Статорные обмотки с четырьмя фазными зонами асинхронного генератора

На внешние характеристики асинхронных генераторов существенно влияют параметры и энергоэффективность обмоток статора. Современные приёмы формирования обмоток статора позволяет методами усовершенствования их схем расширить поиск способов повышения энергетической эффективности асинхронных генераторов при их эксплуатации в режимах трехфазных и однофазных нагрузок, как уже было показано нами [2,5].

Вращающееся магнитное поле в генераторе могут создавать как трехфазные так и двухфазные, четырёхфазные токи возбуждения (рисунок 1). Особенностью таких кольцевых обмоток статора с четным количеством фазных зон является то, что для расположенных на полупериметрах статора катушек каждой фазной обмотки коэффициент распределения кр = 2/п = 0,6366. При диаметральном шаге он же является и обмоточным коэффициентом. Кольцевые обмотки являются также и автотрансформаторными обмотками с коэффициентом трансформации 2/1,732. Включением и отключением диаметрально включённых конденсаторов можно изменять реактивную мощность. Применять такую обмотку возможно в однофазных генераторах автономных источников для питания электрооборудования мобильных лабораторий.

При математическом моделировании асинхронной машины электромагнитные величины представляются в виде обобщённых пространственных векторов. Если ток в каждой фазной обмотке трёхфазной машины представить вектором ( i а , i b , i с , i d ), модуль которого равен мгновенному значению фазного тока ( i а , i b , i с , i d ), а направление совпадает с осью обмотки, и сложить эти векторы, то получим пространственный вектор тока 2i. Его модуль в 2 раза больше модуля вектора тока i, проекции которого на оси фазных обмоток равны мгновенным значениям токов i а , i b , i с , i d . Таким образом, для того, чтобы вектор, полученный сложением фазных векторов, соответствовал данному выше определению пространственного вектора, его необходимо умножить на 2 [1]. Обобщённый вектор тока четырёхфазной машины ( а = е^jп/2=соs90⁰+ 7' sin90⁰ = j ), рисунок 2

i_ =1/2 j ( i a + a i b + a ² i c + a³ i d ).

Рисунок 2 - Определение обобщенного вектора тока

Обобщённый вектор синусоидальных токов определяется как i a = I m sin ro t, i b = I m sin( ro t+90⁰), i c = I m sin( ro t +180⁰), i d = I m sin( ro t +240⁰)

i = ^ jI m [ sin m t + (sin m t + 90 0 ) a + (sin m t + 180⁰ ) a ² + (sin m t + 270⁰) a ³ ] =

= — jI sin m t + sin m t cos90 0 • a + cos m t sin90⁰ • a + sin m t cos180 0 • a ² + 2 ^m

+ cos m t sin 180⁰ a ² + sin m t cos270 0 • a ³ + cos m t sin270 0 • a ³ ] =

= — jI m [sin m t + cos m t • a- sin m t • a - cos m t • a 3 ] =

• 1   23

= - jI m [sin m t (1 - a ) + cos m t ( a - a )] = jI m [sin m t - j cos m t ] =

= jI [1 e^{, m} - ¹ e ""  - e j - е" j ” ] = 2 1 e j ^mjj        ^m

Z = 36; q = -Z— = — = 3; a = 1; p = 1; 2 p = 6; y = 6; a = 30 о ; т = mq = 3 - 3 = 9

'           2 pm 6 • 2

в)

Рисунок 1 – Схема формирования четырех фаз в асинхронном генераторе а), схема подключения нагрузки и конденсаторов асинхронного генератора и схема двухфазной обмотки, 2р = 6 в)

Произведем расчёт экспериментального асинхронного генератора с четырёхфазной обмоткой по методике описанной в [4] на частоту 75 Гц на базе АИР100L6. ЭДС Е = 241/1,414 = 170 В.

При индукции В ₅ = 0,85 Тл поток и число витков на фазу ( к об = 0,637):

Ф = B ₅ Dl / p = 0,8 • 0,113 • 0,120/3 = 3,84 • 10^-3 Вб;

w = Е /4,44 f к об Ф = 241 • 10 3 /(4,44 • 75 • 0,615 • 3,84) = 306.

В катушке 306/18 = 17 витков.

В пазу 34 проводника диаметром d / d из = 1,18/1,26 мм. Сечение провода 1,09 мм². Намагничивающий ток

I µ

B δ π p δ k δ k µ 0,85 ⋅ 3,1416 ⋅ 3 ⋅ 0,25 ⋅ 10 ^{- 3} ⋅ 1,35 ⋅ 1,25

= 5 A.

^2 mwk_об µ ₀     1,414 ⋅ 2 ⋅ 306 ⋅ 0,615 ⋅ 4 ⋅ 3,1416 ⋅ 10 ^{- 7}

При степени размагничивания номинального тока ротора 0,16 намагничивающий ток при холостом ходе генератора 5,8 А. Сопротивление конденсаторов и их ёмкость взаимоиндукции х =    = 29,4 Ом.

^с 8,2

_С = 10 ⁶

ωхс

471 ⋅ 29,4

= 72 мкФ.

Напряжение на конденсаторах (kE ≈ 0,92) и их рабочее напряжение:

U = E = 241 =262 В;    Uср ≥ 1,414 ⋅ 262 ≥ 337 В c k 0,92 E

Расчётная мощность генератора при двухфазной нагрузке 2,5 кВт. Частота вращения 1560 об/мин.

• а) б)

Рисунок 2 – Внешняя характеристика при подключении однофазной нагрузки и нагрузки через диодный мост на выводы генератора В1-В2 соответственно а) и б).

Нагружать такую обмотку возможно на выпрямительную нагрузку на диаметрально расположенные выводы В1-В2 и Н1-Н2, причем диодные мосты могут подключаться как независимо друг от друга так и параллельно и на однофазную нагрузку на те же выводы. При параллельном включении диодных мостов как показано на рисунке 1 а) возможно загрузить все части обмотки.

Были проведены испытания экспериментального асинхронного генератора с четырьмя фазными зонами, получены внешние характеристики, характеристика холостого хода.

• а)                                        б)

Рисунок 3 – Внешняя характеристика при включении нагрузки через диодные мосты на выводы генератора В1-В2, Н1-Н2 (показано внешняя характеристика на одном диодном мосте) и то же при параллельном соединении диодных мостов соответственно а) и б).

Данную обмотку как и рассматриваемую шестизонную [3], возможно выполнить разного сечения за счет распределения токов в частях обмотки, т.е. обмотка выполняется в виде четырех частей разного сечения для укладки в одни и те же пазы, что позволит увеличить кпд электрической машины.

STATOR WINDING WITH FOUR PHASE ZONES ASYNCHRONOUS GENERATOR

Annotation: The article describes the features of the scheme of stator winding with four phase zones. Rotating magnetic field of generator can create two-phase currents, it allows to create a winding induction generator to supply a single-phase electrical equipment. The application of diametrically step allows to perform a part of such winding different crosssection to improve the efficiency of the electric machine. The results of testing of such asynchronous generator for power supply single-phase electrical AC voltage, and a rectifier load is presented.