ДВУХПОЛЮСНАЯ ОБМОТКА АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
DIPOLAR WINDING OF ASYNCHRONOUS GENERATOR

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах с конденсаторным возбуждением для автономных электростанций.
Известна двухполюсная обмотка асинхронного генератора, состоящая 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 - с началом 7, начало 3 - с началом 10, начало 6 - с началом 11 катушечной группы, и конденсаторов возбуждения, подключенных в соответствии с требуемым режимом выходного напряжения генератора к соответствующим выводам обмотки (патент RU 2263385, БИ №30, 2005).
Недостаток известной обмотки в том, что такой асинхронный генератор не позволяет включать нагрузку на линейное и фазное напряжение с их соотношением 1,73/1.
Известна двухполюсная обмотка асинхронного генератора с соотношением линейного и фазного напряжений, близким к 1,73/1, из 12 катушечных групп с выводами 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, 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 в таком генераторе нагрузки на выводы низкого напряжения магнитодвижущая сила (МДС) от тока нагрузки содержит значительные амплитуды высших гармоник, повышающие нагрев ротора и ухудшающие работу генератора.
Техническим решением изобретения является повышение энергетической эффективности асинхронного генератора при работе с нагрузкой, включаемой на фазное и линейное напряжение.
Поставленная задача достигается тем, что в двухполюсной обмотке асинхронного генератора, состоящей из двенадцати катушечных групп с соединением конца первой катушечной группы с концом седьмой катушечной группы, конца второй - с концом восьмой, конца третьей - с концом девятой, конца четвертой - с концом десятой, конца пятой - с концом одиннадцатой, конца шестой - с концом двенадцатой катушечной группы, согласно изобретению первый вывод обмотки взят от объединенных начал первой, второй и двенадцатой катушечных групп, второй вывод обмотки взят от объединенных начал третьей, седьмой и одиннадцатой катушечных групп, третий вывод обмотки взят от объединенных начал четвертой, пятой и шестой катушечных групп, четвертый вывод обмотки взят от объединенных начал восьмой, девятой и десятой катушечных групп, а первый, второй и третий конденсаторы возбуждения присоединены к первому, второму и четвертому выводам обмотки.
На фигуре 1 приведена схема обмотки, на фигуре 2 - схема соединения фаз обмоток и схема включения конденсаторов, на фигурах 3 и 4 - расположение сторон катушек в части треугольника и в части звезды и схема токов в них при симметричной нагрузке.
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 асинхронного генератора изготовлен и испытан в лаборатории кафедры электрических машин и электропривода КубГАУ.
Согласно фигуре 1 двухполюсная обмотка асинхронного генератора содержит 12 катушечных групп (1…12) с первым выводом 13 от объединенных начал 1, 2, 12 катушечных групп, со вторым выводом 14 от объединенных начал 3, 7, 11 катушечных групп, с третьим выводом 15 от объединенных начал 4, 5, 6 катушечных групп, с четвертым выводом 16 от объединенных начал 8, 9, 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 соединен с концом 12 катушечной группы, первый, второй и третий конденсаторы возбуждения 17, 18, 19 присоединены к первому, второму и четвертому выводам 13, 15, 16 обмотки.
Катушки в части звезды выполняются с меньшим числом витков и проводом большего сечения, чем катушки в части треугольника. При шаге у=15 проводники большего и меньшего сечения расположены в одних и тех же пазах. Схема токов в катушках в части звезды и в части треугольника (фигуры 3 и 4, стороны катушек фазы А обозначены квадратами, фазы В - треугольниками, фазы С - кругами) идентичны схеме токов однослойной двухполюсной обмотки и не содержат заметных амплитуд высших гармоник.
Двухслойная обмотка двухполюсного асинхронного генератора работает следующим образом. Первый, второй и третий конденсаторы возбуждения 17, 18, 19 подключены к первому, второму и четвертому выводам 13, 15, 16 обмотки. Нагрузка подключается к выводам: 13, 16, 15 на линейное напряжение и к выводам 13-14, 15-14, 16-14 на фазное напряжение.
При вращении ротора асинхронного генератора со скоростью выше скорости вращения магнитного поля за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения 17, 18, 19 происходит процесс самовозбуждения.
Соотношение величин ЭДС линейного напряжения между выводами обмотки 13-15; 15-16; 16-13 и фазного напряжения между выводами 13-14; 15-14; 16-14 составляет 1,73/1. Нагрузку можно подключать на линейное и фазное напряжение.
Достоинство обмотки заключается в том, что она позволяет повысить энергетическую эффективность асинхронного генератора путем исключения действия высших пространственных гармоник, а включение части обмотки в треугольник исключает проявление наиболее выраженной третьей временной гармоники, генерируемой насыщенным магнитопроводом.