Многосекционный генератор переменного тока

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МНОГОСЕКЦИОННЫЙ ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(71) Заявитель Асанов Геннадий Васильевич Сычик Василий Андреевич(72) Авторы Сычик Василий Андреевич Асанов Геннадий Васильевич(73) Патентообладатель Асанов Геннадий Васильевич Сычик Василий Андреевич(57) Многосекционный генератор переменного тока, включающий статор с корпусом, магнитопроводом и статорной обмоткой, ротор с валом, магнитопроводом и обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что он содержит не менее трех секционных однофазных генераторов переменного тока, валы которых расположены параллельно ведущему валу приводного двигателя с зубчатым колесом и соединены с ведущим валом зубчатыми передачами посредством установленных на валах зубчатых шестерен, при этом зубчатые шестерни секционных однофазных генераторов размещены в плоскости зубчатого колеса под углом (2/ друг к другу, где- число секционных однофазных генераторов, а диаметр зубчатых шестерен ФшФ/, где Ф - диаметр зубчатого колеса,- нормирующий коэффициент. 59762010.02.28 Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности к электрическим генераторам переменного тока, и может быть использована в качестве источника электрической энергии на речных электростанциях. Известен генератор переменного тока 1, который содержит ротор, выполненный из двух дисковых магнитопроводов, в отверстиях которых размещены постоянные магниты цилиндрической формы. Диск статора выполнен с отверстиями, в которых размещены катушки обмотки возбуждения с выводами. Между торцами дисковых магнитопроводов ротора и его ступицей установлены упругие элементы для регулирования величины воздушных зазоров между статором и ротором. Недостатками такого генератора переменного тока является невысокий КПД и сложная его конструкция. Прототипом предлагаемой полезной модели является генератор трехфазный переменного тока 2, содержащий статор с магнитопроводом и обмоткой, ротор с магнитопроводом и обмоткой возбуждения. Стержни статора выполнены с торцовыми и радиальными активными поверхностями, обращенными в радиальный и торцевой воздушные зазоры. Ротор выполнен с полюсами индукторов на двух пакетах. На стрежнях размещены якорные обмотки, вал ротора вращается от приводного двигателя. Недостатками устройства - прототипа являются 1. Сложная конструкция электрического генератора, включая конструкцию статора и ротора. 2. Низкий КПД и невысокая генерирующая электрическая мощность вследствие невысокого механического момента на валу ротора электрического генератора и потерь магнитной индукции в воздушном зазоре обусловленный обращением стержней статора в торцевые воздушные зазоры. Техническим результатом полезной модели является повышение генерируемого напряжения электрической мощности и КПД. Поставленная задача достигается тем, что в многосекционном генераторе переменного тока, включающем статор с корпусом, магнитопроводом и статорной обмоткой, ротор с валом, магнитопроводом и обмоткой возбуждения, генератор содержит не менее трех секционных однофазных генераторов переменного тока, валы которых расположены параллельно ведущему валу приводного двигателя с зубчатым колесом и соединены с ведущим валом зубчатыми передачами посредством установленных на валах зубчатых шестерен,при этом зубчатые шестерни секционных однофазных генераторов размещены в плоскости зубчатого колеса под углом 2/ друг к другу, где- число секционных однофазных генераторов, а диаметр зубчатых шестерен ФшФ/, где Ф - диаметр зубчатого колеса,- нормирующий коэффициент. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция многосекционного генератора переменного тока, на фиг. 2 - конструкция секционного однофазного генератора переменного тока, а на фиг. 3 - схема включения статорных обмоток секционных однофазных генераторов переменного тока. Конструктивно многосекционный генератор переменного тока (МГПТ) состоит из первого секционного генератора переменного тока 1, второго секционного генератора переменного тока 2 и третьего секционного генератора переменного тока 3. Вал 4 первого генератора переменного тока 1 соединен посредством неподвижно закрепленной зубчатой шестерни 5 с зубчатым колесом 6, установленным на ведущем валу 7 приводного двигателя 8. Аналогично вал 9 второго секционного генератора 2 и вал 10 третьего секционного генератора 3 соединены посредством зубчатых шестерен 11 и 12 с зубчатым колесом 6. Конструкция секционного однофазного генератора (позиции 1,2,3) включает корпус статора 13, магнитопровод статора 14 с пазами, в которых размещена обмотка статора 15,ротор, содержащий магнитопровод 16 с пазами, в которых установлена обмотка возбуждения 17. На валу ротора 4 установлен коллектор 18 с графитовыми щетками 19, на которые от внешнего источника подается напряжение, создающее в обмотке возбуждения 17 2 59762010.02.28 ротора каждого однофазного генератора ток возбуждения в. Концы обмотки возбуждения 17 подсоединены к коллектору 18. На фиг. 3 изображена схема включения статорных обмоток 14 на электрощите, установленном на статоре первого секционного генератора переменного тока 1, которые соединены по схеме Звезда. Магнитопровод статора 14 и магнитопровод ротора 16 выполнены из ферромагнитного материала, например электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Диаметр магнитопровода ротора 16 каждого секционного генератора переменного тока принимается равным 1,00,3 диаметра зубчатой шестерни 5. Обмотка статора 15 и обмотка возбуждения 17 ротора выполнены из толстого медного провода, что обеспечивает низкое активное сопротивление обмоток и малые электрические потери в меди. Корпус статора 13 выполнен из электропроводящего твердого легкого сплава, например силумина, стали. Валы роторов изготовлены из стали, коллектор 18 из медных сплавов, щетки 18 графитовые. Валы роторов секционных однофазных генераторов размещены в пространстве параллельно ведущему валу 7 для обеспечения надежной зубчатой передачи между этими валами и в одинаковом направлении для создания заданного синхронного их вращения. Для получения максимального крутящего момента на ведущем валу 7 приводного двигателя 8 размещенное на ведущем валу 7 зубчатое колесо 6 с учетом того, что тяговое усилие(1), где - крутящая вал 7 сила,- радиус зубчатого колеса 6, должно иметь большой диаметр, который находится в пределах от 1 до 10 метров. Номинальный диаметр зубчатых шестерен 5, 11, 12 определяется требуемой скоростью вращения валов 4, 9,10 роторов секционных однофазных генераторов и передаточным числом 1/2, где 12 - число зубьев зубчатого колеса 6 и зубчатых шестерен 5, 11, 12, причем диаметр и число зубьев зубчатых шестерен 5, 11, 12 одинаковы. Как показали результаты расчета и эксперимента, диаметр зубчатых шестерен ФшФ/, где Ф - диаметр зубчатого колеса 6, - число секционных однофазных генераторов,- нормирующий коэффициент, причем 110. С учетом (1) также минимизируется крутящий момент на валу каждого ротора секционных однофазных генераторов переменного тока, поскольку ФшФ. Для генерирования максимально возможной ЭДС многосекционным генератором переменного тока зубчатые шестерни 5, 11, 12 размещены в плоскости зубчатого колеса 6 под углом 2/ друг к другу. Для трехсекционного генератора переменного тока угол по осям зубчатых шестерен 5, 11, 12 составит 2/3120. Многосекционный генератор переменного тока работает следующим образом. При подаче через графитовые щетки 19 и коллектор 18 напряжения от внешнего источника на обмотку возбуждения 17 ротора через нее протекает ток возбуждения в, который создает магнитодвижущую силув (2), где- число витков обмотки ротора. Магнитный поток, создаваемый магнитодвижущей силой ротора Ф 0 в (3), где(0),- абсолютная магнитная проницаемость и поверхность магнитопровода 15 ротора. При включении приводного двигателя 8 и вращении его ведущего вала 7 с заданной угловой скоростьюначинают вращаться валы 4, 9, 10 роторов со скоростью 50 об/сек, где- передаточное число. Создается переменный магнитный поток в магнитопроводе статора 14, и в обмотке статора 15 каждого секционного однофазного генератора наводится ЭДС Е 4,44 Фр(4), гдер/2 - циклическая частота вращения магнитного поля ротора. Поскольку в пазах магнитопровода ротора 16 размещается обмотка возбуждения 17 с большим числом витков из толстого медного провода, что обусловливает большой ток в в этой обмотке, то в соответствии с (4) в обмотке статора 15 генерируется большая по величине ЭДС и большая выходная мощность (квА). Низкий механический момент на валах 4, 9, 10 секционных однофазных генераторов позволяет использовать приводной двигатель 8 не 3 59762010.02.28 большой мощности. В результате этих факторов значительно повышается КПД многосекционного генератора переменного тока и генерируемая мощность. Обмотки статоров секционных однофазных генераторов соединены, как показано на фиг. 3, звездой, а выходная мощность многосекционного генератора переменного тока равна сумме мощностей секционных однофазных генераторов. Разработан лабораторный образец многосекционного генератора переменного тока по представленный на фиг. 1 и фиг. 2 конструкции. Диаметр зубчатого колеса 6 равен 2 м,диаметр зубчатых шестерен 5, 11, 12 составил 0,4 м, число витков обмотки возбуждения ротора (намотан медной проволокой диаметром 5 мм на магнитопровод ротора из электротехнической стали с 102 диаметром 0,4 м) составило 300. Обмотка статора намотана медным проводом диаметром 6 мм с числом витков, равным 400. Тяговый механический момент на ведущем валу приводного двигателя М 0,6 тоннаметр. При угловой скорости ведущего вала 600 об/мин генерируемая мощность многосекционным генератором переменного тока достигает 100 тыс.кВА, то есть более чем в 3 раза выше, чем у аналогов и прототипа, а КПД МГПТ достигает 98 . Промышленное освоение предлагаемого многосекционного генератора переменного тока возможно на предприятиях электрической промышленности и машиностроения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4