Генератор змінного струму

1. Генератор змінного струму, що містить закріплений на валу ротор з двома однаковими, взаємно зміщеними в осьовому напрямку рядами зубців, між якими закріплено нерухомо обмотку збудження, причому ряди зубців в рядах взаємно зміщено в тангенціальному напрямку на геометричний кут p / z2 , де z2 - число зубців ротора в од C2 2 (19) 1 3 86650 4 значно збільшено); на Фіг.6 і 7 зображені умовні кетів, на кінцевих ділянках яких розміщено котушки схеми однофазного генератора, розгорнутого на обмотки статора. Поздовжні пакети статора зібрані площину (без обмотки збудження). з окремих, взаємно ізольованих магнітопровідних Генератор змінного струму може бути зроблепластин. Торці пакетів прилягають до навитих із ний в однофазному, двофазному або трифазному стрічки кільцевих магнітопроводів. виконанні. Недоліками зазначеного генератора є: 1) неГенератор має у своєму складі ротор 1 (Фіг.1, достатньо ефективне використання магнітопрово2, 3 ), закріплений на валу 2. Ротор 1 у свою чергу ду статора; 2) несинусоїдний розподіл магнітної складається з магнітопроводу 3 з двома однакоіндукції у повітряному проміжку в тангенціальному вими рядами зубців 4 і 5, які взаємно зміщенні по напрямку між зубцями ротора і пакетами статора; осі обертання. Крім того, ряди зубців 4 і 5 взаємно 3) значне спадання вихідної напруги зі збільшензміщенні в тангенціальному напрямку на геометням навантаження, особливо у високочастотних генераторів. p , де z2 - число зубців ротора в одричний кут В основу винаходу покладено завдання по z2 удосконаленню генератора змінного струму, в ному ряді. Між рядами зубців 4 і 5 нерухомо закріякому шляхом введення додаткової обмотки стаплена обмотка збудження 6 (Фіг.1, 2). тора, іншого взаємного зміщення поздовжніх пакеСтатор генератора має магнітопровід із окретів статора в тангенціальному напрямку, введенмих поздовжніх пакетів 7 (Фіг.1, 2, 3, на Фіг.1 поканям взаємного зсуву магнітопровідних пластин зано тільки два пакети) розташованих по колу зовпоздовжніх пакетів забезпечується більш ефектині зубців 4 і 5 ротора. У генераторах у трифазному вне використання магнітних матеріалів та поліпвиконанні пакети 7 взаємно зміщені в тангенціальшення форми вихідної напруги генератора, що дає 6pk змогу зменшити витрати матеріалів на одиницю ному напрямку на геометричний кут , де k=1, uz1 потужності та підвищити ефективність роботи генератора. 2, 3,... , un- номер гармоніки ЕРС, z1 - число пакетів Поставлене завдання вирішується тим, що у (на Фіг.2, 3 це зміщення не показане). Кожний з відомому генераторі змінного струму в складі запакетів 7 зроблено з окремих, взаємно ізольовакріпленого на валу ротора з двома однаковими, них магнітопровідних пластин 8 (Фіг.5) визначеної взаємно зміщеними в осьовому напрямку, рядами товщини. зубців, між якими розташовано нерухомо обмотку Торці пакетів 7 прилягають до двох кільцевих збудження, причому ряди зубців взаємно зміщено магнітопроводів 9 і 10 (Фіг.1, 2, 3), навитих з магнів тангенціальному напрямку на геометричний кут топровідної стрічки з електроізоляційним покритp/z2, де z2- число зубців ротора в одному ряді, та тям. На кінцевих ділянках кожного з пакетів 7 розстатора з окремих, зібраних із взаємно ізольоваміщені котушки 11 і 12 (Фіг.1) першої обмотки них магнітопровідних пластин поздовжніх пакетів, статора; на середніх ділянках, в проміжку між ряна кінцевих ділянках яких розміщено котушки пердами зубців 4 і 5 ротора, розміщені котушки 13 шої обмотки статора, а торці пакетів прилягають другої обмотки статора. до навитих із стрічки кільцевих магнітопроводів, Кожна з котушок 11, 12 і 13 (Фіг.1) намотана згідно з винаходом, на середніх ділянках поздовжпроводом, який зроблено з трьох стрічок: дві з них ніх пакетів статора, розташованих між рядами зу14 і 15 (Фіг.4) є електропровідними, третя - 16, між бців ротора, розміщено котушки другої обмотки ними - із гнучкого електроізоляційного матеріалу. статора. Крім того, згідно з винаходом, відповідПри цьому, в котушках 11, 12 і 13 створюється ним поперечним взаємним зсувом пластин пакетів внутрішня електрична ємність. статора повітряний проміжок в тангенціальному Відповідним взаємним зсувом пластин 8 у понапрямку між внутрішньою поверхнею пакетів і перечному напрямку створюють між зовнішньою зовнішньою поверхнею зубців ротора зроблено поверхнею зубців 4 і 5 і внутрішньою поверхнею нерівномірним. Крім того, згідно з винаходом, сусіпакетів 7 повітряний проміжок 17 визначеної фордні поздовжні пакети статора кожної фазної зони ми (Фіг.5). Так, у генераторів, які живлять системи взаємно зміщені тангенціальному напрямку на електропостачання, бажано, щоб профіль повітря6pk ного проміжку відповідав співвідношенню , де k = 1,2,3,..., u -номер геометричний кут dmin uz1 , dx = p гармоніки ЕРС, z1 - число пакетів. Крім того, згідно cos x з винаходом, котушки першої та другої обмоток t статора зроблені з двох провідних стрічок, роздіде dmin - мінімальне значення (по центру зубців лених між собою шаром гнучкого діелектрика. 4, 5 і пакетів 7); t - полюсна поділка; х - відстань Для більш детального роз'яснення роботи гевід середини пакета в межах його ширини. нератора змінного струму, що заявляється, далі В цьому випадку, магнітна індукція в повітряпредставлено його опис і креслення. ному проміжку буде практично синусоїдною за На Фіг.1 зображено поздовжній переріз пропоформою, що забезпечить близьку до синусоїди нованого генератора змінного струму, на Фіг.2 і 3 форму вихідної напруги першої та другої обмоток поперечні перерізи генератора у трифазному вигенератора і зменшить втрати потужності від гарконанні; на Фіг.4 - поздовжній переріз провідних монійних складових магнітної індукції. стрічок; на Фіг.5 показано структуру повітряного Пропонований генератор змінного струму прапроміжку між зубцем ротора і внутрішньою поверцює таким чином. При живленні обмотки збудженхнею пакета статора (товщину пластин пакетів ня 6 (Фіг.1), наприклад, постійним струмом, в маг 5 86650 6 нітній системі генератора виникає магнітний потік z n обмотки статора становить f1 = 2 , де n - частоF, який виходить, наприклад, із зубців 4 ротора 1 і 60 входить у відповідні пакети 7 статора, причому та обертання ротора, об/хв, а частота ЕРС в котузначення потоку, який входить у кожний пакет, шках 13 другої обмотки статора f2=2f1, тобто у два пропорційне площі «перекриття» відповідних зурази більше. бців ротора і пакетів статора. Введення в конструкцію генератора котушок Так, для показаного на Фіг.2 взаємному поло13 другої обмотки статора дає змогу одержати женні зубців 4 ротора і пакетів 7 статора максимаджерело живлення подвійної частоти і збільшити льний магнітний потік входить у верхній пакет стапотужність генератора при однакових з прототитора. Далі, в пакетах 7 магнітний потік F пом витратах магнітного матеріалу. Крім того, як розділяється на дві практично одинакові частини варіант, другу обмотку статора можна використати ліву (потік Fл) і праву (потік Fп). Потоки Fл і Fп із для живлення обмотки збудження 6 (Фіг.1) (посеусіх пакетів 7 входять у кільцеві магнітопроводи, редництвом випрямляча), що дозволить розділити відповідно, 9 і 10 (Фіг.1), де змішуються між собою генератор на дві частини: першу - де створюється і звідти проходять у відповідні пакети 7, площа магнітне поле збудження, і другу - де генерується «перекриття» яких і зубців 5 ротора максимальна. вихідна ЕРС. Це дозволяє зробити більш надійну Так, для показаного на Фіг.3 взаємному положенні електричну ізоляцію першої обмотки статора. зубців 5 і пакетів 7 максимальний магнітний потік У генераторі-прототипі повітряний проміжок в виходить із пакета, розташованого з правої сторотангенціальному напрямку між зовнішньою поверни від верхнього. хнею зубців ротора і внутрішньою - пакетів статора Магнітні потоки Fл і Fп, проходячи по своїм є рівномірним. В цьому випадку магнітна індукція в шляхам, пронизують витки котушок 11,12 першої повітряному проміжку буде несинусоїдною, що та витки котушок 13 другої обмоток статора. При викличе появу вищих гармонік у вихідній ЕРС обертанні ротора 1 будь-яким двигуном зубці 4 і 5 першої та другої обмоток генератора. У пропонопостійно змінюють своє положення відносно пакеваному генераторі відповідним взаємним зсувом у тів 7 статора, що приводить до зміни значень магпоперечному напрямку пластин 8 пакетів статора нітних потоків Fл і Fп. При цьому магнітні потоки, 7 (Фіг.4) створюється повітряний проміжок 17 у що пронизують витки котушок 11 і 12, змінюються тангенціальному напрямку між зовнішньою поверза напрямом і розміром, а потоки, що пронизують хнею зубців 4 і 5 і внутрішньою поверхнею пакетів витки котушок 13 змінюються тільки за розміром 7 косинусоїдної форми, що забезпечить практично (від максимального до мінімального). Так, для мосинусоїдну за формою вихідну ЕРС обмоток генементу часу, коли зубці 4(а) і 4(в) ротора (Фіг.6) ратора. знаходяться під пакетами 7(А) і 7(С) статора, магВ іншому випадку, коли згаданий повітряний нітні потоки Fл і Fп У крайніх ділянках цих пакетів проміжок є рівномірним у пропонованому генераторі у трифазному виконанні пакети 7 кожної фазпроходять від зубців 4(а) і 4(в) в сторону кільцевих ної зони роблять взаємно зміщеними в тангенціамагнітопроводів 9 і 10; в середніх ділянках пакетів 7 потоки Fл і Fп проходять зліва направо. Після 6pk льному напрямку на геометричний кут , що p uz1 зубці повороту ротора на геометричний кут z2 дає змогу зменшити амплітуди небажаних, в першу чергу, п'ятої та сьомої, гармонік ЕРС 4(а) і 4(в) (Фіг.7) будуть знаходитись під пакетами генератора і поліпшити форму вихідної напруги. статора, відповідно 7(В) і 7(Д). При цьому магнітні Індуктивний опір обмотки статора, особливо у потоки Fл і Fп в крайніх ділянках пакетів 7(А) і 7(С) високочастотних генераторів, досить великий, що будуть проходити від кільцевих магнітопроводів 9 і викликає значний спад вихідної напруги генерато10 до зубців ротора, відповідно, 5(в) і 5(а), тобто ра з ростом його навантаження. У пропоновану змінять напрям руху на протилежний. При цьому, генераторі котушки 11, 12 і 13, обмотки статора магнітні потоки в середніх ділянках пакетів 7(А) і зроблено із двох провідних стрічок, розділених між 7(С) також проходять зліва направо, тобто напрям собою шаром гнучкого діелектрика. Це дає змогу руху потоків в середніх ділянках пакетів 7 залишиодержати в самій обмотці електричну ємність, що вся незмінним. зменшить або повністю компенсує її індуктивний При зміні магнітних потоків Fл і Fп в котушках опір. При цьому зменшиться спадання вихідної 11, 12 і 13 виникає електрорушійна сила (ЕРС), напруги першої та другої обмоток генератора при причому, частота ЕРС в котушках 11 і 12 першої його навантаженні. 7 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 86650 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601