Індукторний трифазний різнополюсний вентильний генератор

Реферат: В індукторному трифазному різнополюсному вентильному генераторі, який має трифазну обмотку з послідовно ввімкненими в фазах діодами, фази з'єднані в трикутник, завдяки чому обмотка суміщує функції якірної обмотки і обмотки збудження, і одержує більш жорстку зовнішню характеристику. Додатковим суттєвим удосконаленням є збільшення числа зубців статора і ротора при незмінності чисел полюсів збудження. По масогабаритних і енергетичних показниках генератор перевершує синхронний генератор з електромагнітним збудженням. UA 98261 C2 (12) UA 98261 C2 UA 98261 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить до електромашинобудування, стосується індукторних генераторів, що працюють на вентильне навантаження, і може бути використаний для виготовлення автотракторних електрогенераторів, вітроелектрогенераторів, гідрогенераторів, підвагонних генераторів, генераторів літальних апаратів і ін. Відомий індукторний різнополюсний генератор, статор якого має якірну трифазну 2р1полюсну обмотку з зубцевим кроком, розміщену в Z 1 пазах, і 2р2-полюсну обмотку збудження, розміщену в 2р3 великих пазах на статорі, при цьому число пазів 2р2 обмежене, 2р2=2,4,6. Ротор зубчатий, відкриті пази ротора числом Z2 ніякої обмотки не несуть. Число пар полюсів обмотки якоря р1 визначається числом зубців ротора p1=Z2 [Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока. М.: Высшая школа, 1982 - 272 с] На відміну від синхронних генераторів, в яких магнітний потік в зубцях якоря змінює свою полярність, в індукторних генераторах магнітний потік в зубцях якоря пульсуючий, змінюється від максимального до мінімального значення, не міняючи своєї полярності. Це зменшує ефективність електромагнітного перетворення більш ніж в два рази. Тому індукторні генератори порівняно з синхронними мають в два рази гірші масогабаритні показники, в два рази більші витрати електротехнічної сталі та міді. Найбільш близьким за технічною суттю є індукторний трифазний різнополюсний вентильний генератор, статор якого має якірну трифазну 2р1 – полюсну обмотку з зубцевим кроком, розміщену в Z1 пазах, і 2р2–полюсне збудження, число полюсів 2р2 якого дорівнює числу зубців статора, 2p2=Z1 ротор зубчатий числом зубців Z2, число пар полюсів якірної обмотки р1 дорівнює числу зубців ротора Z2, p1=Z2, фазні обмотки з'єднані в трикутник і в фазах якірної обмотки послідовно узгоджено ввімкнені діоди, а напругу джерела збудження подають на один із діодів якірної обмотки [Лущик В.Д. Вентильні генератори індукторного типу з суміщеними обмотками // Вісник Харківського державного політехнічного університету. - 2000. - Вип. № 84. С. 129-130]. Цей генератор порівняно з відомими індукторними генераторами має на 30 % менші питомі витрати активних матеріалів за рахунок того, що по-перше, обмотка якоря виконує одночасно і функцію обмотки збудження, тобто є суміщеною; по-друге, при навантаженні в фазах якірної обмотки з'являється півперіодний випрямлений струм, який протікає в тому напрямі, що і струм збудження, тобто струм навантаження діє намагнічуючим чином, збільшуючи потік збудження. Завдяки цьому зовнішня характеристика такого генератора більш жорстка, а значить при інших однакових умовах такий генератор виробляє більшу електричну потужність. Однак недоліком генератора є гірші приблизно на 20 % питомі витрати активних матеріалів порівняно з синхронним трифазним генератором з електромагнітним збудженням, який на теперішній час застосовують на автомобілях. В основу винаходу поставлено задачу удосконалити індукторний трифазний різнополюсний вентильний генератор, в якому завдяки збільшенню числа зубців в статорі і роторі при незмінності чисел полюсів збудження, а також значно більшої ширини великого зубця статора досягається зменшення питомих витрат активних матеріалів. Ця задача вирішується тим, що в індукторному трифазному різнополюсному вентильному генераторі, статор якого має якірну трифазну 2р1- полюсну обмотку з зубцевим кроком, розміщену в Z1 пазах, і 2р2-полюсне збудження, число полюсів 2р2 якого дорівнює числу зубців статора, 2p2=Z1, ротор зубчатий числом зубців Z2, число пар полюсів якірної обмотки р1 дорівнює числу зубців ротора Z2, p1=Z2, фазні обмотки з'єднані в трикутник і в фазах якірної обмотки послідовно узгоджено ввімкнені діоди, а напругу джерела збудження подають на один із діодів якірної обмотки, великі зубці статора, які охвачуються котушками статорної обмотки, мають ширину b z  0,6t1, де t1  D , (D - внутрішній діаметр статора), кожний великий зубець 1 6 має два малих зубці, ширина яких b'z  (0,28  0,29)b z , а паз між малими зубцями має ширину 1 1 ' bп  (0,42  0,43)bz , ротор має 14 рівномірно розміщених по колу зубців, Z2  14 , ширина яких 1 1 50 bz  0,952b'z . 21 1 Винахід пояснюється кресленнями, де на фіг. 1а показаний магнітопровід статора, який має великих зубців Z1  6 та малих зубців ' Z1  12 , і магнітопровід ротора числом зубців Z2  14 ; на фіг. 2 - обмотка якоря (вона ж і збудження) на Z1  6 зубцях статора; 55 на фіг. 3 - принципова електрична схема генератора з навантаженням і акумулятором. 1 UA 98261 C2 Статор генератора являє собою порожнистий циліндр, набраний із електротехнічної сталі, на внутрішній поверхні якого розміщено Z1 великих зубців прямокутної форми (фіг. 1, Z1  6 ), які охоплюються котушками якірної обмотки 1. Кожний великий зубець має ширину b z , що 1 дорівнює 60 % зубцевого ділення статора, b z  0,6t1, де зубцеве ділення t1  D , D - внутрішній 1 6 5 діаметр статора. Кожний великий зубець має два малих зубці 2, ширина яких ' b'z  (0,28  0,29)bz , а паз між малими зубцями має ширину bп  (0,42  0,43)bz . 1 1 1 1 Ротор - циліндричної форми магнітопровід, теж набирається із електротехнічної сталі і має 14 рівномірно розміщених по колу зубців 3, Z2  14 , ширина яких повинна бути на 5 % меншою 10 15 20 25 30 35 40 ширини малих зубців статора, b z  0,95b'z . 2 1 Обмотка якоря - трифазна, складається з Z1 котушок, кожна з яких охоплює свій зубець, тобто обмотка виконана з зубцевим кроком. Кожна фаза складається із Z 1/3 котушок, що знаходяться на протилежно розміщених зубцях і з'єднаних між собою в фазах послідовно зустрічно (фіг.2). На котушках позначені номера великих зубців, які охвачуються котушками. Початки фаз А, В і С починаються з першої, третьої та п'ятої котушок. Фазні обмотки якоря з'єднані в трикутник. Число пар полюсів якірної обмотки р1 визначається, як і у відомих індукторних генераторів, числом зубців ротора Z2, P1=Z2. В фазах якірної обмотки послідовно та узгоджено з іншими фазами ввімкнені діоди (фіг. 2, фіг. 3). Генератор працює так. При подачі напруги джерела збудження на один із діодів якірної обмотки протікає струм збудження, який утворює нерухоме 2р2-полюсне поле збудження, число полюсів якого дорівнює числу великих зубців статора, 2p2=Z1. При обертанні ротора виникають пульсації магнітного потоку збудження, частота яких f2 залежить від швидкості обертання n та числа зубців ротора Z2, f2=Z2n. В якірній обмотці наводиться ЕРС частотою f2, яка знімається з якірних виводів і подається на трифазний двопівперіодний випрямляч (фіг.3). При навантаженні резистивним опором RH, а також акумулятором в режимі заряду, в фазних обмотках протікають однопівперіодні випрямлені струми навантаження, магніторушійна сила (МРС) яких в зубцях співпадає з МРС струму збудження. Напругу джерела збудження подають на обмотку якоря через регулятор напруги, який, як і в серійних генераторах, підтримує напругу на навантаженні незмінною. По масогабаритних показниках пропонований генератор перевершує будь-який синхронний генератор з електромагнітним збудженням, що працює на вентильне навантаження. Значне покращення масогабаритних показників пояснюється збільшенням числа зубців в роторі Z 2 в 1,75 разу, адже пропорційно зростає ЕРС в обмотці якоря при тих же обмоткових даних. При цьому важливо, що число полюсів збудження не збільшується. Збільшення числа полюсів збудження завжди призводить до пропорційного збільшення мідного проводу. Важливим фактором в покращенні процесу електромагнітного перетворення ' ' енергії є незначна різниця між числами пазів статора Z 1 і ротора Z2, Z1  12 , Z2  14 (в прототипі Z1  6 , Z2  8 ), а також значно більша ширина великого зубця статора b z  0,6t1, 1 порівняно з прототипом, в якому b z  0,35t1 . 1 Переваги пропонованого генератора порівняно з синхронними з електромагнітним збудженням більш проста і надійна конструкція як статора, так і особливо ротора, який не має ніякої обмотки, не має кілець і щіток. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 Індукторний трифазний різнополюсний вентильний генератор, статор якого має якірну трифазну 2p - полюсну обмотку з зубцевим кроком, розміщену в Z1 пазах, і 2p - полюсне збудження, 2 1 число полюсів 2p якого дорівнює числу зубців статора, 2p 2  Z1 , ротор зубчатий числом зубців 2 50 Z2, число пар полюсів якірної обмотки р1 дорівнює числу зубців ротора Z2, p1  Z2 , фазні обмотки з'єднані в трикутник і в фазах якірної обмотки послідовно узгоджено ввімкнені діоди, а напругу джерела збудження подано на один із діодів якірної обмотки, який відрізняється тим, що зубці статора, які охоплені котушками статорної обмотки, мають ширину b z1  0,6t1 де 2 UA 98261 C2 D , (D - внутрішній діаметр статора), причому кожний зубець має два малих зубці , ширина 6 ' яких b'z1  (0,28  0,29)b z1 , а паз між малими зубцями має ширину bп1  (0,42  0,43)bz1 , ротор має t1  14 рівномірно розміщених по колу зубців, Z2  14 , ширина яких b z 21  0,95b'z1 . 3 UA 98261 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4