ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ШЕСТИЗОННОЙ ОБМОТКИ СТАТОРА АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

автотрансформаторной 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: [email protected]

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.