Синхронний магнітоелектричний генератор

1. Синхронний магнітоелектричний генератор, що містить корпус, один статор або два статори, m-фазну якірну обмотку, яка включає в себе mфазну групу основних фазних обмоток, змонтований на робочому валу машини ротор із вмонтованими у нього магнітними полюсними елементами системи збудження машини, виконаними на основі постійних магнітів, та систему регулювання електрорушійної сили, який відрізняється тим, що якірна обмотка додатково включає n m-фазних груп додаткових фазних обмоток, де n - ціле число у межах від одного до трьох, а система регулювання електрорушійної сили виконана у вигляді принаймні одного комутаційного пристрою, пристосованого для автоматичного варіювання електричного з'єднання виводів основних та додаткових фазних обмоток між собою та із першою групою вихідних затискачів генератора залежно від величини напруги на цих вихідних затискачах генератора. 2. Синхронний магнітоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що m дорівнює трьом. 3. Синхронний магнітоелектричний генератор за будь-яким попереднім пунктом, який відрізняється тим, що n дорівнює одному. 4. Синхронний магнітоелектричний генератор за будь-яким попереднім пунктом, який відрізняється тим, що основні фазні обмотки виконані так, що вектори електрорушійної сили, яка індукується у основних фазних обмотках (ЕА1, ЕВ1, ЕС1), однакові за модулем і зміщені один відносно іншого суміжного на фазний крок yф1=(360/m) електричних градусів. 5. Синхронний магнітоелектричний генератор за будь-яким попереднім пунктом, який відрізняється тим, що додаткові фазні обмотки виконані так, що вектори електрорушійної сили, яка індукується у додаткових фазних обмотках (ЕА2, ЕВ2, ЕС2 ), однакові за модулем і зміщені один відносно іншого суміжного на фазний крок уф2=(360/m) або Уф2=(360/(m.n)) електричних градусів. 6. Синхронний магнітоелектричний генератор за будь-яким попереднім пунктом, який відрізняєть 2 (19) 1 3 43448 4 мання на першій групі вихідних затискачів першої стандартної номінальної напруги, при цьому генератор додатково оснащений другою системою вихідних затискачів для другої стандартної номінальної напруги, величина якої є меншою за величину першої стандартної номінальної напруги, основні фазні обмотки пристосовані для генерування електрорушійної сили, яка відповідає величині другої стандартної номінальної напруги, і їх виводи з'єднані із другою системою вихідних затискачів генератора. 13. Синхронний магнітоелектричний генератор за будь-яким попереднім пунктом, який відрізняється тим, що система регулювання електрорушійної сили включає одну або декілька батарей конденсаторів, а комутаційний пристрій пристосований для автоматичного варіювання електричного підключення батарей конденсаторів залежно від величини напруги на першій або другій групі вихідних затискачів генератора. Корисна модель відноситься до синхронних магнітоелектричних генераторів, насамперед до трифазних. Широковідомі синхронні електричні генератори, які складаються із статора, в пазах якого розміщена, як правило трьохфазна, якірна обмотка змінного струму, яка включає в себе m=3 основних фазних обмоток. Кожна фазна обмотка складається із окремих частин (котушок та котушкових груп), які з'єднані між собою послідовно так, щоб загальна кількість витків фазної обмотки забезпечувала індукування у ній певної електрорушійної сили (ЕРС), яка достатня для підтримання заданої номінальної стандартної напруги генератора. Тільки два виводи (вивід початку фази (у технічній літературі прийнято позначати А, В, С або С1, С2, С3) і вивід кінця фази (у технічній літературі прийнято позначати X, Y, Z або С4, С5, С6) виведені із обмотки на клемну дошку генератора, що дозволяє з'єднувати трифазні обмотки у зірку чи трикутник. Генератор має також ротор, який виконаний у вигляді електромагніту із обмотками збудження. Обмотки збудження ротора живляться через щітки і кільця постійним струмом від збуджувача, тобто машини постійного струму чи якогось випрямляча. При проходженні по обмотках статора (його ще називають якорем) струму навантаження створюється магнітне поле. Основна частина магнітного потоку якоря проходить у ротор і діє на нього. Цю дію називають реакцією якоря. Синхронні генератори, як правило, розраховані на роботу із активно-індуктивним навантаженням на мережу із коефіцієнтом навантаження cos j = 0,8. Індуктивна складова струму навантаження призводить до розмагнічуючої дії реакції якоря і зниження напруги на електричних зажимах (полюсах) генератора. Оскільки, ні кількість витків ні конфігурацію з'єднання частин фазної обмотки неможливо змінювати, то для підтримання напруги на зажимах генератора постійною при змінному навантаженні відповідним чином регулюють струм в обмотках збудження ротора [1, с 367 ¸ 383, 403 ¸ 431, 622 ¸ 790]. Система збудження цих генераторів є відносно складною та вимагає істотних енергетичних затрат на підтримання струму в обмотках збудження, що загалом знижує коефіцієнт корисної дії генераторів. Відносно складна конструкція відомих генераторів знижує їх надійність. Відомо, що більшість неполадок у роботі синхронних машин викликано несправностями системи збудження [2, с 476 ¸ 477]. Крім того, ці генератори мають недостатньо високі масо-габаритні показники віднесені до певної потужності. Відомі синхронні електричні генератори, у яких замість обмоток збудження використані постійні магніти, а тому їх можна називати синхронними магнітоелектричними машинами [1, с 794]. Генератори будують потужністю 5 ¸ 10 кВ а, а у окремих випадках до 100 кВ А. Незважаючи на спрощення конструкції магнітоелектричних машин та виключення енергетичних втрат на збудження, як зазначено у [1; с 230, 794], внаслідок високої ціни вказаних магнітних матеріалів такі машини не отримали широкого розповсюдження. Однак, висока ціна магнітних матеріалів не є єдиною причиною такого стану. Важливо також те, що незважаючи на чисельні спроби до цих пір не створено конструкцій магнітоелектричних машин, які забезпечують високий рівень використання матеріалу постійних магнітів та ефективне просте регулювання ЕРС для підтримання постійної напруги на електричних зажимах (полюсах) синхронного магнітоелектричного генератора при коливаннях навантаження на генератор. На підтвердження сказаного, можна розглянути відомий синхронний магнітоелектричний генератор, який складається із зовнішнього статора із обмоткою звичайної конструкції та ротора (індуктора), виконаного у вигляді порожнистого стакана, укріпленого консольно на валу генератора. У кільце стінки стакана вмонтовані намагнічені у радіальному напрямку призматичні постійні магніти, внутрішні полюси яких замкнуті кільцеподібним ярмом, що підмагнічується системою регулювання ЕРС генератора. Ця система включає у себе розміщений у розточці ярма і встановлений консольно на щиті корпусу генератора нерухомий сердечник (другий чи внутрішній статор) із двома різнойменними оберненими до кільцеподібного підмагнічуваного ярма полюсами, на яких змонтована обмотка постійного струму. За рахунок підмагнічавання ярма до насичення знижують його магнітну провідність і магнітний потік ротора, а відповідно ЕРС генератора [3]. Також відомий синхронний магнітоелектричний генератор, який включає в себе корпус, систему двох статорів (зовнішнього та внутрішнього), m-фазну якірну обмотку, яка розміщена на обох статорах і включає в себе m основних фазних об 5 моток, змонтований на робочому валу машини порожнистий ротор із вмонтованими у нього магнітними полюсними елементами системи збудження машини, виконаними на основі постійних магнітів, та систему регулювання електрорушійної сили. Система регулювання ЕРС побудована традиційно на принципі регулювання магнітного потоку збудження і містить обмотку збудження, яка розміщена у магнітопровідному корпусі співісно робочому валу. При цьому, магнітна система генератора, яка забезпечує замикання магнітних потоків постійних магнітів та обмотки збудження, додатково до магнітопровідного корпуса, та двох статорів містить також магнітопровідну ступицю ротора досить, а тому складна, матеріаломістка та малоефективна [4]. Недоліком таких магнітоелектричних генераторів є те, що, по-перше, їх магнітні системи складні, матеріаломісткі та малоефективні. Системи регулювання ЕРС складні, малонадійні і за рахунок власних масогабаритних показників погіршують відповідні показники генератора. По-третє, ці системи потребує джерела постійного струму, що ускладнює використання генератора. В-четвертих, у роторі створюється нерухоме магнітне поле, яке при обертанні ротора може генерувати у ньому індуктивні токи, що ускладнює його конструкцію, підвищує втрати потужності та виділення тепла у роторі і відповідно ускладнює систему охолодження генератора. Технічна задача корисної моделі полягає у тому, щоб створити синхронний магнітоелектричний генератор, якому не властиві зазначені недоліки відомих магнітоелектричних генераторів і який поєднує у собі переваги магнітоелектричних машин із перевагами традиційних синхронних машин із обмоткам збудження постійного струму за рахунок пристосування генератора для відносно простого, ефективного і надійного регулювання ЕРС і таким чином напруги на зажимах генератора. Технічна задача вирішена тим, що у синхронному магнітоелектричному генераторі, який включає в себе корпус, один статор або два статори, m-фазну якірну обмотку, яка включає в себе m-фазну групу основних фазних обмоток, змонтований на робочому валу машини ротор із вмонтованими у нього магнітними полюсними елементами системи збудження машини, виконаними на основі постійних магнітів, та систему регулювання електрорушійної сили, згідно із корисною моделлю якірна обмотка додатково включає в себе n, mфазних груп додаткових фазних обмоток, де n ціле число у межах від одного до трьох, а система регулювання електрорушійної сили виконана у вигляді, принаймні, одного комутаційного пристрою, пристосованого для автоматичного варіювання електричного з'єднання виводів основних та додаткових фазних обмоток між собою та із першою групою вихідних зажимів генератора залежно від величини напруги на цих вихідних зажимах генератора. Причинно-наслідковий зв'язок між зазначеною вище сукупністю суттєвих ознак корисної моделі та зазначеним технічним результатом ясно демонструється описом корисної моделі та кресленнями. 43448 6 У окремих випадках використання корисної моделі зазначений технічний результат посилюється та доповнюється іншими позитивними властивостями запропонованої машини тим, що m дорівнює трьом. Також тим, що n дорівнює одному. Також тим, що основні фазні обмотки виконані так, що вектори електрорушійної сили, яка індукується у основних фазних обмотках (ЕА1, ЕВ1, ЕC1), одинакові за модулем і зміщені один відносно іншого суміжного на фазний крок уф1=(360/m) електричних градусів. Також тим, що додаткові фазні обмотки виконані так, що вектори електрорушійної сили, яка індукується у додаткових фазних обмотках (ЕА2, ЕВ2, ЕС2) одинакові за модулем і зміщені один відносно іншого суміжного на фазний крок уф2=(360/m) або уф2=(360/(m×n)) електричних градусів). Також тим, що виводи закінчень основних фазних обмоток з'єднані із нульовим зажимом генератора в обхід комутаційного пристрою. Також тим, що додаткова фазна обмотка пристосована для генерування електрорушійної сили, яка становить до 30% від електрорушійної сили, яка генерується основною фазною обмоткою. Також тим, що додаткова фазна обмотка пристосована для генерування електрорушійної сили, яка становить 30 ¸ 45% від електрорушійної сили, яка генерується основною фазною обмоткою. Також тим, що додаткова фазна обмотка пристосована для генерування електрорушійної сили, яка становить 45 ¸ 70% від електрорушійної сили, яка генерується основною фазною обмоткою. Також тим, що система двох статорів включає в себе зовнішній та внутрішній статори, при цьому зовнішній статор жорстко встановлений у корпусі машини і охоплює ротор, виконаний у вигляді порожнистого стакана, який має основу із ступицею, жорстко посадженою на робочий вал машини, який пропущений назовні корпуса через його передню кришку, та порожнисту циліндричну частину із магнітними полюсними елементами, яка з боку, що протилежний основі закрита знімною кришкою, що встановлена за допомогою підшипникового вузла на осі, а внутрішній статор розміщений всередині порожнистого стакана ротора та жорстко встановлений на зазначеній осі, задній кінець якої встановлений у задній кришці корпуса, при цьому задній кінець робочого валу машини за допомогою підшипникового вузла зв'язаний із переднім кінцем зазначеної осі. Також тим, що основні фазні обмотки розміщені на зовнішньому статорі, а додаткові фазні обмотки - на внутрішньому статорі. Також тим, що генератор пристосований для підтримання на першій групі вихідних зажимів першої стандартної номінальної напруги, при цьому генератор додатково оснащений другою системою вихідних зажимів для другої стандартної номінальної напруги, величина якої є меншою за величину першої стандартної номінальної напруги, основні фазні обмотки пристосовані для генерування електрорушійної сили, яка відповідає величині другої стандартної номінальної напруги, і їх 7 виводи з'єднані із другою системою вихідних зажимів генератора. Також тим, що система регулювання електрорушійної сили включає в себе одну або декілька батарей конденсаторів, а комутаційний пристрій, пристосований для автоматичного варіювання електричного підключення батарей конденсаторів залежно від величини напруги на першій або другій групі вихідних зажимів генератора. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких на: Фіг.1 зображена схема варіанта виконання синхронного магнітоелектричного генератора із двома статорами і порожнистим ротором; Фіг.2 електрична схема варіанта виконання трифазної якірної обмотки; Фіг.3 ¸ 8 - електричні схеми з'єднань основних та додаткових фазних обмоток трифазної якірної обмотки у різних позиціях виконавчого блока комутаційного пристрою; Фіг.9 ¸ 16 діаграми ЕРС фази у долях ЕРС основної фазної обмотки; Фіг.17 - електрична схема варіанта виконання трифазної якірної обмотки при з'єднанні якірної обмотки зіркою; Фіг.18 - електрична схема варіанта виконання комутаційного пристрою системи регулювання ЕРС; Фіг.19, 20 - електричні схема виконання першого та другого виконавчих (комутаційних) блоків комутаційного пристрою. Оскільки, новизна запропонованого синхронного магнітоелектричного генератора полягає у конструкції якірної обмотки та конструкції системи регулювання електрорушійної сили, яка конструктивно може бути розміщена у окремому корпусі поза межами основного корпусу генератора, то запропонований генератор може мати різну загальну будову, наприклад, будову звичайного магнітоелектричного генератора із одним статором. Однак, краще коли генератор має виконання за Фіг.1 і містить: корпус (станину) 1 із знімними передньою 2 та задньою 3 кришками (щитами); змонтований у корпусі зовнішній статор (якір) 4 із першою частиною 5 якірної обмотки; жорстко закріплений на осі 6 другий внутрішній статор (якір) 7 із другою частиною 8 якірної обмотки; встановлений на робочому валу 9 машини порожнистий ротор 10, який виконаний у вигляді порожнистого стакана 11 закритого знімною кришкою 12. Ступиця 13 стакана 11 жорстко закріплена на робочому валу 9; кришка 12 встановлена через підшипник 14 (наприклад шарико-підшипник) на осі 6, передній кінець робочого валу 9 через підшипниковий вузол 15, встановлений у передній кришці 2 корпусу 1, пропущений всередину корпусу 1; задній кінець робочого валу 9 за допомогою підшипникового вузла 16 (наприклад роликового підшипника) зв'язаний із переднім кінцем зазначеної осі 6, задній кінець 17 якої в одному із декількох можливих кутових положень нерухомо зафіксований у отворі ступиці 18 задньої кришки 3 будь-яким придатним для цього відомим способом. Наприклад, так як прийнято кріпити конічні хвостовики інструментів у конічних отворах чи за допомогою шліців, чи цангового затискача, чи фланця із продовгуватими дугоподібними отворами для кріпильних болтів тощо. У іншому виконанні задній кінець 17 осі 6 нерухомо зафіксований у отворі ступиці 18 задньої кришки 3 тільки в одному кутовому положенні, при 43448 8 цьому задня кришки 3 може бути одним із відомих способів нерухомо прикріплена до корпусу 1 в одному із декількох можливих кутових положень. Наприклад, так як це вище зазначено для фланця із продовгуватими дугоподібними отворами для кріпильних болтів. По колу циліндричної частини стакана 11 ротора 10 розташовані гнізда, в яких закріплені магнітні полюсні елементи 19 системи збудження машини, які переважно виконані із декількох окремих елементарних призматичних постійних магнітів, намагнічених у радіальному напрямку. Генератор може бути виконаний із кількістю пар магнітних полюсів (р) від одної до шести. Оптимальним є виконання генератора із двоматрьома парами магнітних полюсів, виходячи із того, що, по-перше, частота обертання робочого вала 9 генератора буде складати 1500 чи 750 обертів за хвилину (при частоті змінного струму 50 Гц), що прийнятно з погляду достатності міцності застосованих магнітів та їх кріплення у роторі. Подруге, при цьому довжина магнітопроводу кожної окремої замкнутої магнітної системи генератора достатньо мала, особливо, коли перший (зовнішній) статор 4 та/або другий (внутрішній) статор 7 мають неявнополюсну конструкцію. Відомо, що магнітні властивості постійних магнітів мають певну нестабільність і можуть змінюватись від одної партії до іншої, змінюватись із часом, під впливом коливань температури, зовнішніх магнітних полів, інших елементів магнітного ланцюга. Тому наявність у генераторі простої і надійної системи регулювання ЕРС є надзвичайно важливою умовою його успішного промислового використання. Однією із найважливіших корисних властивостей запропонованої конструкції синхронної магнітоелектричного генератора є його пристосованість для реалізації відносно простого і ефективного метода регулювання ЕРС. Для цього у загальному випадку m-фазна якірна обмотка, яка складається із першої 5 та другої 8 частин і включає в себе m-фазну групу основних фазних обмоток 21, додатково має n m-фазних груп додаткових фазних обмоток 22, де n - ціле число у межах від одного до трьох. На Фіг.2 показана схема виконання трьохфазної якірної обмотки, яка має три основних фазних обмотки 21 і три додаткових фазних обмотки 22 (тобто m=1 і n=1). Основні 21 та додаткові 22 фазні обмотки мають виводи початків, які позначені на кресленнях відповідно А1, В1, С1, та А2, В2, С2, та виводи закінчень, які позначені на кресленнях відповідно Х1, Y1, Z1, та Х2, Y2, Z2. Першу групу із трьох основних фазних обмоток 21 і другу групу із трьох додаткових фазних обмоток 22 виконано відповідно до того, як прийнято виконувати трифазні обмотки. У конструктивному плані ці перша та друга групи фазних обмоток 21, 22 за умови незалежного з'єднання їх виводів у зірку чи трикутник можуть утворити дві трифазні (у загальному випадку m-фазні) обмотки. Умовно вважаємо, що обмотки намотані таким чином, що вектори ЕРС, які індукуються у основних фазних обмотках 21 9 ( E A1, E B1, E C1 ) спрямовані у напрямку від виводів закінчень (Х1, Y1, Z1) до виводів початків (А1, В1, С1), одинакові за модулем (величиною) і зміщені один відносно іншого суміжного на фазний крок уф, який дорівнює 120 електричних градусів (у загальному випадку для будь-якого m уф=360/m електричних градусів). Умовно вважаємо, що обмотки намотані таким чином, що вектори вектори ЕРС, які індукуються у додаткових фазних обмотках 22 ( E A 2 , E B2 , E C 2 ) спрямовані у напрямку від виводів закінчень (Х2, Y2, Z2) до виводів початків (А2, В2, С2), одинакові за модулем (величиною) і зміщені один відносно іншого суміжного на фазний крок уф, який дорівнює 120 електричних градусів. На Фіг.2 показано, що зазначені перша група із трьох основних фазних обмоток 21 і друга група із трьох додаткових фазних обмоток 22 орієнтовані одна відносно іншої так, що пари відповідних векторів ЕРС, що віднесені до однойменних фаз А, В, ( E A1 та E A 2 , EВ1 та E B2 , E C1 та E C2 ) мають однаковий напрямок (тобто кут зсуву a е1 між векторами кожної цієї пари дорівнює нуль електричних градусів (при холостому ході або симетричному навантаженні фаз), а тому на кресленні не показаний). Однак, у деяких випадках зазначений кут зсуву a е1 може бути встановленим відмінним від нуля (у межах до ± 0,5уф, зокрема a е1= ± Уф/2n, (умовно прийнято, за позитивний напрямок кутів напрямок проти годинникової стрілки)) при виготовленні якірної обмотки (фіксовано) та/або пізніше у процесі передпускової наладки чи регулювання під час експлуатації певними засобами регулювання (дискретно варійовано чи безперервно варійовано). У інших виконаннях генератора, для яких n=2, або n=3, усі групи додаткових фазних обмоток 22 можуть мати однаковий кут зсуву a е1(наприклад, a е1=0) або кути зсуву певної групи 22 може відрізa е1 іншої групи нятись від кута зсуву 22(наприклад, при n=2 a е12=30, a е13=-30 електричних градусів; при n=3 a е12=0, a е13=20, a e14=20 електричних градусів (умовно прийнято, за позитивний напрямок кутів напрямок проти годинникової стрілки), де a е12, a е13, a е14 - кути зсуву відповідно другої, третьої та четвертої груп із m додаткових фазних обмоток 22). У разі виконання генератора за Фіг.1, при n=1 краще, коли перша група із трьох основних фазних обмоток 21 розташована на зовнішньому роторі 4 і представляє собою першу частину 5 якірної обмотки, а друга група із трьох додаткових фазних обмоток 22 розташована на внутрішньому роторі 7 і представляє собою другу частину 8 якірної обмотки. При n>1 може бути кращим, коли перша група із трьох основних фазних обмоток 21 розташована на внутрішньому роторі 7 і представляє собою другу частину 8 якірної обмотки, а друга, третя і наступні групи кожна із трьох додаткових фазних обмоток 22 розташовані на .зовнішньому роторі 4 і представляють собою першу частину 5 якірної обмотки. С 43448 10 При цьому, зазначеним вище механічним засобом регулювання кута зсуву a е1 шляхом регулювання геометричного кута зсуву ( a g) між групами фазних обмоток 21, 22 може бути згаданий вище вузол кріплення заднього кінця 17 осі 6 у отворі ступиці 18 задньої кришки 3, який виконаний з можливістю фіксації осі 6 в одному із декількох можливих кутових положень. У іншому варіанті механічним засобом регулювання кута зсуву a е1 може бути згаданий вище вузол кріплення задньої кришки 3 до корпусу 1, який виконаний з можливістю фіксації задньої кришки 3 в одному із декількох можливих кутових положень. У іншому варіанті електричним засобом регулювання безпосередньо електричного кута зсуву a е1 (при незмінному геометричному куті зсуву a g ) може бути комутуючий пристрій, який пристосований для того щоб варіативно підключати/відключати батареї конденсаторів чи дроселі паралельно основним 21 та/або додатковим фазним обмоткам. Генератор може мати більше одного, зокрема два засоби регулювання кута зсуву a , наприклад механічний та електричний. Система регулювання електрорушійної сили включає в себе (наприклад автоматичний програмований) комутаційний пристрій 27 (див. Фіг.18), який включає в себе принаймні, один виконавчий (комутаційний) блок 23 (див. Фіг.2, 17, 18, 19), пристосований для варіювання електричного з'єднання виводів основних 21 (А1, В1, С1, Х1, Y1, Z1) та додаткових 22 (А2, В2, С2, Х2, Y2, Z2) фазних обмоток між собою та із першою групою 24 вихідних зажимів генератора (на кресленнях позначені А, В, С, 0) залежно від величини напруги на цих вихідних зажимах генератора. Виконавчий блок комутаційного пристрою 23 конструктивно може бути реалізований на базі електромагнітний реле чи тиристорів будь-яким відомим способом, або так, як показано на Фіг.19 та описано далі. При цьому, цей пристрій 23 повинен мати декілька позицій і забезпечувати відповідну кількість варіантів електричного з'єднання, які показані на Фіг.3-8 для найбільш поширеного варіанту з'єднання якірної обмотки зіркою (при m=1 та n=1). Варіант з'єднання якірної обмотки трикутником на кресленнях не представлений, однак це варіант очевидним чином випливає із представленого на кресленнях варіанту з'єднання зіркою. У першій позиції (Фіг.3) виконавчого блока 23 комутаційного пристрою 27 при будь-якому типі з'єднання якірної обмотки основні фазні обмотки 21 з'єднані попарно із додатковими фазними обмотками 22 однойменної фази (А, В, С) послідовно у односпрямованій послідовності. Використаний вище термін «у односпрямованій послідовності) означає те, що виводи початків (А1, В1, С1) основних фазних обмоток 21 з'єднані із виводами закінчень (Х2, Y2, Z2) додаткових фазних обмоток 22. При цьому, обмотки 21, 22 однієї пари орієнтовані одна відносно іншої так, що кут b між векторами ЕРС, яка індукується ( E A1 та E A 2 , EВ1 та E B2 , E C1 та E C2 ), у них визначається кутом зсуву аеі (на кресленнях a e1=0, 11 43448 b = a =0). У разі з'єднання якірної обмотки зіркою e1 виводи закінчень основних фазних обмоток 21 (Х1, Y1, Z1) з'єднані із одним спільним нульовим зажимом (на кресленнях позначений 0) першої групи 24 вихідних зажимів генератора, а вивід початку (А2, В2, С2) додаткових фазних обмоток 22 з'єднаний із зажимом відповідної однойменної фази (на кресленнях позначені А, В, С) першої групи 24 вихідних зажимів генератора. Модуль (величину) ЕРС будьякої фази якірної обмотки (Е , Е , Е ) при куті b =0 А B C можна визначити за арифметичною сумою модулів ЕРС у відповідній парі основних 21 та додаткових 22 фазних обмотках: ЕA= ЕА1+ ЕA2, ЕB= ЕB1+ ЕB2, ЕC= ЕC1+ ЕC2, або за модулем геометричної суми відповідних векторів: E A= E A1+ E A2, E B= E B1+ E B2, E C= E C1+ E C2. На векторній діаграмі фази А за Фіг.3 вектор E А зображений відрізком ас, вектор E А1 зображений відрізком ab, вектор E A2 зображений відрізком bc. У другій позиції (Фіг.4) виконавчого блока комутаційного пристрою 23 при будь-якому типі з'єднання якірної обмотки основні фазні обмотки 21 з'єднані попарно із додатковими фазними обмотками 22 різнойменної фази (А, В, C) послідовно у різноспрямованій послідовності. Використаний вище термін «у різноспрямованій послідовності) означає те, що виводи початків (А1, В1, С1) основних фазних обмоток 21 з'єднані із виводами початків (відповідно С2, А2, В2) додаткових фазних обмоток 22. На кресленнях для спрощення зображення з'єднань додаткові фазні обмотки 22 показані умовно повернутими на 180 кутових градусів, хоча насправді при такому з'єднанні фактично повертаються тільки відповідні вектори ЕРС на 180 електричних градусів. При цьому, виходить, що обмотки 21, 22 однієї пари орієнтовані одна відносно іншої так, що кут р між векторами ЕРС, яка індукується у них ( E А1 та E С2, E В1 та E А2, E С1 та E В2), із врахуванням повороту векторів ЕРС додаткових фазних обмоток 22 ( E С2, E А2, E В2) на 180 електричних градусів у позитивному напрямку внаслідок з'єднання у різноспрямованій послідовності) визначається за формулою: b =2.у +180+ a , де у - кут фазного кроку; a e1 ф е1 ф кут зсуву. Для зображеного на Фіг.4 виконання Уф=240, а a e1=0 електричних градусів тоді: b =240+180+0=420 або 420-360=60 електричних градусів. У разі з'єднання якірної обмотки зіркою виводи закінчень основних фазних обмоток 21 (Х1, Y1, Z1) з'єднані із одним спільним нульовим зажимом (на кресленнях позначений 0) першої групи 24 вихідних зажимів генератора, а вивід закінчення (Z2, X2, Y2) кожної із додаткових фазних обмоток 22 з'єднаний із окремим зажимом відповідної різнойменної фази (на кресленнях позначені А, В, С) першої групи 24 вихідних зажимів генератора. Модуль (величину) ЕРС будь-якої фази якірної обмотки 12 (ЕА, ЕB, ЕC) при куті b ¹ 0 можна визначити за модулем геометричної суми відповідних векторів: E А= E А1+ E C2; E B= E A1+ E В2, E C= E C1+ E В2. На векторній діаграмі фази А за Фіг.4 вектор E А зображений відрізком ас, вектор E А1 зображений відрізком ab, вектор E C2 зображений відрізком bc. Третя позиція (Фіг.5) від першої позиції (Фіг.3) виконавчого блока комутаційного пристрою 23 відрізняється тим, що додаткові фазні обмотки 22 відключені і вивід початку (A1, В1, С1) кожної із основних фазних обмоток 22 з'єднаний із зажимом відповідної однойменної фази (на кресленнях позначені А, В, С) першої групи 24 вихідних зажимів генератора. При цьому, ЕА=ЕА1, ЕB=ЕB1, ЕC=ЕC1 або E А= E A1, E B= E В1, E C= E С1. Четверта позиція (Фіг.6) відрізняється від другої позиції (Фіг.4) виконавчого блока комутаційного пристрою 23 тим, що основні фазні обмотки 21 з'єднані попарно із додатковими фазними обмотками 22 різнойменної фази (А, В, С) послідовно у односпрямованій послідовності. При цьому, обмотки 21, 22 однієї пари орієнтовані одна відносно іншої так, що кут b між векторами ЕРС, яка інду кується у них ( E А1 та E С2, E В1 та E A2, E C1 та E B2), визначається за формулою: b =2уф+ a е1, де уф - кут фазного кроку; a е1 - кут зсуву. Для зображеного на Фіг.4 виконання уф=240, а a e1=0 електричних градусів тоді: b =240+0=240 електричних градусів або в іншому напрямку 240-360=-120 електричних градусів. Вивід початку (С2, А2, В2) кожної із додаткових фазних обмоток 22 з'єднаний із окремим зажимом відповідної різнойменної фази (на кресленнях позначені А, В, С) першої групи 24 вихідних зажимів генератора. П'ята позиція (Фіг.7) від першої позиції (Фіг.3) виконавчого блока комутаційного пристрою 23 відрізняється тим, що основні фазні обмотки 21 з'єднані попарно із додатковими фазними обмотками 22 однойменної фази (А, В, С) послідовно у різноспрямованій послідовності. На кресленнях для спрощення зображення з'єднань додаткові фазні обмотки 22 показані умовно повернутими на 180 кутових градусів, хоча насправді при такому з'єднанні фактично повертаються тільки відповідні вектори ЕРС на 180 електричних градусів. При цьому, виходить, що обмотки 21, 22 однієї пари орієнтовані одна відносно іншої так, що кут р між векторами ЕРС, яка індукується у них ( E A1 та E А2, E В1 та E В2, E С1 та E C2), із врахуванням повороту векторів ЕРС додаткових фазних обмоток 22 ( E C2, E A2, E B2) на 180 електричних градусів у позитивному напрямку внаслідок з'єднання у різноспрямованій послідовності) визначається за формулою: b =180+ a , де у - кут фазного кроку; a e1 ф e1 - кут 13 43448 14 зсуву. Для зображеного на Фіг.4 виконання уф=240, а a e1=0 електричних градусів тоді: b =180+0=180 електричних градусів. Виходячи з цього для трикутника «abc» на Фіг.4 можна записати формулу Вивід закінчення (Х2, Y2, Z2) кожної із додаткових фазних обмоток 22 з'єднаний із окремим зажимом відповідної однойменної фази (на кресленнях позначені А, В, С) першої групи 24 вихідних зажимів генератора. Шоста позиція (Фіг.8) від першої позиції (Фіг.3) виконавчого блока комутаційного пристрою 23 відрізняється тим, що основні фазні обмотки 22 відключені і вивід початку (А2, В2, С2) кожної із додаткових фазних обмоток 22 з'єднаний із зажимом відповідної однойменної фази (на кресленнях позначені А, В, С) першої групи 24 вихідних зажимів генератора. При цьому, ЕА=ЕА2, ЕВ=ЕВ2, ЕС=ЕС2 або E А= E А2, E B= E В2, де b=EA, с=Е A1, а=Е C2=0,05, d =180°- b =180°60=120°. Прийнявши сЕ А1=1 та cos120°=-0,5, = одержимо E C= E С2. Згідно із теоремою Косинусів - квадрат сторони трикутника дорівнює сумі квадратів двох інших сторін мінус подвоєний добуток цих сторін та косинуса кута між ними. b = c 2 + a 2 - 2 × c × a × cos d , b = 1 + a2 + a Подібно для трикутника «abc» на Фіг.6, враховуючи, що cos120°=0,5, можна одержати b = 1+ a2 - a Результати розрахунку ЕРС фази якірної обмотки (ЕА), яка виражена у долях від ЕРС основної фазної обмотки 21 (тобто ЕА1 прийнято за одиницю) при значеннях ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕA2, ЕC2), які виражені рядом: 0,05ЕА1; 0,10ЕА1; 0,15ЕА1; 0,20ЕА1; 0,25ЕА1; 0,30ЕА1; 0,35ЕА1; 0,40ЕА1; 0,45ЕА1; 0,50ЕА1; 0,55ЕА1; 0,60ЕА1; 0,65ЕА1; 0,70ЕА1; 0,75ЕА1; 0,80ЕА1; 0,85ЕА1; 0,90ЕА1; 0,95ЕА1; 1,00ЕА1 , наведені у таблиці 1 та на діаграмах, які представлені на Фіг.9-12. Таблиця 1 Номер позиції (Номер Фіг.) 1(3) 2(4) 3(5) 4(6) 5(7) 6(8) 0,05 1,05 1,03 1,00 0,98 0,95 0,05 ЕРС фази якірної обмотки (ЕА) у долях ЕА1=1 при значеннях ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2,ЕС2), які виражені 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 1,10 1,15 1,20 1,25 1,30 1,35 1,40 1,05 1,08 1,11 1,15 1,18 1,21 1,25 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,95 0,93 0,92 0,90 0,89 0,88 0,87 0,90 0,85 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 рядом: 0,45 1,45 1,29 1,00 0,87 0,55 0,45 0,50 1,50 1,32 1,00 0,87 0,50 0,50 Продовження таблиці 1 Номер позиції (Номер Фіг.) 1(3) 2(4) 3(5) 4(6) 6(8) 5(7) 0,55 1,55 1,36 1,00 0,87 0,55 0,45 ЕРС фази якірної обмотки (ЕА) у долях ЕА1=1 при значеннях ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2,ЕС2), які виражені 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 1,60 1,65 1,70 1,75 1,80 1,85 1,90 1,40 1,44 1,48 1,52 1,56 1,60 1,65 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,87 0,88 0,89 0,90 0,92 0,93 0,95 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 Результати розрахунку ЕРС фази якірної обмотки (ЕА), яка виражена у долях від ЕРС основної фазної обмотки 21 (тобто ЕА1 прийнято за одиницю) при значеннях ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2), які виражені рядом: 20,00ЕА1; 10,00ЕА1; 6,67ЕА1; 5,00ЕА1; 4,00ЕА1; 3,ЗЗЕА1; рядом: 0,95 1,95 1,69 1,00 0,98 0,95 0,05 1,00 2,00 1,73 1,00 1,00 1,00 0,00 2,86ЕА1; 2,50ЕА1; 2,22ЕА1; 2,00ЕА1; 1,82ЕА1; 1,67ЕА1; 1,54ЕА1; 1,43ЕА1; 1,ЗЗЕА1; 1,25ЕА1; 1,18ЕА1; 1,11ЕА1; 1,05ЕА1; 1,00ЕА1, наведені у таблиці 2 та на діаграмах, які представлені на Фіг.13-16. Причому при побудові діаграм за Фіг.13-16 виключений рядок даних стосовно шостої позиції (Фіг.8). 15 43448 16 Таблиця 2 Номер позиції (Номер Фіг.) 1(3) 2(4) 6(8) 4(6) 5(7) 3(5) 20,00 21,00 20,52 20,00 19,52 19,00 1,00 ЕРС фази якірної обмотки (ЕА) у долях ЕА1=1 при значеннях ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2,ЕС2), які виражені 10,00 6,67 5,00 4,00 3,33 2,86 2,50 11,00 7,67 6,00 5,00 4,33 3,86 3,50 10,54 7,22 5,57 4,58 3,93 3,47 3,12 10,00 6,67 5,00 4,00 3,33 2,86 2,50 9,54 6,23 4,58 3,61 2,96 2,51 2,18 9,00 5,67 4,00 3,00 2,33 1,86 1,50 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 рядом: 2,22 3,22 2,86 2,22 1,93 1,22 1,00 2,00 3,00 2,65 2,00 1,73 1,00 1,00 Продовження таблиці 2 Номер по- ЕРС фази якірної обмотки (ЕА) у долях ЕА1=1 при значеннях ЕРС додаткової фазної обмотки 22 зиції (Но(ЕА2,ЕС2), які виражені рядом; мер фіг.) 1,82 1,67 1,54 1,43 1,33 1,25 1,18 1,11 1,05 1,00 1(3) 2,82 2,67 2,54 2,43 2,33 2,25 2,18 2,11 2,05 2,00 2(4) 2,47 2,33 2,21 2,11 2,03 1,95 1,89 1,83 1,78 1,73 6(8) 1,82 1,67 1,54 1,43 1,33 1,25 1,18 1,11 1,05 1,00 4(6) 1,58 1,45 1,35 1,27 1,20 1,15 1,10 1,06 1,03 1,00 3(5) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 5(7) 0,82 0,67 0,54 0,43 0,33 0,25 0,18 0,11 0,05 0,00 Із цих даних видно, що у діапазоні ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, EC2) від 0,05ЕА1 до 0,25ЕА1 забезпечується по суті лінійна регулювальна характеристика при використанні перших п'яти позицій (Фіг.3-7) виконавчого блока комутаційного пристрою 23 та досить полога регулювальна характеристика (Фіг.9). У діапазоні ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) від 20,00ЕА1 до 5,00ЕА1 також забезпечується по суті лінійна регулювальна характеристика при використанні першої (Фіг.3), другої (Фіг.4), четвертої (Фіг.6) та п'ятої (Фіг.7) позицій виконавчого блока комутаційного пристрою 23 та досить полога регулювальна характеристика (Фіг.13). У діапазоні ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) від 0,30ЕА1 до 0,45ЕА1 можливе використання усіх шести позицій виконавчого блока комутаційного пристрою 23, при цьому виражені відхилення від лінійності регулювальної характеристики, скачки ЕРС між позиціями збільшені, тобто нахил регулювальних характеристик збільшений (Фіг.10). У діапазоні ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) від 20,00ЕА1 до 5,00ЕА1 також забезпечуються подібні регулювальні характеристики (Фіг.14) при використанні першої (Фіг.3), другої (Фіг.4), четвертої (Фіг.6), п'ятої (Фіг.7) та третьої (Фіг.5) позицій виконавчого блока комутаційного пристрою 23. Для значення ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) 0,50ЕА1 можливе використання 23 перших п'яти позицій виконавчого блока комутаційного пристрою 23 (Фіг.10). Для значення ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) 2,00ЕА1 можливе використання 23 першої (Фіг.3), другої (Фіг.4), четвертої (Фіг.6) та п'ятої (Фіг.7) позицій виконавчого блока комутаційного пристрою 23 (Фіг.14). У діапазоні ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) від 0,55ЕА1 до 0,75ЕА1 також можливе використання усіх шести позицій виконавчого блока комутаційного пристрою 23, при цьому більше виражені відхилення від лінійності регулювальної характеристики, скачки ЕРС між позиціями стають ще більшими ніж на Фіг.10, тобто нахил регулювальних характеристик за Фіг.11 збільшується порівняно із Фіг.10. У діапазоні ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) від 20,00ЕА1 до 5,00ЕА1 також забезпечуються подібні регулювальні характеристики (Фіг.15) при використанні першої (Фіг.3), другої (Фіг.4), п'ятої (Фіг.7), четвертої (Фіг.6), та третьої (Фіг.5) позицій виконавчого блока комутаційного пристрою 23. Діапазон ЕРС додаткової фазної обмотки 22 (ЕА2, ЕС2) від 0,80ЕА1 до 1,00ЕА1 (Фіг.12) та діапазон від 1,25ЕАі до 1,00ЕА1 (Фіг.12) мало придатні для регулювання ЕРС якірної обмотки. Використання шостої позиції виконавчого блока комутаційного пристрою 23 потребує суттєвого ускладнення виконавчого блока комутаційного пристрою 23, тому доцільно використовувати тільки перші п'ять позицій. З огляду на це при побудові діаграм за Фіг.13-16 виключений рядок даних таблиці 2 стосовно шостої позиції (Фіг.8). Найпростіше реалізувати з'єднання трьохфазної якірної обмотки (5, 8) зіркою, при цьому, найкраще виводи закінчень основних фазних обмоток з'єднати із нульовим зажимом генератора в обхід виконавчого блока комутаційного пристрою 23 так, як показано на Фіг.17. У деяких випадках може бути корисним пристосувати генератор для забезпечення живлення двох мереж із різними номінальними електричними напругами, відносно високої напруги U та відносно низької UH