Определение параметров шестизонной обмотки статора асинхронного генератора

Annotation: On the stabilizing properties of asynchronous generator significantly affect the slant grooves on the rotor. By the method of phase modulation is defined scheme six zone winding and in the sub-section calculation of the main parameters of asynchronous generator.

Известное свойство обратимости электрических машин позволяет асинхронную машину с короткозамкнутым ротором применить в качестве генератора автономной электростанции. Асинхронные генераторы (АГ) положительно характеризуются малыми габаритами и прочностью ротора. Они меньше подвержены негативному воздействию внешних климатических факторов, а генерируемое напряжение практически не содержит заметных амплитуд высших гармоник. Прямое использование стандартного АД в качестве генератора затруднено вследствие того, что статорная обмотка двигателя рассчитывается на ЭДС по величине меньшей фазного напряжения. Напряжение АГ при холостом ходе должно быть заметно выше номинального напряжения потребителей. У генератора степень насыщения магнитной цепи принимают выше, чем у двигателей, что также учитывается при расчете статорной обмотки [3,4,5]. При расчете базовой емкости конденсатора необходимо учитывать размагничивающее действие номинального тока ротора.

При длине пакета стали ротора l индуктивное сопротивление роторной обмотки помимо частоты тока определяют коэффициенты: проводимости рассеяния паза ротора λ п 2 ; проводимости рассеяния замыкающих колец λ кл ; проводимости дифференциального рассеяния λ д 2 ; проводимости рассеяния скоса пазов λ ск [1]:

х 2 = 7,9 fl ( λ п 2 + λ д 2 + λ кл + λ ск ) ∙ 10 ^-6 Ом.

При выполнении ротора без скоса пазов х2 = 7,9fl(λп2 + λд2 + λкл) ∙ 10-6 Ом, что значительно снижает значение х2, следовательно, и размагничивающее действие тока ротора. Таким образом, ротор генератора следует выполнять без скоса пазов.

Размагничивание тока нагрузки можно уменьшить определенным соотношением магнитодвижущей силы (МДС) тока нагрузки и МДС тока возбуждения, применяя автотрансформаторный вариант статорной обмотки, но при этом степень использования габарита снижается практически пропорционально коэффициенту трансформации [2].

Новый прием формирования статорной обмотки асинхронного генератора обоснован преобразованием базовой транспонированной матрицы чередования фазных зон статора с расположенными в них сторонами катушек катушечных групп трехфазной обмотки матрицей, элементы которой отображают симметричную трехфазную сеть (рисунок 1, стороны катушек фазной обмотки А обозначены квадратами, фазной обмотки В -треугольниками, фазной обмотки С - кругами) [6]:

ААА

АВС

ВВВ

0 а 0

ВСА

ССС

00 а

САВ

........................................

Рис. 1 - Переход к цепному варианту чередования фазных зон

Чередование катушечных групп в цепном варианте совпадает с их чередованием при преобразовании МДС фазных обмоток по известному методу симметричной полюсно -амплитудной модуляции [6]. Для двухполюсной обмотки в виду диаметрального расположения сторон катушек в слое речь может идти только о фазной модуляции - изменением фазы токов во вторых частях по принципу кругового перемещения трехфазных токов (в и а - смещение фазных обмоток и смещение частей в каждой фазной обмотке):

F = F _m [cosx ■ sin( ro t - 2 п /3) + cos(x - а ) ■ sin ro t + cos(x - в ) ■ sin( ro t - 4 п /3) + cos(x - в - а ) ■ sin( ro t - 2 п /3) + cos(x - 2 в ) ■ sin ro t + cos(x - 2 в - а ) ■ sin( ro t - 4 п /3)] = F _m /2 [sin( ro t - 2 п /3 - x) + sin( ro t - 2 п /3 + x ) + sin( ro t - x + а ) + sin( ro t + x - а ) + sin( ro t - 4 n /3 - x + в ) + sin( ro t - 4 n /3 + x - в ) + sin( ro t - 2 n /3 - x + в + а ) + sin( ro t - 2 п /3 + x - в - а ) + sin( ro t - x + 2 в ) + sin( ro t + x - 2 в ) + sin( ro t - 4 n /3 - x + 2 в + а ) + sin( ro t - 4 п /3 + x - 2 в - а )].

При выполнении обмотки с шириной фазной зоны 120 ⁰ результат модуляции при а = -60 ⁰ и в = 4П3

3F _m [sin( ro t-x- п /3 - а /2)cos( п /3- а /2)]=3F _m sin( to t - x - 30 ⁰ )cos90 ⁰ = 0.

Результат модуляции при а = -60 ⁰ и в = 2п/3 (рисунок 2)

3F _m [sin( ro t - x - п /3 + а /2)cos( п /3 + а 2)]=F _m sin( ro t - x + 90 ⁰ ) cos30 ⁰ .

Bl Н1 B2

/^^^^^^^^^^Ы•ШЛЛЛЧЛЛЛЛ•EЬэЭЗ^^

ЕЕЕШзэееееееее^^

rogsgoS

Н1 В2 Н2

ААААААААААА^*1*1*1*1*1*1*1*1*!*1*1*1 тЯЯ№

ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕН

Рис. 2 - Схема токов до и после модуляции и векторы ЭДС, в = 2 п /3

Последовательное соединение катушечных групп позволяет применить к обмотке термин «кольцевая» статорная обмотка, у которой ЭДС на выводах «В» равна ЭДС на выводах «Н».

Двухслойная обмотка диаметрального шага выполнима из двух частей вразвалку в каждой части. При диаметральном шаге проводники частей фаз расположены в тех же пазах статора и могут иметь разное сечение.

Статорную обмотку можно представить и в виде шестифазной (рисунок 3, фазные токи возбуждения на участках представлены результирующими векторами). При указанной схеме включении конденсаторов коэффициент распределения обмотки равен к р = 2/ п , а коэффициент трансформации по отношению к ЭДС на выводах «В» и на выводах «Н» составляет 2/1,732. Схема токов двух слоев эквивалентна схеме токов слоя. Дифференциальное рассеяние обмотки то же, что и для однослойной обмотки максимального распределения. Этот вывод справедлив и для двухполюсной обмотки укороченного шага (рисунок 4) [1].

Известно, что вращающееся магнитное поле в генераторе могут создавать и двухфазные токи возбуждения. Вариант комбинированной схемы включения конденсаторов показан на рисунке 5.

Регулировать реактивную мощность можно включением и отключением одного конденсатора, с помощью которого создается дополнительное двухфазное поле. Отметим, одинаковые по величине ЭДС на выводах «В» и «Н» позволяют включить нагрузку на два параллельно включенных выпрямителя с последующим преобразованием в переменный ток определенной частоты.

Рис. 3 - Схема

ЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕЕ l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l*l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-l-1

АААААААААААААААААААААААААААААААААААА АААААААААААААААААААААААААААААААААААА

включения конденсаторов, переход к

однослойному чередованию катушек

1.1.|.|.|.|.|.1.|.|.|.|.|.|.|.| 111.|.|.|-|.|.|.|.|.|.|.|.|.|-|.| 11 i

Рис. 4 - Схема обмотки, переход к однослойному чередованию катушек и МДС при шаге у = 15

Расчет двухполюсной обмотки генератора с соотношением ЭДС Е В1-Н1 / Е В1-В2 / Е В1-Н2 = 1/1,73/2 = 233/404/466 В на базе асинхронного двигателя АИР112М2.

Принятой индукции в воздушном зазоре [6] В₈ = 0,73 Тл соответствует поток Ф = 9,855 • 10 ^-3 Вб и число витков на фазу ( Е _В1-Н2 = ^Е = ^{466 В и к} об (В1-Н2) = ^к об = ^0,615)

w = Е /(222 к об Ф ) = 466/(222 • 0,615 • 9,855 • 10 ^-3 ) = 346

витков.

В катушке 346/18 = 19 витков. В пазу N = 38 проводников диаметром ( Q = 64 мм ² - площадь изолированного паза) d_U3 = V Q / N = V64/38 = 1,297 мм.

Выбираем d / d_U3 = 1,1281,26 мм. Намагничивающий ток генератора

I µ

B δ π p δ k δ k µ        0,73 ⋅ 3,1416 ⋅ 1 ⋅ 0,6 ⋅ 10 ^{- 3} ⋅ 1,2 ⋅ 1,8

⁼   2 mwk_{об (в1 - d 2)} µ ₀ ⁼ 1,414 ⋅ 3 ⋅ 346 ⋅ 0,615 ⋅ 4 ⋅ 3,1416 ⋅ 10 ^{- 7}

= 2,65 A.

Рис. 5 – Схема двухполюсной обмотки и вариант схемы включения нагрузки через выпрямитель

При степени размагничивания номинального тока ротора 0,135 сопротивление и емкость конденсаторов, напряжения на конденсаторах ( k E = 0,98) и их рабочее напряжение:

х = 155 ом ; С = 21 мкФ ; U = 476 B ; U = 673 B .