Генератор переменного тока

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Сычик Василий Андреевич(72) Автор Сычик Василий Андреевич(73) Патентообладатель Сычик Василий Андреевич(57) Генератор переменного тока, включающий статор с корпусом, магнитопроводом и статорной обмоткой, ротор с валом, магнитопроводом, обмоткой возбуждения и коллектором, отличающийся тем, что он содержит не менее трех секционных однофазных генераторов переменного тока, размещенных на одном общем валу и в одном корпусе, при этом статорные обмотки каждого из однофазных генераторов смещены друг относительно друга в поперечной плоскости статора под углом 2/, где- число секционных однофазных генераторов, а обмотки возбуждения роторов однофазных генераторов, размещенные в магнитопроводах с проемами, соединены последовательно. 66702010.10.30 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 и ветроэнергетических установках. 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 являются невысокий КПД и сложная его конструкция. Прототипом предлагаемой полезной модели является трехфазный генератор 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 торцовый воздушные зазоры. Ротор выполнен с полюсами индукторов на двух пакетах. На стержнях 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 генераторе переменного тока, включающем статор с корпусом, магнитопроводом и статорной обмоткой, ротор с валом, магнитопроводом, обмоткой возбуждения и коллектором, генератор содержит не менее трех секционных однофазных генераторов переменного тока, размещенных на одном общем валу и в едином корпусе, при этом статорные обмотки каждого из однофазных генераторов смещены друг относительно друга в поперечной плоскости статора под углом 2/, гдечисло секционных однофазных генераторов, а обмотки возбуждения роторов однофазных генераторов, размещенные в магнитопроводах с проемами, соединены последовательно. Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция генератора переменного тока, на фиг. 2 - схема включения статорных обмоток секционных однофазных генераторов переменного тока, а на фиг. 3 - схема подачи питающего напряжения на обмотки возбуждения (ОВ) роторов секционных однофазных генераторов. Конструктивно генератор переменного тока (ГПТ) состоит из корпуса генератора 1, в котором на общем валу 2 генератора размещены секционные генераторы переменного тока, каждый из которых содержит статор, включающий корпус 3, магнитопровод статора 4 с пазами, в которых размещена обмотка статора 5, ротор, содержащий магнитопровод 6 с пазами, в которых установлена обмотка возбуждения 7. На общем валу 2 генератора для каждого секционного генератора переменного тока размещены коллектор 8 с графитовыми щетками 9, на которые от внешнего источника подается постоянное напряжение, создающее в обмотках возбуждения 7 ротора каждого секционного однофазного генератора ток возбуждения в. Концы обмоток возбуждения 7 подключены к коллекторам 8. Общий вал 2 генератора установлен на роликоподшипниках 10, размещенных на стойках 11 корпуса генератора 1. На фиг. 2 изображена схема включения статорных обмоток 5 на электрощите, установленном на корпусе генератора 1, которые соединены по схеме звезда. 2 66702010.10.30 На фиг. 3 представлена схема подключения обмоток возбуждения 7 роторов секционных однофазных генераторов к питающему напряжению постоянного тока. Для обеспечения постоянства тока возбуждения в во всех обмотках возбуждения и магнитного потока ротора они в схеме соединены последовательно, что позволяет регулировать магнитный поток ротора во всех однофазных генераторах на эквивалентно равные величины. Магнитопровод статора 4 и магнитопровод ротора 6 каждого секционного однофазного генератора выполнены из ферромагнитного материала, например из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Для максимального снижения крутящего моментана общем валу 2 электрогенератора диаметр роторакаждого секционного однофазного генератора снижается с учетом числа однофазных генераторов враз, где- число секционных однофазных генераторов- нормирующий коэффициент,0,2-1,0. Поскольку крутящий моментна общем валу 2 электрогенератора пропорционален моменту инерции, который равен(1)2/4,где- масса ротора, то для снижениямагнитопровод ротора выполнен с проемами,причем их объем , как показали результаты расчета и эксперимента, составляет (0,20,7), где- полный объем ротора без проемов. Обмотка статора 5 и обмотка возбуждения 7 ротора выполнены из толстого медного провода, что обеспечивает низкое активное сопротивление обмоток и малые электрические потери в меди. Корпус генератора 1 и корпуса 3 статоров однофазных генераторов выполнены из электропроводящего легкого сплава, например силумина. Общий вал 2 генератора изготовлен из стали, коллекторы 8 изготовлены из медных сплавов, щетки 9 графитовые. Статорные обмотки 5 каждого из секционных однофазных генераторов переменного тока смещены друг относительно друга в поперечной плоскости статора на угол 2/. Для генератора переменного тока, содержащего три секционных однофазных генератора,угол смещения статорных обмоток 5 в поперечной плоскости статора составит 2/3120. Генератор переменного тока работает следующим образом. При подаче через графитовые щетки 9 и коллектор 8 постоянного напряжения от внешнего источника электропитания на соединенные последовательно обмотки возбуждения 7 роторов через них протекает одинаковый по величине ток возбуждения в, который создает магнитодвижущую силу(2)в,где- число витков обмотки возбуждения 7 ротора. Магнитный поток, создаваемый магнитодвижущей силой ротора(3) Фр 0 в,где 0 - абсолютная магнитная проницаемость,- поверхность магнитопровода 6 ротора. При включении механически соединенного с общим валом 2 приводного двигателя(на фиг. 1 не показан) и вращении его вала с заданной угловой скоростьюначинают вращаться с этой угловой скоростью общий вал 2 и роторы секционных однофазных генераторов. В статорной обмотке 5 каждого секционного однофазного генератора наводится ЭДС(4) ЕА,В,С 4,44 Фр,где/2 - циклическая частота вращения магнитного поля ротора. Поскольку в пазах магнитопровода 6 ротора размещается обмотка возбуждения 7 с большим числом витков из толстого медного провода, что обуславливает большой ток в в этой обмотке, то в соответствии с (4) в обмотках статора 5 генерируется большая по величине ЭДС и большая выходная мощность (кВА). Низкий механический момент на рабочем валу 2 генератора переменного тока позволяет использовать приводной двигатель небольшой мощности. В результате указанных факторов значительно повышается КПД генератора переменного 3 66702010.10.30 тока и генерируемая мощность. Статорные обмотки 5 секционных однофазных генераторов соединены, как показано на фиг. 2, звездой, а выходная мощность генератора переменного тока равна сумме мощностей секционных однофазных генераторов. Разработан лабораторный образец генератора переменного тока по представленной на фиг. 1 конструкции. Диаметр роторов однофазных генераторов составляет 40 см, объем проемов ротора составляет 0,4, число витков обмотки возбуждения ротора, намотанной медной проволокой диаметром 5 мм на магнитопровод ротора из электротехнической стали, составляет 300. Обмотка статора намотана медным проводом диаметром 6 мм с числом витков, равным 400. Тяговый механический момент на общем валу генератора 0,54 тоннаметр. При угловой скорости вращения общего вала генератора 600 об/мин генерируемая генератором переменного тока мощность достигает 100 тыс. кВА, то есть более чем в 3 раза выше, чем у аналогов и прототипа, а КПД генератора переменного тока достигает 98 . Промышленное освоение предлагаемого генератора переменного тока возможно на предприятиях электротехнической промышленности и машиностроения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4