RO123210B1 - Generator sincron de curent alternativ trifazat, cu stator rotativ - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un generator sincron de curent alternativ trifazat, cu stator rotativ, care produce energie electrică, de exemplu, prin folosirea puterii de antrenare a unei turbine hidraulice. Generatorul conform invenţiei are în componenţă un rotor (1) cu poli înecaţi şi un stator (2), care sunt antrenate, independent, cu viteze (n1 şi n2) egale şi de sens contrar, de două turbine (19 şi 15) hidraulice, antrenarea rotorului (1) fiind făcută de către prima turbină (19), prin intermediul unui angrenaj format din nişte roţi (17 şi 18) dinţate, rotorul (1) fiind susţinut la un capăt al unui ax de nişte rulmenţi (5 şi 6) montaţi într-un capac (4), iar la celălalt capăt, de nişte rulmenţi (8 şi 9) radiali, montaţi în stator (2) şi, respectiv, într-un alt capac (3) fixat de stator (2).

Description

Invenția se referă la un generator sincron de curent alternativ trifazat, cu stator rotativ, destinat a fi utilizat la producerea de energie electrică în general și, în particular, la producerea de energie electrică prin utilizarea puterii de antrenare a unor turbine hidraulice.

în prezent sunt cunoscute mai multe tipuri de generatoare sincrone:

-turbogeneratoare, având rotorul cu poli plini, utilizate la turații ridicate, cuprinse între 1000 și 3000 rot/min pentru o frecvență f = 50 Hz, antrenarea fiind realizată de o turbină cu aburi sau cu gaze;

- hidrogeneratoare, având rotorul cu poli aparenți, folosite la turații scăzute, sub 1000 rot/min, antrenarea fiind realizată de o turbină hidraulică.

în brevetul R0108127 este prezentată o soluție de generator electric sincron, trifazat, excitat cu magneți permanenți, plasați într-un rotor exterior, cu rol de carcasă exterioară, și un stator interior, alcătuit din tole, rotorul exterior fiind antrenat eolian, prin intermediul paletelor unei turbine eoliene cu viteze de rotație relativ mici.

în brevetul RO 116330 este prezentată o soluție de generator electric de curent alternativ, având o mișcare de translație oscilantă și la care circuitul magnetic se închide și printr-un miez feromagnetic intermediar glisant.

Aceste soluții, în special cele care lucrează la viteze mari de antrenare, au în principal dezavantajul că prezintă uzuri importante în lagăre.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea acelorași mărimi de ieșire ale generatorului, respectiv, frecvență, putere electrică, tensiune, curent, darîn condiții de reducere cu 50% a vitezelor de rotație în lagărele de rotație ale generatorului.

Generatorul de curent alternativ trifazat, conform invenției, înlătură aceste dezavantaje prin aceea că, în scopul reducerii vitezelor de antrenare și, implicit, al cheltuielilor de mentenanță, este constituit dintr-un stator rotativ, cu rol de indus, care este antrenat într-un sens, de o turbină hidraulică, și dintr-un rotor care conține o înfășurare de excitație în curent continuu, antrenat în sens invers, de o altă turbină hidraulică, viteza de sincronism fiind dată de suma mărimilor absolute ale celor două viteze de antrenare.

Avantaleje nete ale invenției constau în:

- reducerea uzurilor în lagăre;

- reducerea costurilor energetice de producere a energiei electrice;

- reducerea cheltuielilor de mentenanță și creșterea fiabilității sistemului în ansamblul său;

- posibilitatea utilizării mai multor forțe/energii, cum arfi forțe hidraulice, forța aburului, forța valurilor, forța curenților marini, forța eoliană etc.

în continuare se dă un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 2, exemplu în care antrenarea este realizată prin turbine hidraulice.

în fig. 1 este prezentată o secțiune longitudinală prin generatorul sincron cu stator rotativ, unde:

- rotor,

- stator rotativ,

- capac special, cu ax de forță,

- capac special, cu ax de forță,

5, 6 - rulmenți radiali,

- cutie borne,

8, 9 - rulmenți radiali,

- șuruburi de prindere,

11, 12 - rulmenți radiali,

13, 14 - roți dințate, de antrenare a statorului rotativ,

RO 123210 Β1

- turbină hidraulică,1

- inel distanțier,

17, 18 - roți dințate, de antrenare a rotorului,3

- turbină hidraulică,

- perii colectoare,5

- inele colectoare,

- inele electroizolante,7

- perii colectoare tensiune electromotoare,

- inele colectoare,9

- inele electroizolante,

- carcasă exterioară,11

- capac ansamblu perii colectoare rotorice,

- picioare sprijin,13

- inel prindere, n1 - viteză de antrenare a statorului rotativ,15 n2 - viteză de antrenare a rotorului.

în fig. 2 este prezentată o secțiune transversală, prin generator, unde:17

- rotor,

- stator rotativ,19

- carcasă exterioară,

- picioare sprijin,21

- inel prindere.

Generatorul electric sincron, de curent alternativ trifazat, cu stator rotativ, este 23 constituit dintr-un rotor 1, cu poli înecați, cu rol de inductor, înfășurarea de excitație fiind compusă din două semibobine legate în serie și decalate în spațiul circumferențial cu 180°, 25 alimentarea fiind asigurată în curent continuu de 220 V, de la o sursă de curent continuu, de preferință un redresor. 27

Antrenarea rotorului 1 cu viteza n2 este realizată de turbina hidraulică 19, prin intermediul angrenajului format din roțile dințate 17 și 18. în mod evident, roata dințată 17 29 este fixată rigid, prin metode cunoscute, pe axul rotorului 1.

La capătul dinspre turbina hidraulică 19, rotorul 1 este susținut de rulmenții 5 și 6, iar 31 la celalalt capăt, de rulmenții radiali 8 și 9.

De precizat, așa cum se vede în fig. 1, că rulmenții 5 și 6 sunt montați într-un lagăr 33 practicat în capacul special 4, fixat de corpul statorului rotativ 2, prin intermediul unor șuruburi de prindere 10. 35

De asemenea, la cealaltă extremitate rotorică, rulmentul 8 este presat într-un lagăr practicat în corpul statorului rotativ 2, iar rulmentul 9 este amplasat într-un lagăr practicat în 37 capacul special 3, fixat, la rândul său, de statorul 2, tot prin niște șuruburi de prindere 10.

Alimentarea înfășurării retorice de excitație este asigurată prin intermediul periilor 39 colectoare 20 și inelelor colectoare 21, care sunt montate pe inelele electroizolante 22, dispuse rigid pe axul rotorului 1. 41 întregul ansamblu inele-perii colectoare 20,21 este plasat în interiorul unei carcase de protecție 27, care este fixată, la rândui ei, prin șuruburi, de carcasa exterioară 26 a 43 generatorului.

Statorul rotativ 2 conține 3 înfășurări corespunzătoare celor 3 faze, R, S, T, decalate 45 la 120° pe circumferința statorică, acestea putând fi legate în modul stea sau triunghi.

RO 123210 Β1

Antrenarea statorului rotativ 2 cu viteza n1, de sens contrar vitezei de antrenare rotorice n2, se poate face de la o altă turbină hidraulică 15, prin intermediul angrenajului format de roțile dințate 13 și 14, roata dințată 13 fiind montată rigid pe axul capacului special 3, prin metode în sine cunoscute.

Pentru asigurarea unei distanțe între roțile dințate 13 și 14 și carcasa exterioară 26, este interpus un inel distanțier 16.

Capacul special 4 conține, în prelungirea sa, un ax de forță, care se rotește în rulmentul 11, montat într-un lagăr practicat în carcasa exterioară 26.

Prin antrenarea, cu viteze de sens contrar, a statorului rotativ 2 și a rotorului 1, la cutia cu borne 7, se regăsește tensiunea electromotoare din cele 3 înfășurări statorice, care respectă relația:

E = 4,44xfxkxNx<D, unde f - frecvența tensiunii electromotoare induse, k - factorul de înfășurare al statorului rotativ, cu rol de indus, N - numărul de spire pe fază al statorului rotativ, Φ - fluxul magnetic util, produs de rotor, care traversează înfășurările statorice.

Este cunoscut faptul că mașinile sincrone îndeplinesc și condiția:

f = p x n/60, unde f - frecvența tensiunii electromotoare (Hz), p - numărul de perechi de poli, n - turația rotorului (rot/min).

Pornind de la această relație matematică, se pot evidenția mai multe posibilități constructive ale generatorului, din punct de vedere al numărului de perechi de poli, în condițiile în care frecvența tensiunii electromotoare practicată în sistemul energetic european este de 50 Hz. Astfel, în condiția realizării înfășurării statorice cu o pereche de poli p-1, rezultă că, pentru obținerea unei frecvențe de 50 Hz, este nevoie de o viteză de antrenare de 3000 rot/min.

în condițiile prezentei invenții, ținând cond de faptul că statorul este antrenat și el cu viteza n1, egală și de sens contrar vitezei de antrenare rotorice n2, rezultă că, în valori absolute, n1 = n2 = 1500 rot/min.

Refăcând același raționament pentru 2 perechi de poli, adică p = 2, rezultă că viteza relativă de rotație dintre stator și rotor trebuie să fie de 1500 rot/min, respectiv, n1 = n2 = 750 rot/min.

Este evident că, pentru p > 2, se pot obține viteze de antrenare și mai mici, fapt care permite utilizarea, ca mărimi de intrare în sistemul de generare a energiei electrice, a energiei valurilor, energia eoliană, energia curenților marini etc.

Claims (4)

1. Generator sincron de curent alternativ trifazat, cu stator rotativ, cuprinzând un rotor 3 cu excitație în curent continuu (1) și un stator rotativ (2) cu înfășurări trifazate, caracterizat prin aceea că rotorul (1) și statorul (2) sunt antrenate independent, cu viteze egale n1 = n2,5 și de sens contrar, de două turbine hidraulice (19 și 15).

2. Generator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că antrenarea rotorului 7 (I) se face de la turbina hidraulică (19), prin intermediul unui angrenaj format din niște roți dințate (17 și 18), rotorul (1) rotindu-se la un capăt al axului sau prin intermediul unor9 rulmenți (5 și 6), rulmenții fiind montați în niște lagăre practicate într-un capac (4) ce se montează pe statorul rotativ (2), prin niște șuruburi (10), iar la celalalt capăt, prin intermediul 11 unui rulment (8) montat în statorul rotativ (2) și al unui rulment (9) montat în capacul special (3), care este fixat de statorul rotativ (2) prin niște șuruburi (10).13

3. Generator conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că antrenarea statorului rotativ (2) se face de la turbina hidraulică (15), prin intermediul unui angrenaj format din niște 15 roți dințate (13 și 14), statorul rotativ (2) rotindu-se la un capăt prin intermediul unui rulment (II) montat pe axul capacului (4) și plasat în lagărul practicat în carcasa exterioară (26), iar 17 la celalalt capăt, în mod analog, prin intermediul altui rulment (12) montat pe axul capacului special (3) și plasat în aceeași carcasă exterioară (26). 19

4. Generator conform revendicărilor 1,2 și 3, caracterizat prin aceea că antrenarea rotorului (1) și a statorului rotativ (2) se poate realiza utilizând energia aburului, energia 21 eoliană, energia curenților marini sau energia valurilor.