Асинхронизированный синхронный генератор
Полезная модель относится к судовому электрооборудованию, в частности к судовым электроэнергетическим системам и может использоваться в других областях. Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции асинхронизированного синхронного генератора (АСГ) для упрощения способа регулирования системы автоматического регулирования напряжения для АСГ и улучшения качества генерируемой электроэнергии. Поставленная задача достигается тем, что в существующий АСГ вместо щеточного аппарата дополнительно установлен возбудитель с трехфазными обмотками ротора и статора. Возбудитель конструктивно выполнен и подключен к обмотке возбуждения ротора генератора таким образом, чтобы создавалось вращающее магнитное поле в статоре генератора, направление скорости вращения которого, противоположно направлению скорости вращения ротора. 1 илл.
Полезная модель относится к судовому электрооборудованию, в частности к судовым электроэнергетическим системам и может использоваться в других областях.
Известен асинхронизированный синхронный генератор (АСГ) /Драпкин А.Е., Китаенко Г.И., Лазоревский Н.А. Асинхронизированный синхронный валогенератор. // Труды ЦНИИСЭТ. Вып.10 - Л.: Судостроение, 1974./, который представляет собой генератор переменного тока, статорная обмотка которого идентична статорной обмотке синхронной машины, а ротор выполнен в виде трехфазной обмотки по которой протекает переменный ток для создания вращающего магнитного поля в статоре.
АСГ применимы в валогенераторных установках (ВГУ) с целью стабилизации частоты генерируемого напряжения в условиях нестабильности скорости вращения валогенератора и обеспечения устойчивой параллельной работы между вало и дизель-генераторами (ВГ и ДГ) /Панкратов С.А. Асинхронные синхронные генераторы для установок с переменной скоростью вращения // Сборник науч. трудов Калининградского государственного технического университета, "Электрооборудование судов и электроэнергетика", вып.35, 2003, С.100-102./. Система автоматического регулирования напряжения (САРН) для АСГ должна обеспечивать частоту генерируемого напряжения постоянной независимо от скорости вращения вала генераторной установки
Недостатком известной схемы является то, что в АСГ присутствует щеточный аппарат для передачи электроэнергии в трехфазную роторную цепь и сложная система регулирования напряжения генератора. Присутствие щеток требует постоянного технического обслуживания из-за их подгорания в месте контакта. А сложная система регулирования требует датчик частоты вращения, точность и быстродействие которого недостаточно для данной схемы управления. Последний недостаток влияет на качество генерируемой электроэнергии.
Задачей полезной модели является усовершенствование конструкции АСГ для упрощения способа регулирования САРН АСГ и улучшения качества генерируемой электроэнергии.
Поставленная задача достигается тем, что в существующий АСГ вместо щеточного аппарата установлен возбудитель с трехфазными обмотками ротора и статора. Возбудитель конструктивно выполнен и подключен к обмотке возбуждения ротора генератора таким образом, чтобы создавалось вращающее магнитное поле в статоре генератора, направление скорости вращения которого, противоположно направлению скорости вращения ротора.
Исключение щеточного аппарата позволит уменьшить объем технического обслуживания, а введение дополнительной электрической машины исключит потребность в регулировании частоты тока возбуждения асинхронизированного синхронного генератора.
На прилагаемом графическом материале приведена функциональная схема предлагаемого генератора, где приняты следующие обозначения:
1 - возбудитель генератора;
2 - обмотка статора возбудителя генератора;
3 - обмотка ротора возбудителя генератора;
4 - генератор;
5 - обмотка статора генератора;
6 - обмотка ротора генератора;
7 - вал ротора БАСГ.
Принцип действия бесщеточного АСГ (БАСГ) основан на передачи электроэнергии с помощью вращающегося магнитного поля через трехфазные обмотки возбудителя 1 (обмотки статора 2 и ротора 3 возбудителя) и возбуждения 6 АСГ.
БАСГ состоит из двух электрических машин - асинхронизированного синхронного генератора и возбудителя, в пазах статора 4 и ротора 3, которых располагаются трехфазные распределенные обмотки соединенные "звездой".
На обмотку статора 1 подается переменное напряжение с частотой 50 Гц. (Предположим, что ротор 7 БАСГ вращается по направлению вращения часовой стрелки). Возбудитель 1 с трехфазными обмотками ротора 2 и статора 3 конструктивно выполнен и подключен к обмотке возбуждения 6 ротора генератора таким
образом, чтобы создавалось вращающее магнитное поле в статоре генератора, направление скорости вращения которого, противоположно направлению скорости вращения ротора 7 (в данном случае, против направления вращения часовой стрелки).
где fВ.Р. - частота тока в обмотке ротора возбудителя (ротора генератора), Гц;
f В.С. - частота тока в обмотке статора возбудителя, Гц;
n - частота вращения ротора, об/мин;
p - число пар полюсов (статора и ротора).
Таким образом, частота генерируемого тока возбуждения для обмотки возбуждения генератора 6 составляет 100 Гц. Токи, протекая по обмотке ротора генератора, создают основное магнитное поле машины, направление вращения которого противоположно направлению вращения ротора.
Тогда скорость вращения основного магнитного поля ротора БАСГ относительно статора будет составлять:
где nФ - скорость вращения основного магнитного поля относительно статора БАСГ, об/мин;
nФ-ротора - скорость вращения основного магнитного поля относительно ротора БАСГ, об/мин.
С частотой вращения nФ линии основного магнитного поля пересекают проводники обмотки статора БАСГ 5, индуцируя трехфазную переменную электродвижущую силу с частотой 50 Гц.
То есть,
где f - частота ЭДС статора генератора, Гц.
Подставив (1) в (3), получаем
Таким образом, частота генерируемого ЭДС БАСГ не зависит от частоты вращения ротора, а прямо пропорциональна частоте токов в обмотке статора 1. Поэтому, в отличие от асинхронизированного синхронного генератора, в БАСГ достаточно подать на обмотку статора 1 трехфазное напряжение Uвозб с постоянной частотой (50 Гц) и для регулирования генерируемого напряжения Uг БАСГ требуется изменять только модуль Uвозб. То есть, в этом случае значительно упрощается способ регулирования САРН АСГ и не требуется сложная схема системы регулирования: контролируется только модуль напряжения и используется только датчик напряжения.
В настоящее время в ВГУ используются синхронные генераторы частота генерируемого напряжения, которых прямо пропорциональна скорости вращения ротора генератора и в условии нестабильности скорости вращения ВГУ частота напряжения нестабильна. Нестабильность частоты ухудшает качество электроэнергии и снижает устойчивость параллельной работы ВГУ с другими генераторными генераторами /Богомолов B.C. Повышение эффективности эксплуатации валогенераторов рыбопромысловых судков. - Калининград: Кн. изд-во, 1989. - 144 с./.
Использование БАСГ в валогенераторных установках судов позволит обеспечить улучшение качества генерируемой электроэнергии и устойчивой параллельной работы.
Предлагаемый БАСГ может работать параллельно с синхронным генераторами (дизель-генераторами).
Асинхронизированный синхронный генератор с трехфазными обмотками статора и ротора, отличающийся тем, что дополнительно установлен возбудитель с трехфазными обмотками ротора и статора, который конструктивно выполнен и подключен к обмотке возбуждения ротора генератора таким образом, чтобы создавалось вращающее магнитное поле в статоре генератора, направление скорости вращения которого противоположно направлению скорости вращения ротора.
