CC BY
12автотрансформаторной схемы АГ позволяет часть активного тока нагрузки использовать для увеличения или уменьшения магнитного потока машины в зависимости от направления вращения ротора.
Литература
1. Bogdan A.V. "Mathematical model of induction generator self-excitation", / A.V. Bogdan, A.N. Sobol // Kybernetik@ -2013. - № 10. - С. 54 - 58.
2. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин [Текст] / И.П. Копылов. - М.: Высшая школа. 1987. - 245 с.
3. Богатырев Н.И. Синтез обмоток статора для асинхронных генераторов и двигателей / Н.И. Богатырев, В.Н. Ванурин, Н.С. Баракин и др. // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - №74(10). -Шифр Информрегистра: 04201000012/0116. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru /2011/10/ pdf/74./p26. asp.
УДК 621.313
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕСТИЗОННОИ ОБМОТКИ СТАТОРА АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Баракин Н.С.
ФГБОУ Кубанский государственный аграрный университет г. Краснодар, ул. Калинина, 13, телефон:+7(861)221-59-42, e-mail: mail@kubsau.ru
Ключевые слова: асинхронный генератор, конденсатор, статорная обмотка.
Keywords: asynchronous generator, condenser, stator winding.
Аннотация: На стабилизирующие свойства асинхронного генератора существенно влияют параметры обмотки статора. Методом фазной модуляции определена схема шестизонной обмотки и приведен расчет основных параметров 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 Ап2; проводимости рассеяния замыкающих колец Акл; проводимости дифференциального рассеяния А^; проводимости рассеяния скоса пазов Аск [1]:
Х2 = 7,9ДЛп2 + Ан + Акл + Аск) • 10"6 Ом.
При выполнении ротора без скоса пазов
Х2 = 7,9ДАп2 + Ад2 + Акл) • 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]:
А А А 1 0 0 А В С
В В В 0 а 0 = В С А
С С С 0 0 а2 С А В
цепной
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 (Р и а - смещение фазных обмоток и смещение частей в каждой фазной обмотке):
F = Fm [cosx • sin(юt - 2л/3) + cos(x - а) • sinюt + cos(x - Р) • sin(юt - 4л/3) + cos(x - Р - а) • sin(юt - 2л/3) + cos(x - 2Р) • sinюt + ^^ - 2Р - а) • - 4л/3)] = Fm/2 - 2л/3 - x ) + sin(юt - 2л/3
+ x ) + sin(юt - x + а) + sin(юt + x - а) + sin(юt - 4л/3 - x + Р) + sin(юt
- 4л/3 + x - Р) + - 2л/3 - x + Р + а) + sin(юt - 2л/3 + x - Р - а) +
- x + 2Р) + sin(юt + x - 2Р) + sin(юt - 4л/3 - x + 2Р + а) + sin(юt
- 4л/3 + x - 2Р - а)].
При выполнении обмотки с шириной фазной зоны 1200 результат модуляции при а = -600 и Р = 4 л/3 3Fm[sin(юt-x- л/3 - а/2)cos(л/3-а/2)]=3Fmsm(юt - x - 300)cos900= 0.
Результат модуляции при а = -600 и Р= 2 л/3 (рисунок 2) 3Fm[sm(юt - x - л/3 + а/2)^(л/3 + а2)]=Fm sin(юt - x + 900) cos300.
Рис. 2 - Схема токов до и после модуляции и векторы ЭДС, р = 2я/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 кр = 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.
<7~« 'ч
Рис. 3 - Схема включения однослойному чередованию катушек
00000000000000(ЗЗЭ0000<ЗЗЭ0000<ЗЗЗааЗЗЭ АААААААААААААААААААААААААААААААААААА АААААААААААААААААААААААААААААААААААА
к
¡эехзееехаэ*^^
ЖАААААААААААААААААААААААААААААААААА^
конденсаторов, переход к
Рис. 4 - Схема обмотки, переход к однослойному чередованию катушек и МДС при шаге у = 15
Расчет двухполюсной обмотки генератора с соотношением ЭДС Евьш/ Ев1-В2/ Ев1-н2 = 1/1,73/2 = 233/404/466 В на базе асинхронного двигателя АИР112М2.
Принятой индукции в воздушном зазоре [6] = 0,73 Тл соответствует поток Ф = 9,855 • 10-3 Вб и число витков на фазу (ЕВ1-
. = Е = 466 В и к,
= коб = 0,615)
об(В1-Н2) = коб
w = Е/(222 кобФ) = 466/(222 • 0,615 • 9,855 • 10-3) = 346 витков.
В катушке 346/18 = 19 витков. В пазу N = 38 проводников диаметром (2 = 64 мм2 - площадь изолированного паза) = у/ОШ = у/64/38 = 1,297 мм. Выбираем Шйиз = 1,1281,26 мм. Намагничивающий ток генератора
ц •\f2mwk
В3ярЗк3к
^об(в1-d 2)^0
0,73 • 3,1416-1-0,6-1(Г3-1,2-1,8 1,414 • 3 • 346 • 0,615 • 4 • 3,1416 • 10~7
= 2,65 А.
включения нагрузки через выпрямитель
При степени размагничивания номинального тока ротора 0,135 сопротивление и емкость конденсаторов, напряжения на конденсаторах (кЕ = 0,98) и их рабочее напряжение: хс = 155 ом; С = 21 мкФ; Ц = 476 В; иср = 673 В. ЛИТЕРАТУРА
1. Богатырев, Н.И. Статорные обмотки и параметры асинхронных двигателей и генераторов / Н.И. Богатырев, В.Н. Ванурин, О.В. Вронский. - Краснодар, КубГАУ. 2013. - 352 с. ил.
2. Ванурин В.Н. Исследование асинхронного генератора / В.Н. Ванурин, Н.И. Богатырев, Н.С. Баракин, Д.Ю. Семернин - Техника в сельском хозяйстве. - 2012, №5. С. 29-31.
3. Патент № 2248083, МПК Н 02 К 17/14, 3/28 Статорная обмотка двухчастотного асинхронного генератора / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Григораш О.В. и др. Опубл. 10.03.05; Бюл. № 7. - 12 с.
4. Патент № 2249289, МПК Н 02 К 17/14, 3/28 Статорная комбинированная обмотка асинхронного генератора / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Вронский О.В. и др. Опубл. 27.03.05; Бюл. № 9. - 6 с.
5. Патент № 2316104 , МПК Н02К 17/14 Двухслойная статорная обмотка двухполюсной асинхронной машины / Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Темников В.Н. и др. Опубл. 27.01.08; Бюл. № 3. - 6 с.
6. Статорные обмотки с фазной зоной 1200 асинхронных электрических машин: моногр. / В.Н. Ванурин, Н.И. Богатырев, К.А.-А. Джанибеков, К.Б. Пономаренко: - Зерноград, 2011. - 84 с.: ил.
