Автономный асинхронный генератор с автотрансформаторной обмоткой статора
AUTONOMOUS INDUCTION GENERATOR WITH AUTOTRANSFORMER STATOR WINDING

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах для автономных источников электрической энергии 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 обмотки статора. Положительные качества обмотки статора, 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 четырехполюсная обмотка статора асинхронного генератора из 12 катушечных групп с выводами от объединенных начал 1 и 12 катушечных групп, от объединенных начал 4 и 5 катушечных групп, от объединенных начал 8 и 9 катушечных групп, от объединенных концов 3 и 6 катушечных групп, от объединенных концов 7 и 10 катушечных групп, от объединенных концов 11 и 2 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с началом 7, конец 7 с концом 10, начало 10 с концом 4, конец 5 с началом 11, конец 11 с концом 2, начало 2 с концом 8, конец 9 с началом 3, конец 3 с концом 6, начало 6 с концом 12 катушечной группы (патент RU 2252474, БИ №14, опубликовано 20.05.2005).
Недостаток асинхронного генератора с известной обмоткой в том, что при включении нагрузки обмотка характеризуется высоким дифференциальным рассеянием, что снижает эксплуатационные характеристики генератора.
Известен автономный асинхронный генератор с четырехполюсной обмоткой статора, состоящей из 12 катушечных групп (1-12) и конденсаторов возбуждения, обмотка асинхронного генератора в каждой фазе образована из катушечных групп 1, 3, 5, 7, 9, 11 в виде первой двухлучевой «звезды» с выводами 13, 14, 15, 19, к которым присоединены конденсаторы возбуждения, и второй двухлучевой «звезды» с выводами 13, 16, 17, 18, которые образованы соединением катушечных групп 2, 4, 6, 8, 10, 12, причем вывод 13 взят от объединенных концов 1, 3, 5, 7, 9, 11, соединенных с началами 2, 4, 6, 8, 10, 12 катушечных групп, вывод 14 взят от объединенных начал 1 и 7 катушечных групп, вывод 15 взят от объединенных начал 3 и 9 катушечных групп, вывод 16 взят от объединенных концов 4 и 10 катушечных групп, вывод 17 взят от объединенных концов 6 и 12 катушечных групп, вывод 18 взят от объединенных концов 2 и 8 катушечных групп, вывод 19 взят от объединенных начал 5 и 11 катушечных групп, дополнительно выводы 14, 15, 19 с одной стороны и выводы 16, 17, 18 с другой стороны соединены между собой парами последовательно соединенных компенсационных конденсаторов, а общие точки соединения этих конденсаторов имеют выводы для подключения нагрузки к автономному асинхронному генератору (RU 2499097, БИ №10, опубликовано 10.04.2013 - прототип).
Недостатки асинхронного генератора с известной обмоткой:
- при включение нагрузки к генератору обмотка характеризуется повышенным дифференциальным рассеянием;
- для компенсации размагничивающего действия реактивных составляющих токов нагрузки и ротора требуется подключение дополнительных конденсаторов возбуждения;
- технологическая сложность изготовления такой обмотки.
Техническим результатом является снижение электрических потерь и увеличение стабилизирующих свойств генератора.
Технический результат достигается тем, что автономный асинхронный генератор с автотрансформаторной обмоткой статора, состоящей из катушечных групп с выводами, согласно изобретению состоит из двенадцати катушечных групп с выводами, первые три вывода соединены между собой и взяты от концов третьей, пятой и седьмой катушечных групп, вторые три вывода взяты из объединенных начал девятой и конца восьмой катушечных групп, из объединенных начал одиннадцатой и конца десятой катушечных групп, из объединенных начал первой и конца двенадцатой катушечных групп соответственно, три третьих вывода взяты от начал второй, четвертой и шестой катушечных групп, при этом конец второй катушечной группы соединен с началом восьмой катушечной группы, конец девятой с началом третьей, конец четвертой с началом десятой, конец одиннадцатой с началом пятой, конец шестой с началом двенадцатой, конец первой катушечной группы соединен с началом седьмой катушечной группы, при этом конденсаторы возбуждения подключены к третьим выводам генератора, а нагрузка - ко вторым трехфазным выводам.
Новизна заявляемого технического решения заключается в том, что уменьшение коэффициента размагничивания током нагрузки тока ротора осуществляется за счет выполнения обмотки статора в виде шести частей, на каждую фазу приходится две части обмотки, смещенные на 30 электрических градусов.
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, так как возможно использование в автономных асинхронных генераторах автономных источников электрической энергии.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 приведена автотрансформаторная двухслойная обмотка статора автономного асинхронного генератора, выполненная для 36 пазов статора; на фигуре 2 - схема включения конденсаторов возбуждения и нагрузки к автономному асинхронному генератору.
Согласно фигуре 1 автотрансформаторная двухслойная обмотка статора автономного асинхронного генератора состоит из катушечных групп 1-12, расположенных в 36 пазах статора, в виде шести частей - по две части на каждую фазу, смещенные на 30 электрических градусов по окружности статора, с выводами 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21. Первые выводы 13,14, 15 взяты от концов катушечных групп 3, 5, 7, вторые выводы 16, 17, 18 взяты из объединенных начала катушечной группы 9 и конца катушечной группы 8, из объединенных начала 11 и конца 10 катушечных групп, из объединенных начала 1 и конца 12 катушечных групп соответственно, третьи выводы 19, 20, 21 взяты от начал 2, 4, 6 катушечных групп.
При этом конец 2 катушечной группы соединен с началом 8 катушечной группы, конец 8 с началом 9, конец 9 с началом 3, конец 3 с концом 5 и 7; конец 4 с началом 10, конец 10 с началом 11, конец 11 с началом 5; конец 6 с началом 12, конец 12 с началом 1, конец 1 катушечной группы соединен с началом 7 катушечной группы.
Согласно фиг. 2 первые выводы 13, 14, 15 соединены между собой, благодаря чему формируется схема статорной обмотки - автотрансформаторная звезда. На вторые выводы 16, 17, 18 присоединяется трехфазная нагрузка 22. Третьи выводы 19, 20, 21 соединены с конденсаторами возбуждения 23.
Автономный асинхронный генератор с автотрансформаторной обмоткой статора работает следующим образом.
При вращении ротора автономный асинхронный генератор возбуждается от конденсаторов 23. При увеличении нагрузки 22 ток нагрузки и ток возбуждения суммируется векторно в частях обмотки 13-16, 14-17, 15-18. Эти части обмоток выполнены с увеличенным сечением, что приводит к уменьшению электрических потерь. Смещение этих частей обмотки относительно 16-19, 17-20, 18-21 на 30 электрических градусов позволяет уменьшить влияние коэффициента размагничивания током нагрузки тока ротора.