Однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины
Владельцы патента RU 2316105:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (RU)
Изобретение относится к области электротехники и позволяет создавать автономные источники энергии с повышенными эксплуатационными показателями на основе асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением. Сущность изобретения состоит в том, что однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины для генераторного режима работы автономного источника электрической энергии имеет конденсаторы возбуждения и содержит 9 катушечных групп с выводами 10, 11, 12, 13, 14, 15 от объединенных начала 1 и конца 2 катушечных групп, от объединенных конца 1 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 5 катушечных групп, от объединенных конца 4 и конца 6 катушечных групп, от объединенных начала 7 и конца 8 катушечных групп, от объединенных конца 7 и конца 9 катушечных групп, при этом начало 2 катушечной группы соединено с началом 6 катушечной группы, начало 5 с началом 9, начало 8 с началом 3 катушечной группы. Технический результат - улучшение эксплуатационных характеристик двухполюсных асинхронных генераторов, представляющих собой автономные источники энергии, путем обеспечения снижения дифференциального рассеяния их статорной обмотки однослойной конструкции. 9 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах автономных источников электроэнергии.
Известна однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины из 6 катушечных групп вразвалку с последовательным встречным соединением 2 катушечных групп в каждой из трех фаз (Ванурин В.Н. Статорные обмотки асинхронных электродвигателей. - Зерноград: ВНИПТИМЭСХ, 2001, с.44).
Недостаток известной обмотки заключается в том, что при применении ее в асинхронных генераторах автономных источников электроэнергии она создает напряжение одной величины.
Известна однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины из 6 катушечных групп с выводами от объединенных начал 1 и 6 катушечных групп, от объединенных начал 2 и 3 катушечных групп, от объединенных начал 4 и 5 катушечных групп, от объединенных концов 1 и 4 катушечных групп, от объединенных концов 3 и 6 катушечных групп и от объединенных концов 5 и 2 катушечных групп (Патент RU 2263386, БИ №30, 2005 - прототип).
Недостаток известной обмотки заключается в том, что она характеризуется повышенным дифференциальным рассеянием из-за наличия как нечетных, так и четных высших гармоник магнитодвижущей силы (МДС) при нагрузке на генератор, что снижает его эксплуатационные характеристики.
Техническим решением изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик генератора за счет уменьшения дифференциального рассеяния обмотки.
Решение указанной задачи достигается тем, что однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины, состоящая из катушечных групп с выводами, согласно изобретению имеет конденсаторы возбуждения и 9 катушечных групп с выводами 10, 11, 12, 13, 14, 15 от объединенных начала 1 и конца 2 катушечных групп, от объединенных конца 1 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 5 катушечных групп, от объединенных конца 4 и конца 6 катушечных групп, от объединенных начала 7 и конца 8 катушечных групп, от объединенных конца 7 и конца 9 катушечных групп, при этом начало 2 катушечной группы соединено с началом 6 катушечной группы, начало 5 с началом 9, начало 8 с началом 3 катушечной группы, а конденсаторы возбуждения С подключены к выводам 11, 13, 15.
Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины имеет конденсаторы возбуждения и 9 катушечных групп, концы и начала которых соединены определенным образом и имеют выводы, образованные из объединенных начал и концов катушек, соединенные с конденсаторами возбуждения, при этом обеспечивается расширение эксплуатационных характеристик генератора за счет уменьшения дифференциального рассеяния обмотки.
По данным научно-технической и патентной литературы авторам не известна 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.
На фиг.1 и 2 приведены схемы однослойных статорных обмоток двухполюсных асинхронных машин при 24 и 36 пазах статора; на фиг.3 - схема включения конденсаторов возбуждения; на фиг.4 и 5 - токи в сторонах катушек и диаграммы Гергеса от тока возбуждения и от совпадающих токов нагрузки и возбуждения; на фиг.6 и 7 - векторные диаграммы ЭДС.
Согласно фиг.1 и 2 однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины содержит 9 катушечных групп с выводами 10, 11, 12, 13, 14, 15 от объединенных начала 1 и конца 2 катушечных групп, от объединенных конца 1 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 5 катушечных групп, от объединенных конца 4 и конца 6 катушечных групп, от объединенных начала 7 и конца 8 катушечных групп, от объединенных конца 7 и конца 9 катушечных групп, при этом начало 2 катушечной группы соединено с началом 6 катушечной группы, начало 5 с началом 9, начало 8 с началом 3 катушечной группы.
МДС обмотки не содержат четных гармоник.
Согласно фиг.3 конденсаторы возбуждения С подключены к выводам 11, 13, 15, а нагрузка R подключена к выводам 10, 12, 14. При таком включении конденсаторов дифференциальное рассеяние обмотки при нагрузке уменьшается, что подтверждают диаграммы Гергеса на фиг.4 и 5 обмотки при 24 пазах статора и на фиг.6 и 7 обмотки при 36 пазах статора, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмотки и к уменьшению падения напряжения на ней. Токи нагрузки отражены в условном ряду сторон катушек.
Коэффициент дифференциального рассеяния от тока возбуждения τ∂0=0,116 и от равных по величине и по фазе токов нагрузки и возбуждения τ∂=0,024 обмотки при 24 пазах статора и соответственно τ∂0=0,058 и τ∂=0,021 обмотки при 36 пазах статора.
Согласно фиг.8 и 9 соотношение ЭДС между выводами обмотки 14 и 12 и выводами 11 и 15 составляет при одинаковом числе витков в катушках 2/1 для обмотки при 24 пазах статора и 1,76/1 для обмотки при 36 пазах статора. Другое соотношение ЭДС с другим угловым расположением векторов ЭДС можно получить определенным соотношением витков в отдельных катушечных группах.
Однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины работает следующим образом.
Конденсаторы возбуждения С подключены к выводам 11, 13, 15. Нагрузка подключается к любым выводам: 10, 12, 14.
При вращении ротора асинхронного генератора с номинальной скоростью, за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения С, происходит процесс самовозбуждения. Согласно фиг.8 и 9 соотношение ЭДС между выводами обмотки 14 и 12 и выводами 11 и 15 составляет при одинаковом числе витков в катушках 2/1 для обмотки при 24 пазах статора и 1,76/1 для обмотки при 36 пазах статора. Другое соотношение ЭДС с другим угловым расположением векторов ЭДС можно получить определенным соотношением витков в отдельных катушечных группах.
Однослойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины, состоящая из катушечных групп с выводами, отличающаяся тем, что имеет конденсаторы возбуждения и 9 катушечных групп с выводами 10, 11, 12, 13, 14, 15 от объединенных начала 1 и конца 2 катушечных групп, от объединенных конца 1 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 5 катушечных групп, от объединенных конца 4 и конца 6 катушечных групп, от объединенных начала 7 и конца 8 катушечных групп, от объединенных конца 7 и конца 9 катушечных групп, при этом начало 2 катушечной группы соединено с началом 6 катушечной группы, начало 5 - с началом 9, начало 8 - с началом 3 катушечной группы, а конденсаторы возбуждения С подключены к выводам 11, 13, 15.
