Двухпакетный синхронный генератор

Двухпакетный синхронный генератор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам.

Известен синхронный генератор торцевого исполнения с возбуждением от постоянных магнитов (Авторское свидетельство №114917 класс 21d, 45, СССР от 29.08.1957 г.), содержащий два пакета статора, между которыми размещен многополюсный индуктор, в полузакрытых пазах пакетов статора расположена якорная обмотка.

Недостатками генератора являются:

- повышенный начальный момент страгивания, т.е. момент, препятствующий в пазовых генераторах смещению неподвижного ротора из установившегося положения;

- пониженные энергетические характеристики.

Повышенный начальный момент страгивания наблюдается в генераторах как торцевого, так и радиального конструктивных исполнений. Сущность возникновения начального момента, препятствующего страгиванию, заключается в следующем. В пазовых электрических машинах проводимость зоны воздушного зазора изменяется в зависимости от угла поворота ротора из-за наличия пазов. Ротор устанавливается в таком положении, где магнитная проводимость максимальна. Чем больше разница в проводимостях при различных положении ротора, тем больше момент, препятствующий страгиванию. Он является препятствием использования генератора в таких сферах применения, как ветроэнергетика, гидроэнергетика, где необходимо свободное, плавное вхождение во вращение.

Перечисленные недостатки ухудшают эксплуатационные и энергетические характеристики генератора.

Задача изобретения - улучшение эксплуатационных и энергетических характеристик.

Технический результат - выравнивание суммарной проводимости зазоров в зависимости от угла поворота ротора, обеспечение плавности страгивания, снижение дополнительных потерь.

Поставленная задача решается следующим образом.

Предложен двухпакетный синхронный генератор, содержащий пакеты статора с пазами для обмоток и расположенный между пакетами многополюсный индуктор, в котором для улучшения эксплуатационных и энергетических характеристик пакеты статора смещены друг относительно друга на половину зубцового деления, а пазы статора скошены на половину зубцового деления.

На Фиг.1 представлена конструкция двухпакетного синхронного генератора в торцевом конструктивном исполнении; на фиг.2 - схема магнитной цепи генератора, путь прохождения магнитного потока; на фиг.3, 4 для сравнения представлены зубцовые зоны статоров в четырех различных положениях магнитов ротора: со смещением пакетов статора (Фиг.3) и без смещения (Фиг.4). На фиг.5 схематически показано взаимное расположение скошенных пазов пакетов статора 1, 2 друг против друга: а) без смещения, со скосом пазов на одно зубцовое деление, б) со смещением, со скосом пазов на половину зубцового деления.

Синхронный генератор содержит статор, состоящий из двух навитых пакетов 1 и 2. Пакеты статора 1, 2 смещены друг относительно друга на половину зубцового деления. Пазы пакетов 1, 2 статора выполнены открытыми со скосом на половину зубцового деления. В пазах размещены обмотки 3, 4 соединенные последовательно. Ротор содержит индуктор 5 с постоянными магнитами 6.

Магнитный поток постоянных магнитов 6 (Фиг.2), замыкаясь через пакеты статора, проходит последовательно через две пары зазоров δ₁, δ₁ и δ₂, δ₂. При вращении ротора переменнополюсный поток магнитов 6 наводит в обмотках 3, 4 статора суммарную э.д.с.

Преимущества предложенного технического решения, а именно смещения пакетов статора, показывает анализ взаимного расположения зубцовых зон пакетов статора и магнитов ротора. Для облегчения анализа на Фиг.2, 3, 4 показаны зубцовые зоны для числа пазов на полюс и фазу q=1. Проводимость зазора G_δ пропорциональна площади прохождения потока в зазоре. Без учета распушения потока с достаточной степенью приближенности, одинаковой для всех положений обоих вариантов, можно считать, что она пропорциональна сумме сечений зубцов, следовательно сумме ширины зубцов b_z, находящихся против магнита, и обратно пропорциональна пути прохождения потока, т.е. длине зазора δ. Зазор неизменен, следовательно, , . Суммарная проводимость последовательных зазоров зубцовых зон .

Проводимости в различных положениях ротора без смещения пакетов статора (Фиг.4) составляют:

в положении 1 - G_δ1=k2b_z, G_δ2=k2b_z,

В положении 2 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2,25b_z,

В положении 3 - G_δ1=k2,5b_z, G_δ2=k2,5b_z,

В положении 4 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2,25b_z,

Изменение проводимости происходит от 1 до 1,25, т.е. на 25%. Аналогично, проводимости в различных положениях ротора со смещением пакетов статора (Фиг.3) составляют:

в положении 1 - G_δ1=k2,5b_z, G_δ2=k2b_z,

в положении 2 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2b_z,

В положении 3 - G_δ1=k2,25b_z, G_δ2=k2,25b_z,

В положении 4 - G_δ1=k2b_z, G_δ2=k2,5b_z,

Изменение проводимости происходит от 1,111 до 1,125, т.е. на 1,26%. Таким образом, смещение пакетов статора уменьшает изменение проводимости с 25% до 1,26%, соответственно момент, препятствующий страгиванию, пропорциональный производной изменения проводимости по углу поворота ротора, уменьшается на порядок.

Дальнейшее сглаживание изменения суммарной проводимости и снижение начального момента страгивания происходит при введении скоса пазов.

Общеизвестна рекомендация скоса пазов на одно зубцовое деление.

Действительно, в известных электрических машинах плавный переход магнита от одного зубца к другому по проводимости происходит при скосе пазов на одно зубцовое деление.

В двухпакетном статоре без смещения это аналогично одновременно повторяется на втором пакете (Фиг.5а) 1, 2.

В двухпакетном статоре при наличии смещения пакетов на половину зубцового деления плавный переход магнита от зубца одного пакета к соседнему зубцу другого пакета происходит при скосе пазов на половину зубцового деления (Фиг.5б) 1, 2.

Следовательно, наличие смещения пакетов в двухпакетном статоре делает достаточным скос пазов на половину зубцового деления.

А так как скос пазов приводит к некоторому увеличению индуктивного сопротивления рассеяния х_s, к увеличению длины витка обмотки и сопротивления фазы R_ф, к уменьшению сечения паза в свету, то уменьшение скоса положительно сказывается на x_s, R_ф и облегчает укладку обмотки в паз.

Выравнивание суммарной проводимости магнитной цепи машины смещением пакетов на половину зубцового деления и введением скоса пазов на половину зубчатого деления одновременно с уменьшением начального момента страгивания приводит к уменьшению дополнительных потерь и повышению к.п.д. Все это улучшает эксплуатационные и энергетические характеристики, т.е. решает поставленную задачу.

Наибольший эффект от данного технического решения достигается при использовании его в тихоходных ветро- и гидрогенераторах.

На предприятии-заявителе ОАО "Электропривод" изготовлен двухъярусный торцевой генератор, в котором открытые пазы в навитых лентой из электротехнической стали пакетах статора изготовлены нарезанием стандартной дисковой фрезой. Такой способ изготовления технологичен и позволяет снизить трудоемкость изготовления пакетов в индивидуальном и мелкосерийном производстве в сотни раз по сравнению с изготовлением полузакрытых пазов статора генератора (Л.М.Паластин. Синхронные машины автономных источников питания. М.: Энергия. 1980 г., стр.82-84).

Также на предприятии-заявителе ОАО "Электропривод" спроектирован образец двухпакетного торцевого синхронного генератора мощностью 11 кВт, в котором заложены мероприятия по предложенному техническому решению.

Двухпакетный синхронный генератор, содержащий пакеты статора с пазами для обмоток и расположенный между пакетами многополюсный индуктор, отличающийся тем, что пакеты статора смещены относительно друг друга на половину зубцового деления, а пазы статора скошены на половину зубцового деления.