Каскадный синхронно-асинхронный генератор



Каскадный синхронно-асинхронный генератор
Каскадный синхронно-асинхронный генератор

 


Владельцы патента RU 2453971:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимская государственная академия экономики и сервиса" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к таким электрическим машинам, как электрические гидро- и ветрогенераторы, то есть к генераторам с малым числом оборотов ротора в минуту. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в снижении расхода активных материалов для каскадного электрического генератора с малой частотой вращения ротора при одновременном сохранении номинальной мощности данного генератора и числа оборотов в минуту. Указанный технический результат достигается тем, что в каскадном синхронно-асинхронном генераторе с несколькими ступенями, первая из которых представляет собой обращенный синхронный генератор, а все остальные - асинхронные преобразователи, работающие в режиме тормоза, согласно данному изобретению промежуточные статоры всех ступеней, кроме последней, выполнены с возможностью вращения в сторону, противоположную вращению роторов, а статор последней ступени - неподвижным и его статорная обмотка подключена к выходным клеммам генератора, а число ступеней выполнено четным. 2 ил.

 

Изобретение относится к электрическим машинам, конкретно к электрическим гидро- и ветрогенераторам, т.е. к генераторам с малым числом оборотов ротора в минуту.

На практике применяется гидрогенератор зонтичной конструкции с вертикальной осью вращения и большим количеством пар полюсов. [см. Копылов И.П., Клоков Б.К., Морозкин В.П., Токарев Б.Ф. Проектирование электрических машин. - М.: Высшая школа, 2002 г.].

Недостатком этого генератора является громоздкость конструкции, в частности необходимость спиц, соединяющих магнитную часть ротора с валом, контактных колец для питания обмоток возбуждения и возбудителя - машины постоянного тока, генерирующей ток возбуждения.

Известен синхронный тихоходный генератор с большим количеством пар полюсов, отличающихся тем, что каждая пара полюсов образует отдельную ступень многоступенчатого каскада, расположенного на одном валу, причем первая ступень является обращенным трехфазным синхронным генератором, а все последующие - асинхронными трехфазными преобразователями, работающими в режиме тормоза, т.е. такими, первичные и вторичные обмотки которых соединены попарно поочередно с изменением порядка чередования фаз [свидетельство на полезную модель Российской федерации №17363, приоритет от 17.07.2000 г., кл. 7601 В 13/00, бюл. №9 от 27.03.2001 г.]. Примем данное устройство за прототип.

У прототипа нет недостатков предыдущего аналога, однако у него значительно больше расход активных материалов - обмоточного провода и электротехнической стали для магнитопровода, чем у быстроходных электрических машин на ту же мощность (например, у турбогенераторов).

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является электрический генератор с малой частотой вращения ротора, обладающий меньшим расходом активных материалов, чем существующие той же номинальной мощности и числом оборотов в минуту.

Поставленная задача решается тем, что в каскадном синхронно-асинхронном генераторе с несколькими ступенями, первая из которых представляет собой обращенный синхронный генератор, а все остальные - асинхронные преобразователи, работающие в режиме тормоза, в отличие от прототипа, промежуточные статоры выполнены с возможностью вращения в сторону, противоположную вращению роторов, Статор последней ступени неподвижный. Его статорная обмотка подключена к выходным клеммам генератора, а число ступеней выполнено четным.

На фиг.1 приведена конструкция данного генератора. Его первая ступень состоит из обращенного синхронного генератора 1, обмотки возбуждения которого wв вместе с полюсами находятся на статоре и питаются постоянным напряжением uв. Трехфазная якорная обмотка wp1 располагается на роторе, который приводится во вращение с частотой n1 от гидротурбины, соединенной с валом, на котором располагаются роторы всех ступеней каскадного генератора.

Частота эдс, генерируемых в обмотках wp1, равна

где p - число пар полюсов генератора 1 (принимаем, что число пар полюсов всех ступеней каскада одинаково).

Обмотки wp1 соединены с роторными обмотками wp2 трехфазной асинхронного преобразователя - ступени 2 каскада. При этом чередование фаз изменено у обмоток wp2 на противоположное по сравнению с таковым у обмоток wp1. Благодаря этому магнитное поле в зазоре ступени 2 вращается в ту же сторону, что и ротор, т.е. с удвоенной частотой

Статор преобразователя 2 вращается в сторону, противоположную вращению ротора, с частотой n2 (об/мин). Поэтому магнитное поле ротора этой ступени вращается относительно трехфазной обмоток статора wc2 со скоростью

Поэтому в обмотках wc2 генерируется эдс с частотой

Эти эдс вызывают ток в обмотках wc3 следующей ступени 3 каскада. Чередование фаз у обмоток wc3 снова выполнено противоположным по сравнению с обмотками wc2. Потому частота эдс в роторных обмотках этой ступени wp3 равна

Далее подобный характер соединения статорных и роторных обмоток повторяется, а статоры всех ступеней вращаются в сторону, противоположную вращению ротора, с частотой n2. Поэтому частота тока в статорных обмотках к-той ступени составляет

А в роторных обмотках

где знак «плюс» соответствует четной ступени, а «минус» - нечетной. Статор последней ступени (номер «m») неподвижный, поэтому частота эдс статорных обмоток wcm равна

Напряжения между фазами А, В, С обмоток wcm и являются выходными напряжениями генератора. Поэтому частота fm, определяемая формулой (7), является его номинальной частотой. Согласно формуле (7) число ступеней каскада равно

Нетрудно видеть, что вращение статоров промежуточных ступеней каскада приводит к уменьшению их числа. Действительно, если бы все статоры были неподвижны, как в прототипе (n2=0), то число m0 равнялось бы

т.е. было больше, чем m согласно формуле (8). В частности, если n1=n2, т.е. частоты вращения статоров и роторов промежуточных ступеней генератора были бы одинаковы, то число равнялось бы

Согласно [3] выходная мощность k-той ступени генератора равна

где Pl - мощность первой ступени синхронного генератора.

Нетрудно видеть, что машинная постоянная CA, пропорциональная отношению Pk/fk [3], одинакова для всех ступеней генератора

Поскольку масса активных материалов, потери, габаритный объем определяются однозначно CA, следовательно, чем меньше ступеней, тем экономичнее каскадный генератор.

На фиг.2 изображен вариант коробки передач, позволяющей создать встречное роторной оси вращение статоров. Коробка состоит из неподвижного корпуса 1, шестерни с внутренним расположением зубьев 2, шестерни 3, ось которой жестко связана с осью роторов и имеет ту же самую частоту вращения np, и промежуточной шестерни 4, передающей вращение от шестерни 3 шестерне 2. Частота вращения шестерни 2 связана с частотой вращения шестерни 3 соотношением

где D1 и D2 - диаметры шестерен 3 и 2. Вал шестерни 2 связан со статорами промежуточных ступеней каскада. Поэтому они вращаются с той же частотой nc в сторону, противоположную вращению роторов. Действительно, как видно из фиг.2, если угловая скорость np шестерни 3 направлена против часовой стрелки, то скорость nп промежуточной шестерни 4, а вместе с ней и шестерни 2 - nc, направлены по часовой стрелке.

Таким образом, разработана экономичная конструкция каскадного синхронно-асинхронного электрического генератора с двумя вращающимися в противоположные стороны частями, не имеющего скользящих контактов.

Каскадный синхронно-асинхронный генератор с несколькими ступенями, первая из которых представляет собой обращенный синхронный генератор, а все остальные - асинхронные преобразователи, работающие в режиме тормоза, отличающийся тем, что промежуточные статоры всех ступеней, кроме последней, выполнены с возможностью вращения в сторону, противоположную вращению роторов, статор последней ступени неподвижный, и его статорная обмотка подключена к выходным клеммам генератора, а число ступеней выполнено четным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в параметрических машинах в электроэнергетике в качестве электрогенераторов и электродвигателей, например, на электростанциях.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический) в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический), в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания автономных источников питания, требующих стабильной или регулируемой частоты выходного напряжения при переменной частоте вращения вала.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных электроустановках. .

Изобретение относится к области электротехники и касается выполнения регулируемых электромашинных преобразователей частоты, применяемых в регулируемых электроприводах с машинами переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и касается выполнения регулируемых электромашинных преобразователей частоты, применяемых в регулируемых электроприводах с машинами переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано как универсальный источник электрической энергии. .

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения регулируемых электромашинных преобразователей частоты, применяемых в регулируемых электроприводах с машинами переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения регулируемых электромашинных преобразователей частоты, применяемых в регулируемых электроприводах с машинами переменного тока.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для получения электроэнергии контрроторным генератором с электромеханическим приводом. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромашинных преобразователях энергии, вырабатывающих переменной ток стабильной частоты и стабильного выходного напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на механический вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее электрический вход, в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в параметрических машинах в электроэнергетике в качестве электрогенераторов и электродвигателей, например, на электростанциях.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в качестве электромеханического преобразователя механической энергии, подаваемой на один (механический) вход машины, и электрической энергии постоянного тока, одновременно подаваемой на другой ее вход (электрический) в суммарную электрическую энергию переменного тока.

Изобретение относится к области электротехники и касается автономных источников электрического питания, в частности к конструкциям генераторных установок с двигателем внутреннего сгорания и синхронным генератором с постоянными магнитами, и может быть использовано в качестве автономного портативного источника электропитания для различных устройств, применяемых как в быту и походных условиях, так и для устройств специального предназначения
Наверх