CC BY
14УДК 621.313.332:621.3.045.54
СТАТОРНЫЕ ОБМОТКИ С ЧЕТЫРЬМЯ ФАЗНЫМИ ЗОНАМИ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Богатырев Н.И., Ванурин В.Н., Баракин Н.С.
ФГБОУ Кубанский Государственный Аграрный Университет
Аннотация: В статье описаны особенности использования схемы статорной обмотки с четырьмя фазными зонами. Вращающееся магнитное поле в генераторе могут создавать двухфазные токи, это дает возможность создавать обмотки асинхронного генератора для питания однофазного электрооборудования. Использование диаметрального шага позволяет выполнить части такой обмотки разным сечением для повышения КПД электрической машины. Представлены результаты испытания такого асинхронного генератора для питания однофазного электрооборудования переменного тока и выпрямительной нагрузки.
Ключевые слова: асинхронный генератор, конденсатор, статорная обмотка, внешние характеристики, обобщенный вектор тока.
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 (¡а, ¡ь, Iс, ¡а), модуль которого равен мгновенному значению фазного тока (¡а, ¡ь, ¡с, ¡а), а направление совпадает с осью обмотки, и сложить эти векторы, то получим пространственный вектор тока 2^ Его модуль в 2 раза больше модуля вектора тока ^ проекции которого на оси фазных обмоток равны мгновенным значениям токов ¡а, ¡ь, ¡с, ¡а. 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^2=со590°+/яп90° = Д рисунок 2
1=1/2 ](1а + шь + а21с+ (¿'¡а ).
0 }
Ось а
2) I
_ У 3 +
Ось ь а
Рисунок 2 - Определение обобщенного вектора тока
Обобщённый вектор синусоидальных токов определяется как ¡а = ^шю^ ¡ь = /т5ш(ю1+90°), ¡с = /^п^ +180°), ¡а = /^п^ +240°)
I = - Ат [sin оХ + (sin оХ + 900)а + (sin оХ +1800)а2 + ^т оХ + 270°)я3] =
= 1 Ат ^ + sinоЛcos900 ■ а + cosоЛsin900 ■a + sin®tcos1800 ■а1 + + cos®tsin1800az + sin®tcos2700 ■ а3 + cos®tsin2700 ■ а3 I =
= ~ jIm[s^n®t + cos®t■ a-sin®t■ а1 -cos ®t■ а1 ] =
1-2 3
= — j7m[sin®t(1 -а ) + ^о^а-а )] = jIm[sin®t- j cos®t] =
= jI то --е-° -ео -е-] = 21 ео
т } j
б)
2^ = 36; q
2
_= 36
2 рт 6 ■ 2
= 3; а = 1; в = 1;2 р = 6; у = 6;а = 30°; Т = mq = 3>3 = 9
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 В8 = 0,85 Тл поток и число витков на фазу (коб = 0,637):
Ф = В8В1 /р = 0,8 ■ 0,113 ■ 0,120/3 = 3,84 ■ 10-3 Вб;
м = Е /4,44/коб Ф = 241 ■ 103/(4,44 ■ 75 ■ 0,615 ■ 3,84) = 306.
В катушке 306/18 = 17 витков.
В пазу 34 проводника диаметром Шйиз = 1,18/1,26 мм. Сечение провода 1,09 мм2. Намагничивающий ток
Бвлр5квкц 0,85 • 3,1416 • 3 • 0,25 • 10-3 • 1,35 • 1,25
и \flmwk
об г-0
1,414 • 2 • 306 • 0,615 • 4 • 3,1416 • 10-
= 5 А.
При степени размагничивания номинального тока ротора 0,16 намагничивающий ток при холостом ходе генератора 5,8 А. Сопротивление конденсаторов и их ёмкость взаимоиндукции
241
х =-= 29,4 Ом.
с 8,2
С =
106
106
= 72 мкФ.
ахс 471 • 29,4
Напряжение на конденсаторах (кЕ ~ 0,92) и их рабочее напряжение:
и = Е = = 262 В; с кЕ 0,92
ис„ > 1,414 • 262 > 337 В
Расчётная мощность генератора при двухфазной нагрузке 2,5 кВт. Частота вращения 1560 об/мин.
250 ин,В 200 150 100 50
г—-.
> /
*
12 3*567$ 1н,Л
ЗЕЮ иди, В 300 250 200 1» 100 50
о г * е в ю 1дн,Л
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.
7
О 2 4 6 8 10
О». А _
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.
Список использованных источников:
1. Богатырёв Н.И. Статорные обмотки параметры асинхронных двигателей и генераторов / Н.И. Богатырёв, В.Н. Ванурин, О.В. Вронский - Краснодар. КубГАУ, 2013. - 352 с.
2. Фаренюк А.П. Установившиеся и переходные режимы асинхронного генератора с емкостным возбуждением для автономных энергоустановок: автореф. дис. канд. техн. наук. / А.П. Фаренюк- Киев, 1984. - 23 с
3. Ванурин В.Н. Исследование асинхронного генератора / В.Н. Ванурин, Н.И. Богатырёв, Н.С. Баракин, Д.Ю. Семернин - Техника в сельском хозяйстве.2012, №5. С.29-31.
4. Богатырев Н.И. Методика расчета и результаты лабораторных испытаний асинхронного генератора с модулированной обмоткой статора [Текст] / Н.И. Богатырев, О.В. Вронский, Н.С. Баракин и др. -(Тр. / Куб. ГАУ; Вып. № 3(24). - Краснодар, 2010. - С. 164 - 168).
5. Богатырев Н.И. Асинхронные генераторы для питания сварочной дуги / Н.И. Богатырев, А.С. Креймер, Н.С. Баракин // Научный журнал КубГАУ. - Краснодар: КубГАУ, 2011. - №73(09). -Шифр Информрегистра: 0421100012\0360. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2011/09/pdf/52./p28. asp.
Богатырев Николай Иванович, кандидат технических наук, профессор, [email protected], Россия, Краснодар ФГБОУ «Кубанский государственный аграрный университет»
Ванурин Владимир Николаевич, Россия, Зерноград доктор технических наук, bogatyrevn@ yandex.ru,
Баракин Николай Сергеевич, Россия, Краснодар ассистент, [email protected], ФГБОУ «Кубанский государственный аграрный университет»
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 cross-section 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.
Keywords: asynchronous generator, condenser, stator winding, external characteristics, main vector current.
Bogatyrev Nikolai Ivanovich, candidate of technical Sciences, Professor, [email protected], Kuban state agrarian University
Vanurin Vladimir Nikolaevich, doctor of technical Sciences, bogatyrevn@ yandex.ru,
Barakin Nicholai Sergeevich, assistant, [email protected], Kuban state agrarian University
