГ и вид МДС от тока нагрузки ААГ на выводах 20, 23, 27; на фигуре 7 - схема направления токов в сторонах катушек двухполюсной статорной обмотки ААГ и вид МДС и от тока возбуждения и активного тока нагрузки ААГ на выводах 20, 23, 17.
Согласно фигуре 1 в автономном асинхронном генераторе с двухполюсной статорной обмоткой из 18 катушечных групп выводы обмоток взяты: от начала 1 катушечной группы - вывод 19, от начала 7 катушечной группы - вывод 22, от начала 13 катушечной группы - вывод 26, от объединенных начал 17, 3, 10 катушечных групп - вывод 21, от объединенных начал 5, 9, 16 катушечных групп - вывод 24, от объединенных начал 4, 11, 15 катушечных групп - вывод 25, от объединенных начал 2, 12 катушечных групп - вывод 20, от объединенных начал 8, 18 катушечных групп - вывод 23, от объединенных начал 6,14 катушечных групп - вывод 27, при этом конец 1 катушечной группы соединен концом 10 катушечной группы, конец 7 - с концом 16, конец 13 - с концом 4, конец 2 - с концом 11, конец 8 - с концом 17, конец 14 - с концом 5, конец 18 - с концом 9, конец 6 - с концом 15, конец 12 - с концом 3 катушечной группы.
об19-22
об21-24
об20-23
Значения обмоточных коэффициентов k=0,908 относительно выводов 19 и 22 для расчетных 14 катушек в ветви, k=0,937 относительно выводов 21 и 24 для 10 реальных катушек ветви и k=0,766 относительно выводов 20 и 23 для 10 реальных катушек ветви позволяют получить соотношение ЭДС на выводах
19-22
21-24
20-23
об19-22
об21-24
об20-23
E/E/E=14k/10k/10k=
=(14·0,908)/(10·0,937)/(10·0,766)=400/291/241 B.
Согласно фигуре 2 конденсаторы возбуждения 31-32, 33-34, 35-36, с одной стороны, соединены между собой последовательно и посредством контактов 28, 29, 30 с выводами 20, 23, 27 обмотки статора, а с другой стороны, конденсатор 31 соединен с конденсатором 36 и выводом 21, конденсатор 32 соединен с конденсатором 33 и выводом 24, конденсатор 34 соединен с конденсатором 35 и выводом 25, контакты 28, 29 и 30 замыкаются при снижении напряжения и размыкаются при увеличении напряжения в соответствии с требуемым режимом питания нагрузки.
Согласно фигурам 3-7 очевиден двухполюсный вид МДС как от тока возбуждения, так от тока нагрузки и от совместного их протекания.
При вращении ротора автономного асинхронного генератора с двухполюсной статорной обмоткой за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения 31- 36 происходит процесс самовозбуждения. На всех выводах появляется напряжение. К выводам 19, 22, 26 можно подключать нагрузку с напряжением питания 400 В, к выводам 21, 24, 25 - нагрузку с напряжением питания 291 В, к выводам 20, 23, 27 - нагрузку с напряжением питания 241.
При пуске асинхронного двигателя или при другой активно-индуктивной нагрузке контакты 28, 29 и 30 замыкаются при снижении напряжения и размыкаются при увеличении напряжения в соответствии с требуемым режимом питания нагрузки, что относительно этих выводов определяет емкостной характер нагрузки, следовательно, и подмагничивание генератора.
-1
Таким образом, предлагаемый автономный асинхронный генератор с двухполюсной статорной обмоткой позволяет изготовить многоцелевой источник питания с частотой вращения приводного двигателя около 3000 мин..