СИНХРОННЫЙ ТИХОХОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР

СИНХРОННЫЙ тихоходный ГЕНЕРАТОР
Предлагаемое изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано на гидро- и ветроэлектростанциях с малой угловой скоростью вращающей ротор турбины.
Известны асинхронно-синхронные и асинхронно-асинхронные каскады 1,2, состоящие из 2-х электромашинных агрегатов (иногда совмещенные в одном магнитопроводе 3,4), магнитные системы которых расположены на одном валу. Эти агрегаты применяются для умножения частоты в целое число раз, пропорциональное угловой скорости вращения вала. Недостатком этих агрегатов является необходимость в начальном источнике электропитания. В связи с этим они не используются как генераторы электрической энергии, а только как преобразователи частоты.
В качестве генератора на гидро- и ветроэлектростанциях с целью повыщения частоты используются синхронные генераторы с большим количеством пар полюсов, диаметр якоря которых может достигать 10 метров и более 1. При этом активная часть электрической машины (магнитопровод и обмотка) отстоят от оси врашения почти на такое же расстояние и крепятся на дополнительной крестовине - фиг.1. Сама ось располагается вертикально на весьма сложном подпятнике. Всё это приводит к излишним расходам конструктивных материалов и удорожанию конструкции сочленения вала с остовом. Пиже этот генератор выбирается в качестве прототипа.
Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в удешевлении конструкции тихоходного синхронного генератора за счет использования многоступенчатого синхронно- асинхронного каскада.
Для решения этой задачи предлагается использовать соединенные общим валом обращенный синхронный генератор и несколько асинхронных преобразователей частоты, роторные и статорные обмотки которь1х с6единены попарно-поочерёдно между собой таким образом, чтобы преобразователи работали в режиме тормоза 2.
Сущность изобретение заключается в следующем (фиг. 2).
На одном валу располагается m электрических машин: машина 1 обращённый синхронный генератор и т-1 бесконтактных асинхронных преобразователей. Якорная трёхфазная обмотка генератора 1, расположенная на роторе, соединяется с трёхфазной роторной обмоткой преобразователя 2. При этом чередование фаз меняется на противоположное для того, чтобы магнитное поле в зазоре преобразователя 2 вращалось бы в ту же самую сторону, что и сам ротор.
Если число пар полюсов генератора 1 равно рь 2-р2, то частота fi тока якорной обмотки генератора 1 и f2 преобразователя равны//  рin/60;  +
Р2П/60  ()П/60,
где п - числе оборотов вала в минуту.
Статорная обмотка преобразователя 2 соединена со статорной обмоткой преобразователя 3 также с изменением порядка чередования фаз. Вследствие этого магнитное поле преобразователя 3 вращается в сторону, противоположную валу. Поэтому частота тока этого преобразователя fa равна (при числе пар полюсов рз):
/5 /2 +РЗП/60  (р, +Р2 +рз)п/бО.
Далее порядок включения обмоток статора и ротора преобразователей 3,4,5,..., k,...,m повторяется. Поэтому частота на выходе k-ro преобразователя
f
а всего агрегата
п  (1)
./y//
i  kl
Если сумма
где р - число пар полюсов многополюсного генератора фиг.1, то
предложенное изделие обеспечивает такую же частоту, что и у прототипа.
В том случае, когда/ ;  р2  -  Рт, формула (1) приобретает вид f mnpJ60.(3)
Таким образом, предлагаемое изделие позволяет заменить один громоздкий агрегат - многополюсный синхронный генератор - на несколько компактных машин, находящихся на одном валу.
Расход активных материалов (ферромагнитных - для магнитопроводов и проводников для обмоток) у предлагаемого изделия практически такой же, как и у прототипа.
Действительно, расчётный объем многополюсного генератора равен
(6O/27K: xS/n(4)
Где D - диаметр ротора (см. рис. 1),
1 - осевая длина пакета магнито провод а,
СА - постоянная Арнольда 5, а
S - расчётная мощность.
Расчётный объём т-го преобразователя нашего изделия равен
2;60S60S 60S
JLf А -X-X 7 -X I  )
27гс п + л, 2ж(7, п +  -1) Inc л х л
где Dm и 1m - то же, что и D и 1, но для машины т.
Пт-1-п(т-1) - число оборотов магнитного поля ротора этого преобразователя. Поскольку это поле возбуждайся током ротора преобразователя (т-1), его угловая скорость вращения равна
/„. X 60 60 . X /7 X (л - l)(, ч
п(т-)
РшРп,60
Расчётный объём преобразователя (т-1) равен  D 1 -  X  -  X
л,((6)
1кс п +  2пс п(т -1)
Шо
/„зХбО/ -л
Лх(л2-2),
Sm-1  его расчётная мощность.
Величина Sm-1 - определяется, как мощность, потребляемая ротором агрегата т, по формуле
4 1  «5 X   i5 X ij Xj
л +
где - скольжение, т.е. отношение скорости вращения магнитного поля относительно ротора к его же скорости вращения относительно статора. Подставляя (7) в (6), получаем
г 0  60  ,
Dn.-iL-i  X   / ч  DJ.(8)
Z/rC  + /п-2  /7(/77-lj
Аналогично можно доказать, что габаритный объём D kl у всех других каскадов предлагаемого генератора такой же, как у последнего каскада и m раз меньше, чем генератора-прототипа.
Соответственно, сумма масс активных материалов всех ступеней предлагаемого изделия такая же, как и у синхронного многополюсного генератора.
Всё сказанное справедливо и для случая, когда числа пар полюсов р у преобразователей не одинаково.