UA106310C2

UA106310C2 - Induction generator (embodiments)

Info

Publication number: UA106310C2
Application number: UAA201303712A
Authority: UA
Inventors: Виктор Иванович Панченко
Original assignee: Государственное высшее учебное заведение "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-08-11

Abstract

The invention relates to non-contact electrical machines, in particular to low-sped AC generators. A generator stator is performed as a cylinder made from electrical steel sheets, on internal surface of which recesses are performed, of different size. Coils of armature winding are located in all recesses, excitation windings are located in recesses of larger surface, which are made with diameter pitch. According to first embodiment, if the excitation winding has total number of coils equal or multiple of two, it is divided to two parts, which are connected according a double-phase circuit and connected to a frequency-controlled double-phase power source. According to the second embodiment, if the excitation winding has total number of coils equal or multiple of three, it is divided to three parts, which are connected according a three-phase circuit and connected to a three-phase power source capable of current frequency control. The rotor is cylindrical, winding-less, with teeth on external surface. The generator provides of output voltage, while change of rotor rotation frequency is possible.

Description

Винахід належить до безконтактних електричних машин, а саме до тихохідних генераторів змінного струму.The invention belongs to non-contact electric machines, namely to low-speed alternating current generators.

Відома індукторна машина ЦА. с. СССР, Ме316157. Индукторная машина /Айнварг А.С/ Бюл.A well-known induction machine CA. with. USSR, Me316157. Inductor machine /Ainvarg A.S./ Bul.

Мо42, 1975) зі статором, магнітопровід якого виконано з окремих, закріплених у корпусі машини аксіально розшарованих, прямокутних за формою і з виступами на кінцях, пакетів. У проміжку між вказаними виступами закріплено кільцеву обмотку якоря. В пазах пакетів розташовані дві багатофазні обмотки збудження, які приєднано до джерела змінного струму регульованої частоти. Ротор машини виконано з окремих поздовжніх пакетів з пластин електротехнічної сталі, прямокутних у поперечному перерізу.Mo42, 1975) with a stator, the magnetic wire of which is made of separate, axially layered, rectangular in shape and with protrusions at the ends, packages fixed in the body of the machine. In the space between the indicated protrusions, the ring winding of the armature is fixed. In the grooves of the packages there are two multiphase excitation windings, which are connected to an alternating current source of adjustable frequency. The rotor of the machine is made of separate longitudinal packages of electrotechnical steel plates, rectangular in cross-section.

Недоліком такої машини є складна конструкція, викликана застосуванням обмоток різних типів та виконанням магнітопроводів статора і ротора з кількох окремих елементів.The disadvantage of such a machine is the complex design caused by the use of different types of windings and the performance of the stator and rotor magnetic wires from several separate elements.

Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого винаходу в обох варіантах є індукторний генератор |(Альпер Н.Я., Терзян А.А. Индукторньсе генераторні.: Знергия, 1970, стр. 14-15) зі статором у вигляді порожнистого циліндра з радіально розшарованих пластин електротехнічної сталі, на внутрішній поверхні якого зроблено пази. У менші з них за розміром вкладено котушки обмотки змінного струму - обмотки якоря, у більші - котушки обмотки збудження. Останню приєднано до джерела постійного струму. Ротор генератора - безобмотковий, виконаний у вигляді циліндра з ізольованих пластин електротехнічної сталі з зубцями на його зовнішній поверхні.The closest in terms of technical essence to the proposed invention in both versions is an inductor generator | (Alper N.Ya., Terzyan A.A. Induktornse generatorni.: Znergiya, 1970, pp. 14-15) with a stator in the form of a hollow cylinder of radially layered plates of electrotechnical steel, on the inner surface of which grooves are made. AC winding coils - armature windings - are inserted into the smaller of them by size, and excitation winding coils are inserted into the larger ones. The latter is connected to a direct current source. The rotor of the generator is unwound, made in the form of a cylinder made of insulated plates of electrical steel with teeth on its outer surface.

Недоліком зазначеного генератора є зміна частоти вихідної напруги при нестабільній частоті обертання ротора.The disadvantage of this generator is a change in the frequency of the output voltage at an unstable rotor speed.

В основу винаходу поставлено задачу удосконалення індукторного генератора, в якому шляхом з'єднання котушок обмотки збудження за іншими схемами та використанням джерела змінного струму регульованої частоти забезпечується стабільність частоти вихідної напруги при зміні частоти обертання ротора генератора, що робить роботу генератора більш ефективною.The basis of the invention is the task of improving the induction generator, in which by connecting the coils of the excitation winding according to other schemes and using an alternating current source of adjustable frequency, the stability of the frequency of the output voltage is ensured when the frequency of rotation of the generator rotor is changed, which makes the operation of the generator more efficient.

Поставлена задача у першому варіанті вирішується тим, що у відомому індукторному генераторі в складі статора з циліндричним магнітопроводом, на внутрішній поверхні якого виконано різні за розміром пази, в яких розміщено котушки обмоток якоря та збудження, причому останні - в пазах, більших за розміром, а обмотку збудження приєднано до джерелаThe problem in the first version is solved by the fact that the well-known inductor generator consists of a stator with a cylindrical magnetic core, on the inner surface of which grooves of different sizes are made, in which the coils of the armature and excitation windings are placed, and the latter - in the grooves, larger in size, and the excitation winding is connected to the source

Зо живлення та циліндричного безобмоткового ротора з зубцями на його зовнішній поверхні, згідно з винаходом, котушки обмотки збудження виконано з діаметральним кроком, а саму обмотку, при загальній кількості її котушок, рівною або кратною двум, поділено на дві частини, в першій з яких непарні котушки, а в другій парні - з'єднані між собою послідовно-узгоджено; а самі частини сполучено за двофазною схемою; джерело живлення виконано двофазним з можливістю регулювання частоти струму.From the power supply and a cylindrical unwound rotor with teeth on its outer surface, according to the invention, the coils of the excitation winding are made with a diametric step, and the winding itself, with the total number of its coils equal to or a multiple of two, is divided into two parts, in the first of which odd coils, and in the second pair - connected to each other in series-matched; and the parts themselves are connected according to a two-phase scheme; the power source is two-phase with the possibility of adjusting the current frequency.

Поставлена задача у другому варіанті вирішується тим, що у відомому індукторному генераторі в складі статора з циліндричним магнітопроводом, на внутрішній поверхні якого виконано різні за розміром пази, в яких розміщено котушки обмоток якоря та збудження, причому останні - в пазах, більших за розміром, а обмотку збудження приєднано до джерела живлення, та циліндричного безобмоткового ротора із зубцями на зовнішній поверхні, згідно з винаходом, котушки обмотки збудження виконано з діаметральним кроком, а саму обмотку при загальній кількості її котушок, рівною або кратною трьом, поділено на три частини, які сполучені між собою за трифазною схемою; джерело живлення виконано трифазним з можливістю регулювання частоти струму.The problem in the second variant is solved by the fact that the well-known inductor generator consists of a stator with a cylindrical magnetic core, on the inner surface of which grooves of different sizes are made, in which the coils of the armature and excitation windings are placed, and the latter - in the grooves, larger in size, and the excitation winding is connected to the power source, and a cylindrical unwound rotor with teeth on the outer surface, according to the invention, the excitation winding coils are made with a diametric step, and the winding itself, with a total number of its coils equal to or a multiple of three, is divided into three parts, which are connected among themselves according to a three-phase scheme; the power source is three-phase with the possibility of adjusting the current frequency.

Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено поперечний переріз індукторного генератора з виконанням за першим варіантом, на фіг. 2 - поперечний переріз генератора виконанням за другим варіантом.The essence of the invention is explained by the drawing, where in fig. 1 shows a cross-section of the inductor generator with the first variant, in fig. 2 - cross-section of the generator according to the second variant.

Пропонований індукторний генератор має у своєму складі статор, циліндричний магнітопровід 1 (фіг. 1, 2) якого складено з окремих пластин електротехнічної сталі. На внутрішній поверхні магнітопроводу виконано різні за розміром пази 2 і 3. В усіх пазах розміщено котушки 4 обмотки якоря, а в більших за розміром - і котушки обмотки збудження 5, 6 (фіг. 1) за першим варіантом і 7, 8 ї9 (фіг. 2) за другим варіантом. На фіг. 1 показано чотири пази З і розміщені в них першу 5 (непарну) та другу б (парну) котушки, які виконані з діаметральним кроком. Просторовий кут між площинами котушок складає 90". Виводи котушок 5 і 6 приєднано, відповідно, до джерела живлення 10, яке виконано як джерело двофазного змінного струму регульованої частоти, тобто, із взаємним фазовим зсувом струмів у 0,51;. На фіг. 2 зображено статор із шістьма великими пазами 3, в яких розміщено котушки 7, 8 і 9 обмотки збудження, виконані з діаметральним шагом. Просторові кути між осями котушок складають 1207. Котушки 7-9 з'єднані між собою за трифазною схемою, як варіант, "зірка", яку бо приєднано до трифазного джерела 11 змінного струму регульованої частоти. Ротор 12 генератора виконано безобмотковим у вигляді циліндра з пластин електротехнічної сталі з зубцями на його зовнішній поверхні, який закріплено на валу 13, як варіант, за допомогою шпонки 14. Магнітопровід статора 1, в якому виконані аксіальні колові отвори 15для вентиляції, закріплено в корпусі 16.The proposed inductor generator includes a stator, a cylindrical magnetic wire 1 (Fig. 1, 2) which is made of separate plates of electrical steel. On the inner surface of the magnetic conductor, grooves 2 and 3 of different sizes are made. In all grooves, coils 4 of the armature winding are placed, and in the larger ones - coils of the excitation winding 5, 6 (Fig. 1) according to the first option and 7, 8 and 9 (Fig. 2) according to the second option. In fig. 1 shows four grooves C and the first 5 (odd) and the second b (even) coils, which are made with a diametric step, are placed in them. The spatial angle between the planes of the coils is 90". The outputs of the coils 5 and 6 are connected, respectively, to the power source 10, which is made as a source of two-phase alternating current of adjustable frequency, i.e., with a mutual phase shift of the currents of 0.51;. In Fig. 2 a stator with six large grooves 3 is shown, in which coils 7, 8 and 9 of the excitation winding are placed, made with a diametric pitch. The spatial angles between the axes of the coils are 1207. Coils 7-9 are connected to each other according to a three-phase scheme, as an option, " star", which is connected to a three-phase source 11 of an alternating current of adjustable frequency. The rotor 12 of the generator is made without winding in the form of a cylinder made of electrical steel plates with teeth on its outer surface, which is fixed on the shaft 13, as an option, with the help of a key 14. The magnet wire of the stator 1, in which axial circular openings 15 for ventilation are made, fixed in the housing 16.

Пропонований індукторний генератор працює таким чином. У виконанні за першим варіантом, після вводу в дію джерела живлення 10 (фіг. 1) змінний струм частоти їЇзб, що виникає в котушках 5 і 6 обмотки збудження, створює у повітряному проміжку між статором і ротором обертове магнітне поле.The proposed inductor generator works as follows. In the first version, after the power supply 10 (Fig. 1) is activated, the alternating current of the frequency ЯЯзб, which occurs in the coils 5 and 6 of the excitation winding, creates a rotating magnetic field in the air gap between the stator and the rotor.

У виконанні генератора за другим варіантом, після вводу в дію джерела живлення 11 (фіг. 2) змінний трифазний струм частоти їЇзб, що виникає в котушках 7, 8 і 9, створює у повітряному проміжку обертове магнітне поле. Частота обертання поля пз- ізб/р, де р число пар полюсів магнітного поля збудження (у випадках, показаних на фіг. 1 і 2, р-1).In the generator according to the second variant, after the power source 11 (Fig. 2) is activated, the alternating three-phase current of the frequency иЯзб, which occurs in the coils 7, 8 and 9, creates a rotating magnetic field in the air gap. The frequency of rotation of the field pz-izb/r, where p is the number of pairs of poles of the excitation magnetic field (in the cases shown in Fig. 1 and 2, p-1).

При обертанні ротора 12 генератора з частотою пр по напрямку обертання магнітного поля збудження, кутова частота магнітного поля, яке перетинає котушки обмотки якоря: Ф-2п(72Пр- пз). При обертанні ротора проти напрямку обертання магнітного поля збудження, відповідно, ш-2п(72Пріпз), де 72 - число зубців ротора. При цьому в обмотці якоря виникає електрорушійна сила (ЕРС), кутова частота якої Фф-2п(7»2Прниз) залежить від частоти і напрямку обертання магнітного поля збудження відносно ротора генератора. Це дозволить, регулюючи частоту струму збудження, забезпечити стабільність частоти ЕРС генератора при можливих змінах частоти обертання ротора.When rotating the rotor 12 of the generator with a frequency pr in the direction of rotation of the excitation magnetic field, the angular frequency of the magnetic field that crosses the coils of the armature winding: Ф-2p(72Pr- pz). When the rotor rotates against the direction of rotation of the magnetic field of excitation, respectively, ш-2п(72Pripz), where 72 is the number of rotor teeth. At the same time, an electromotive force (EMF) arises in the armature winding, the angular frequency of which is Фф-2п(7»2Prniz) depending on the frequency and direction of rotation of the excitation magnetic field relative to the generator rotor. This will allow, by adjusting the frequency of the excitation current, to ensure the stability of the EMF frequency of the generator with possible changes in the frequency of rotation of the rotor.

Claims

FORMULA OF THE INVENTION

1. An induction generator consisting of a stator with a cylindrical magnetic core, on the inner surface of which grooves of different sizes are made, in which the coils of the armature and excitation windings are placed, and the latter are in the grooves, which are larger in size, and the excitation winding is connected to the power source and the cylindrical coilless rotor with teeth on its outer surface, which differs in that the coils of the excitation winding are made with a diametric step, and the winding itself, with the total number of its coils equal to or a multiple of two, is divided into two parts, in the first of which there are odd coils, and in the second pair - are connected in series and coordinated, and the parts themselves are connected according to a two-phase scheme, the power source is made of two-phase with the possibility of adjusting the current frequency.

2. An induction generator consisting of a stator with a cylindrical magnetic core, on the inner surface of which grooves of different sizes are made, in which the coils of the armature and excitation windings are placed, and the latter are located in the grooves, which are larger in size, and the excitation winding is connected to the power source and the cylindrical coilless a rotor with teeth on its outer surface, which differs in that the coils of the excitation winding are made with a diametric step, and the winding itself, with the total number of its coils equal to or a multiple of three, is divided into three parts, which are connected to each other according to a three-phase scheme; the power source is three-phase with the possibility of adjusting the current frequency.