RU17363U1 - Синхронный тихоходный генератор - Google Patents

Abstract

Синхронный тихоходный генератор с большим количеством пар полюсов, отличающийся тем, что, с целью удешевления конструкции, каждая пара полюсов образует отдельную ступень многоступенчатого каскада, расположенного на одном валу, причем первая ступень является обращенным трехфазным синхронным генератором, а все последующие - асинхронными трехфазными преобразователями, работающими в режиме тормоза, т.е. такими, первичные и вторичные обмотки которых соединены попарно поочередно с изменением порядка чередования фаз.

Description

СИНХРОННЫЙ тихоходный ГЕНЕРАТОР

Предлагаемое изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано на гидро- и ветроэлектростанциях с малой угловой скоростью вращающей ротор турбины.

Известны асинхронно-синхронные и асинхронно-асинхронные каскады 1,2, состоящие из 2-х электромашинных агрегатов (иногда совмещенные в одном магнитопроводе 3,4), магнитные системы которых расположены на одном валу. Эти агрегаты применяются для умножения частоты в целое число раз, пропорциональное угловой скорости вращения вала. Недостатком этих агрегатов является необходимость в начальном источнике электропитания. В связи с этим они не используются как генераторы электрической энергии, а только как преобразователи частоты.

В качестве генератора на гидро- и ветроэлектростанциях с целью повыщения частоты используются синхронные генераторы с большим количеством пар полюсов, диаметр якоря которых может достигать 10 метров и более 1. При этом активная часть электрической машины (магнитопровод и обмотка) отстоят от оси врашения почти на такое же расстояние и крепятся на дополнительной крестовине - фиг.1. Сама ось располагается вертикально на весьма сложном подпятнике. Всё это приводит к излишним расходам конструктивных материалов и удорожанию конструкции сочленения вала с остовом. Пиже этот генератор выбирается в качестве прототипа.

Техническая задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в удешевлении конструкции тихоходного синхронного генератора за счет использования многоступенчатого синхронно- асинхронного каскада.

Для решения этой задачи предлагается использовать соединенные общим валом обращенный синхронный генератор и несколько асинхронных преобразователей частоты, роторные и статорные обмотки которь1х с6единены попарно-поочерёдно между собой таким образом, чтобы преобразователи работали в режиме тормоза 2.

Сущность изобретение заключается в следующем (фиг. 2).

На одном валу располагается m электрических машин: машина 1 обращённый синхронный генератор и т-1 бесконтактных асинхронных преобразователей. Якорная трёхфазная обмотка генератора 1, расположенная на роторе, соединяется с трёхфазной роторной обмоткой преобразователя 2. При этом чередование фаз меняется на противоположное для того, чтобы магнитное поле в зазоре преобразователя 2 вращалось бы в ту же самую сторону, что и сам ротор.

Если число пар полюсов генератора 1 равно рь 2-р2, то частота fi тока якорной обмотки генератора 1 и f2 преобразователя равны// рin/60; +

Р2П/60 ()П/60,

где п - числе оборотов вала в минуту.

Статорная обмотка преобразователя 2 соединена со статорной обмоткой преобразователя 3 также с изменением порядка чередования фаз. Вследствие этого магнитное поле преобразователя 3 вращается в сторону, противоположную валу. Поэтому частота тока этого преобразователя fa равна (при числе пар полюсов рз):

/5 /2 +РЗП/60 (р, +Р2 +рз)п/бО.

Далее порядок включения обмоток статора и ротора преобразователей 3,4,5,..., k,...,m повторяется. Поэтому частота на выходе k-ro преобразователя

f

а всего агрегата

п (1)

./y//

i kl

Если сумма

где р - число пар полюсов многополюсного генератора фиг.1, то

предложенное изделие обеспечивает такую же частоту, что и у прототипа.

В том случае, когда/ ; р2 - Рт, формула (1) приобретает вид f mnpJ60.(3)

Таким образом, предлагаемое изделие позволяет заменить один громоздкий агрегат - многополюсный синхронный генератор - на несколько компактных машин, находящихся на одном валу.

Расход активных материалов (ферромагнитных - для магнитопроводов и проводников для обмоток) у предлагаемого изделия практически такой же, как и у прототипа.

Действительно, расчётный объем многополюсного генератора равен

(6O/27K: xS/n(4)

Где D - диаметр ротора (см. рис. 1),

1 - осевая длина пакета магнито провод а,

СА - постоянная Арнольда 5, а

S - расчётная мощность.

Расчётный объём т-го преобразователя нашего изделия равен

2;60S60S 60S

JLf А -X-X 7 -X I )

27гс п + л, 2ж(7, п + -1) Inc л х л

где Dm и 1m - то же, что и D и 1, но для машины т.

Пт-1-п(т-1) - число оборотов магнитного поля ротора этого преобразователя. Поскольку это поле возбуждайся током ротора преобразователя (т-1), его угловая скорость вращения равна

/„. X 60 60 . X /7 X (л - l)(, ч

п(т-)

РшРп,60

Расчётный объём преобразователя (т-1) равен D 1 - X - X

л,((6)

1кс п + 2пс п(т -1)

Шо

/„зХбО/ -л

Лх(л2-2),

Sm-1 его расчётная мощность.

Величина Sm-1 - определяется, как мощность, потребляемая ротором агрегата т, по формуле

4 1 «5 X i5 X ij Xj

л +

где - скольжение, т.е. отношение скорости вращения магнитного поля относительно ротора к его же скорости вращения относительно статора. Подставляя (7) в (6), получаем

г 0 60 ,

Dn.-iL-i X / ч DJ.(8)

Z/rC + /п-2 /7(/77-lj

Аналогично можно доказать, что габаритный объём D kl у всех других каскадов предлагаемого генератора такой же, как у последнего каскада и m раз меньше, чем генератора-прототипа.

Соответственно, сумма масс активных материалов всех ступеней предлагаемого изделия такая же, как и у синхронного многополюсного генератора.

Всё сказанное справедливо и для случая, когда числа пар полюсов р у преобразователей не одинаково.

Claims (1)

1. Синхронный тихоходный генератор с большим количеством пар полюсов, отличающийся тем, что, с целью удешевления конструкции, каждая пара полюсов образует отдельную ступень многоступенчатого каскада, расположенного на одном валу, причем первая ступень является обращенным трехфазным синхронным генератором, а все последующие - асинхронными трехфазными преобразователями, работающими в режиме тормоза, т.е. такими, первичные и вторичные обмотки которых соединены попарно поочередно с изменением порядка чередования фаз.