Асинхронний однофазний самозбудний генератор

1. Асинхронний однофазний самозбудний генератор, що містить магнітопроводи статора, у пазах якого встановлена якірна обмотка та обмотка збудження, і ротора, набраного з листів холоднокатаної електротехнічної сталі, що мають пази під обмотку, який відрізняється тим, що спом'януті пази ротора у діапазоні ±p/6 радіан до напрямку 31241 де: g - кут відносно напрямку прокату; hzp/3, hap/3 висота зубців та ярма ротора у перетинах з мінімальною магнітною проникністю. У окремому варіанті виконання у листах ротора посадочні шліці виконані симетрично впоперек напрямку прокату, а у пазах, що мають більшу у порівнянні з іншими висоту, встановлена, по меншій мірі, одна пара стрижнів із магнітотвердого матеріалу із кроком рівним кроку полюсного ділення. При використанні винаходу досягається підвищення жорсткості зовнішньої характеристики асинхронного однофазного самозбуджуючогося генератора, підвищується надійність самозбудження та зменшуються вагогабаритні показники конденсаторів, що досягнуте, в основному, за рахунок оптимізації конструктивних параметрів генератора. Суттєвість вищенаведених відокремлювальних ознак та досяжність спом'янутих вище позитивних ефектів підтверджується наступними доказами. З теорії роботи асинхронних самозбудних генераторів відомо, що реактивна (намагнічувальна) потужність генератора повинна при чисто активному навантаженні покриватися потужністю конденсаторів збудження. При змішаному активно-індуктивному навантаженні, що практично завжди має місце, потужність конденсаторів необхідно збільшувати, щоб вони покривали і реактивну частину навантаження. При ємнісному характері навантаження жорсткість зовнішньої характеристики збільшується, а потужність конденсаторів збудження зменшується. При повній компенсації реактивної потужності навантаження за рахунок робочого конденсатора, його потужність визначається лише умовами самозбудження генератора. Суттєво полегшуються умови самозбудження при виконанні магнітопровода ротора з анізотропної сталі, оскільки з'являються складові реактивного моменту синхронного типу, які можуть сприяти процесу самозбудження не тільки при наявності е.д.с. остаточного намагнічування, але й при флуктуації електронів у ланцюзі якірної обмотки або наводці зовнішнім полем, наприклад, від закладених у пазах магнітопровіда ротора стрижнів з магнітотвердого матеріалу та інших факторів. Все викладене вище грає особливо важливу роль при однофазних режимах роботи асинхронних самозбуджуючихся генераторів, коли відбувається деформація кругового робочого поля у еліпсне або пульсуюче, а також при спеціальному виконанні генераторів однофазними із допоміжною обмоткою збудження, яка має свою конденсаторну групу. Відомо, що магнітна анізотропія холоднокатаної сталі, яка характеризується зміною її магнітної проникності від кута (g) до напрямку прокату, має складну форму із трьома екстремальними точками при g1=0, g2=p/3 і g3=p/2. Причому під кутом до напрямку прокату g2=p/3 має місце глобальний мінімум. Підтримання у діапазоні g=(p/3¸p/2) саме цього мінімального значення магнітної проникності забезпечує появу у роторі магнітної анізотропії по двом взаємно перпендикулярним напрямкам, що мають помітно різноманітні значення: більші для перетинів, співпадаючих із напрямками впоперек прокату листів сталі, з яких він набраний, і менших теми у широкому діапазоні частот оберту вимагається й широкий діапазон кутів управління тиристорів, що призводить до необхідності збільшувати ємності пристрою збудження, знижує надійність самозбудження і погіршує його вагогабаритні показники. Узагальненою причиною недоліків розглянутих вище відомих технічних рішень є те, що вирішення проблем підвищення надійності самозбудження, стабілізації вихідної напруги та підвищення перевантажувальної спроможності відомих асинхронних генераторів із самозбудженням пропонувалося за рахунок їхнього оснащення додатковими приладами, що й призводило як до зниження енергетичних показників, так і до погіршення вагогабаритних показників. Найбільш близьким по технічній суттєвості та кількості співпадаючих ознак є відоме по а.с. СРСР № 797000, кл. Н02К17/42, опубл. 15.01.1981, технічне рішення, у якому зменшення вагогабаритних показників та спрощення асинхронного самозбудного генератора досягнуте, у основному, за рахунок оптимізації його параметрів. Тому технічне рішення по а.с. СРСР № 797000, кл. Н02К17/42, й було прийняте нами за прототип. У відповідності із прототипом асинхронний однофазний самозбудний генератор містить магнітопроводи статора, у пазах якого встановлена якірна обмотка та обмотка збудження, і ротора, набраного з лістів електротехнічної сталі, що мають пази під обмотку, при цьому паралельно якірній обмотці підключені конденсатори, а у бильці магнітопровода статора виконані прямокутні пази. Недоліком відомого по а.с. СРСР № 797000 технічного рішення є низька перевантажувальна спроможність асинхронного самозбудного генератора, недостатня жорсткість його зовнішньої характеристики та відсутність гарантованого самозбудження у всьому діапазоні частот оберту привідного двигуна. Всі відмічені недоліки стають ще більш дійовими стосовно до однофазного виконання асинхронного генератора, оскільки їхньою причиною є деформуємість магнітного поля у залежності від характеру навантаження (активно-індуктивного або активно-ємнісного), а також відсутність резервуючих факторів забезпечення надійного самозбудження у всьому діапазоні частот оберту привідного двигуна. Задачею цього винаходу є створення асинхронного однофазного самозбуджуючогося генератора із жорсткою зовнішньою характеристикою та із забезпеченням гарантованого його самозбудження в однофазних режимах роботи у всьому діапазоні частот оберту привідного двигуна за рахунок надання геометрично симетричному ротору необхідної електромагнітної асиметрії. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому асинхронному самозбудному генераторі, що містить магнітопроводи статора, у пазах якого установлена якірна обмотка і обмотка збудження, та ротора, набраного із листів холоднокатаної електротехнічної сталі, які мають пази під обмотку, згідно з винаходом, спом'януті пази у діапазоні ±p/6 радіан до напрямку прокату виконані із висотою hz/(g), яка визначається по співвідношенню: hz(g)=hzp/3+hap/3(0,15¸0,155)g/(0,667+0,15g), 2 31241 збуджуючогося генератора через автоматичний вимикач 12 підключена активне 13 і індуктивне 14 навантаження. Зовнішня характеристика асинхронного однофазного самозбуджуючогося генератора при малих величинах анізотропії ротора має вид кривої 15, а при максимальній анізотропії - вид кривої 16. У останньому випадку генератор має підвищену жорсткість та перевантажувальну спроможність не менше (2¸2,5). Магнітопровід 2 ротора шихтується із листів анізотропної електротехнічної сталі з утворенням продольної і поперечної осей намагнічування, шляхом орієнтування вказаних листів із допомогою шліців 6. Наприклад, у окремому випадку виконання ротора асинхронного самозбуджуючогося генератора при числі пазів 5 ротора рівному 22 у зону ±p/6 до напрямку прокату попадають З пази 5. При цьому висота цих пазів 5 складає, у відповідності із залежністю (3) після підстановки до неї кутових координат даних пазів g1=1,57, g2=1,29 радіан, hzg1=16,5 та hzg2=15,8, враховуючи, що hzp/3=14, а hap/3=10. Всі розміри наведені у міліметрах. Працює пропонований асинхронний однофазний самозбудний генератор так. При наявності деякого остаточного намагнічування ротора та розбіжності у магнітних провідностях по продольній та поперечній осям у однофазному самозбуджуючомуся генераторі оберт ротора викликає індуціонунання в обмотках 3 та 4 статора остаточної е.д.с. Еост, яка викликає у конденсаторах 8 та 9 струм Іс. Протікання даного струму по обмоткам статора (якірній 3 та збудження 4), посилює магнітний потік через магнітопровід 1 статора, у результаті чого посилюється е.д.с., що індуцирується, й струми через конденсатори 8 та 9, повторюючи процес самозбудження до тих пір поки: (Xс1+Xм)>Xс, де: Хс1, Хм, Xc - опори розсіювання, намагнічування і конденсатора відповідно. Із зростанням е.д.с., внаслідок насичення магнітного ланцюга магнітопровіда 1 статора, опір намагнічування Хм зменшується, і при номінальному значенні напруги досягається рівність: (Xс1+Xм)=Xс, при якій процес самозбудження закінчується. Таким чином, у технічному рішенні, що пропонується, забезпечується досягнення не тільки позитивного технічного результату у частині підвищення жорсткості зовнішньої характеристики генератора та надійності його самозбудження, але й економічний ефект, що полягається у зменшенні вартості штатне застосованих конденсаторів та системи стабілізації напруги. для перетинів, співпадаючих із напрямками вздовж прокату листів сталі, враховуючи, що напрямок магнітного потоку до спом'янутих перетинів визначається їх нормаллю. Проведені дослідження показали, що для всіх марок холоднокатаних сталей характер залежностей магнітної проникності від кута напрямку прокату однаковий і відрізняється лише абсолютними значеннями. Це дає можливість із великою точністю представити відносну магнітну проникність (mос) у діапазоні p/3¸p/2 від кута прокату (g) для холоднокатаних сталей залежністю: (1) mос=mp/3+6×g(mp/2-mp/3)/p. Оскільки для більшості холоднокатаних сталей емпірично встановлено, що mp/2=(0,748-0,745), а mp/3=0,667, тоді і залежність (1) у результаті приймає вигляд: mос(g)=0,667+(0,15¸0,155)g. (2) Спираючись на отриману залежність (2), можна отримати характер зміни висоти зубців у заданому діапазоні, що забезпечує мінімальну магнітну провідність ротора: hz|g|=hzp/3+hap/3(0,15¸0,155)g/(0,667+0,15g), (3), що і забезпечує вирішення поставленої задачі у сукупності з іншими признаками. Аналіз вітчизняної та зарубіжної науково-технічної і патентної літератури не виявив технічних рішень, що володіють тотожними ознаками і результатом, який досягається, що дозволяє вважати винахід, задовольняючим критерію "новизна". На думку заявника також технічне рішення не є для фахівців явним, що дозволяє вважати винахід, задовольняючим критерію "винахідницький рівень". На фіг. 1 схематично показании поперечний перетин асинхронного однофазного самозбуджуючогося генератора, який пропонується, на фіг. 2 зображена схема підключення обмоток, а на фіг. 3 представлені зовнішні характеристики асинхронного однофазного самозбуджуючогося генератора при різноманітних виконаннях їх ротора. Пропонований асинхронний однофазний самозбудний генератор містить магнітопровід 1 статора та магнітопровід 2 ротора, у пазах магнітопровода 1 установлені якірна обмотка 3 та обмотка збудження 4, а у магнітопроводі 2 виконані різновеликі пази 5 з обмоткою та шліці 6, що орієнтуються в перетині впоперек прокату листів анізотропної сталі, а також установлені стрижні 7 з магнітотвердого матеріалу. З обмоткою збудження 4 послідовно з'єднаний конденсатор 8, а якірна обмотка 3 послідовно з'єднана із робочим конденсатором 9, шунтованим опором 10. На зовнішні силові виводи 11 асинхронного однофазного само 3 31241 Фіг. 1 Фіг. 2 4 31241 Фіг. 3 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5