RU2559036C1 - Asynchronous alternator for stand-alone power plant - Google Patents

Asynchronous alternator for stand-alone power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2559036C1
RU2559036C1 RU2014115135/07A RU2014115135A RU2559036C1 RU 2559036 C1 RU2559036 C1 RU 2559036C1 RU 2014115135/07 A RU2014115135/07 A RU 2014115135/07A RU 2014115135 A RU2014115135 A RU 2014115135A RU 2559036 C1 RU2559036 C1 RU 2559036C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
beginning
winding
coil group
coil
group
Prior art date
Application number
RU2014115135/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Богатырев
Владимир Николаевич Ванурин
Анатолий Витальевич Винников
Николай Сергеевич Баракин
Дмитрий Юрьевич Семернин
Алина Олеговна Хицкова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет"
Priority to RU2014115135/07A priority Critical patent/RU2559036C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2559036C1 publication Critical patent/RU2559036C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: asynchronous alternator comprises a double-pole winding of the stator and excitation capacitors, two controlled rectifiers with direct-current outputs, single-pole and double-pole switches. The stator winding is made of four coil groups. The end of the first coil group of the winding is connected to the beginning of the second coil group, the end of the second coil group of the winding is connected to the beginning of the third coil group, the end of the third coil group of the winding is connected to the beginning of the fourth coil group, the end of the fourth coil group of the winding is connected to the beginning of the first coil group. From the first up to the fourth power leads from the beginnings of coil groups are connected to transversely opposed pairs of theses power leads of two excitation capacitors and the first controlled rectifier with the first direct-current output, the second controlled rectifier with the second direct-current output with the potential joint of direct-current outputs in parallel to each other by a double-pole switch or joint of these direct-current outputs by a single-pole switch.
EFFECT: extension of the application area.
2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании автономных электростанций для питания нагрузки на постоянном и переменном токе с приводом от двигателей внутреннего сгорания, ветро - и/или гидродвигателей.The invention relates to electrical engineering and can be used in the design of autonomous power plants to power loads on direct and alternating current driven by internal combustion engines, wind and / or hydraulic motors.

Известен двухполюсный асинхронный генератор автономной электростанции с подключением к выводам стандартной трехфазной статорной обмотки трех конденсаторов по схеме треугольника или звезды (рисунок 2.42 на странице 37 книги Богатырева Н.И., Ванурина В.Н., Вронского О.В. «Схемы статорных обмоток, параметры и характеристики электрических машин переменного тока», Краснодар, 2007, 301 с.).The two-pole asynchronous generator of an autonomous power plant with the connection to the terminals of a standard three-phase stator winding of three capacitors according to a triangle or star scheme is known (Figure 2.42 on page 37 of the book by N. N. Bogatyrev, V. N. Vanurin, and O. V. Vronsky, “Stator winding circuits, parameters and characteristics of electric alternating current machines ”, Krasnodar, 2007, 301 pp.).

Недостаток известного двухполюсного асинхронного генератора в большом количестве конденсаторов и в ограниченности вариантов подключения нагрузки при его работе в качестве вентильного генератора автономной электростанции.The disadvantage of the known bipolar asynchronous generator in a large number of capacitors and in the limited options for connecting the load when it works as a valve generator of an autonomous power plant.

Известен асинхронный генератор с двухполюсной обмоткой статора, у которого обмотка статора состоит из двенадцати катушечных групп и конденсаторов возбуждения, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, начало второй - с началом восьмой, конец третьей катушечной группы - с концом девятой катушечной группы, начало четвертой катушечной группы - с началом десятой катушечной группы, конец одиннадцатой катушечной группы - с концом пятой катушечной группы, начало двенадцатой катушечной группы - с началом шестой катушечной группы, первый вывод обмотки взят от объединенных конца десятой и начала первой катушечных групп, второй вывод обмотки взят от объединенных начала седьмой и конца восьмой катушечных групп, третий вывод обмотки взят от объединенных конца второй и начала пятой катушечных групп, четвертый вывод обмотки взят от объединенных начала одиннадцатой и конца двенадцатой катушечных групп, пятый вывод обмотки взят от объединенных конца шестой и начала девятой катушечных групп, шестой вывод обмотки взят от объединенных начала третьей и конца четвертой катушечных групп, при этом первый, второй и третий конденсаторы возбуждения присоединены к первому, третьему и пятому выводам обмотки (патент 2475927, опубликовано 20.02.2013. Бюл. №5 - прототип).An asynchronous generator with a bipolar stator winding is known, in which the stator winding consists of twelve coil groups and field capacitors, while the end of the first coil group is connected to the end of the seventh coil group, the beginning of the second - from the beginning of the eighth, the end of the third coil group - to the end of the ninth coil group, the beginning of the fourth reel group - with the beginning of the tenth reel group, the end of the eleventh reel group - with the end of the fifth reel group, the beginning of the twelfth reel group - from the beginning m of the sixth coil group, the first output of the winding is taken from the combined end of the tenth and the beginning of the first coil groups, the second output of the winding is taken from the combined beginning of the seventh and end of the eighth coil groups, the third output of the winding is taken from the combined end of the second and beginning of the fifth coil groups, the fourth output of the winding taken from the combined beginning of the eleventh and end of the twelfth coil groups, the fifth terminal of the winding is taken from the combined end of the sixth and beginning of the ninth coil groups, the sixth terminal of the winding is taken from the combined beginning of tr tey and fourth coil end groups, wherein the first, second and third driving capacitors connected to the first, third and fifth terminals of the winding (patent 2475927, published on 20.02.2013. Bull. No. 5 is a prototype).

Недостаток известного асинхронного генератора с двухполюсной обмоткой статора в большом количестве конденсаторов, в сложности выполнения известной двухполюсной обмотки и в ограниченности вариантов подключения нагрузки при его работе в качестве вентильного асинхронного генератора для автономной электростанции.A disadvantage of the known asynchronous generator with a bipolar stator winding in a large number of capacitors, the difficulty of performing the known bipolar winding and the limited options for connecting the load when it operates as a valve asynchronous generator for an autonomous power plant.

Техническим результатом изобретения является снижение числа конденсаторов возбуждения, упрощение выполнения обмотки статора и расширение функциональных возможностей вентильного асинхронного генератора за счет двух вариантов подключения нагрузки на постоянном и переменном токе.The technical result of the invention is to reduce the number of field capacitors, simplifying the execution of the stator winding and expanding the functionality of the valve asynchronous generator due to two options for connecting the load on direct and alternating current.

Технический результат изобретения достигается тем, что вентильный асинхронный генератор для автономной электростанции, содержащий двухполюсную обмотку статора и конденсаторы возбуждения, согласно изобретению имеет два управляемых выпрямителя с выходами постоянного тока, однополюсный и двухполюсный выключатель, а обмотка статора выполнена из четырех катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы обмотки соединен с началом второй катушечной группы, конец второй катушечной группы - с началом третьей катушечной группы, конец третьей катушечной группы - с началом четвертой катушечной группы, конец четвертой катушечной группы - с началом первой катушечной группы, с первого по четвертый силовые выводы от начал катушечных групп обмотки - с подключением к поперечно диаметрально расположенным парам этих силовых выводов двух конденсаторов возбуждения и первого управляемого выпрямителя с первым выходом постоянного тока, второго управляемого выпрямителя со вторым выходом постоянного тока с возможностью объединения выходов постоянного тока параллельно друг другу посредством двухполюсного выключателя или объединения этих выходов постоянного тока последовательно посредством однополюсного выключателя.The technical result of the invention is achieved in that the asynchronous valve generator for an autonomous power plant, comprising a bipolar stator winding and field capacitors, according to the invention has two controlled rectifiers with DC outputs, a single-pole and bipolar circuit breaker, and the stator winding is made of four coil groups, with the end the first coil group of the winding is connected to the beginning of the second coil group, the end of the second coil group to the beginning of the third coil group, horse the third coil group - with the beginning of the fourth coil group, the end of the fourth coil group - with the beginning of the first coil group, the first to fourth power leads from the beginning of the coil winding groups - with the connection to the transversely diametrically arranged pairs of these power leads of two field capacitors and the first controlled rectifier with the first DC output, the second controlled rectifier with the second DC output with the possibility of combining the DC outputs in parallel to each other through the bipolar switch or combining these DC output sequentially by a single pole switch.

Новизна заявляемого предложения заключается в том, что за счет конструктивных особенностей обмотки статора в виде четырех катушечных групп их соединение между собой по определенному алгоритму, с конденсаторами возбуждения и управляемыми выпрямителями обеспечивают совместно с двумя выключателями подключение нагрузки на два уровня постоянного напряжения.The novelty of the proposed proposal lies in the fact that due to the design features of the stator winding in the form of four coil groups, their connection with each other according to a certain algorithm, with field capacitors and controlled rectifiers, together with two circuit breakers provide load connection to two DC voltage levels.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors are not aware of the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо. Опытный образец вентильного асинхронного генератора для автономной электростанции изготовлен и испытан в лаборатории кафедры ЭМ и ЭП КубГАУ.The proposed solution is industrially applicable. A prototype of a valve asynchronous generator for an autonomous power plant was manufactured and tested in the laboratory of the Department of EM and EP of KubSAU.

На фигуре 1 показана развернутая схема соединения катушечных групп двухполюсной обмотки статора вентильного асинхронного генератора; на фигуре 2 - силовые выводы обмотки с конденсаторами возбуждения, векторные диаграммы фазных токов возбуждения по условной окружности статора и схема включения управляемых выпрямителей для питания нагрузки постоянным током.The figure 1 shows a detailed diagram of the connection of the coil groups of the bipolar stator winding of the valve induction generator; figure 2 - power terminals of the winding with field capacitors, vector diagrams of the phase currents of the field along the conditional circumference of the stator and the circuit for switching controlled rectifiers to power the load with direct current.

Согласно фигуре 1 обмотка статора вентильного асинхронного генератора содержит четыре катушечные группы (1, 2, 3, 4), при этом конец первой катушечной группы обмотки соединен с началом второй катушечной группы, конец второй катушечной группы - с началом третьей катушечной группы, конец третьей катушечной группы - с началом четвертой катушечной группы, конец четвертой катушечной группы - с началом первой катушечной группы, силовые выводы 5, 6, 7, 8 (с первого по четвертый) взяты от начал катушечных групп.According to figure 1, the stator winding of the valve induction generator contains four coil groups (1, 2, 3, 4), while the end of the first coil group of the winding is connected to the beginning of the second coil group, the end of the second coil group to the beginning of the third coil group, the end of the third coil groups - with the beginning of the fourth coil group, the end of the fourth coil group - with the beginning of the first coil group, power outputs 5, 6, 7, 8 (from the first to the fourth) are taken from the beginning of the coil groups.

Согласно фигуре 2 поперечно диаметральное расположение пар силовых выводов 5 и 7, 6 и 8 определяет пространственное смещение двух частей обмотки на 90°, а подключение к этим силовым выводам двух конденсаторов возбуждения 9 и 10 обеспечивает фазовое смещение в частях обмотки токов возбуждения на 90°, что в свою очередь, способствует образованию в вентильном асинхронном генераторе вращающегося магнитного поля. Стрелки векторных диаграмм 11 по условной окружности статора указывают направление токов возбуждения от конденсаторов 9 и 10 двух частей обмотки. Геометрическая сумма фазных токов возбуждения на четырех участках обмотки представлена в виде результирующих векторов 12.According to figure 2, the transverse diametrical arrangement of the pairs of power terminals 5 and 7, 6 and 8 determines the spatial displacement of the two parts of the winding by 90 °, and the connection to these power terminals of two field capacitors 9 and 10 provides a phase displacement in the parts of the winding of the field currents by 90 °, which, in turn, contributes to the formation of a rotating magnetic field in the asynchronous valve generator. The arrows of the vector diagrams 11 along the stator circumference indicate the direction of the excitation currents from the capacitors 9 and 10 of the two parts of the winding. The geometric sum of the phase excitation currents in four sections of the winding is presented in the form of the resulting vectors 12.

К силовым выводам 5 и 7 присоединен первый управляемый выпрямитель 13 с первым выходом постоянного тока 17 и 18, а к выводам 6 и 8 присоединен второй управляемый выпрямитель 14 со вторым выходом постоянного тока 19 и 20. Последовательное соединение управляемых выпрямителей 13 и 14 посредством однополюсного выключателя 15 повышает выходное напряжение на выходе 21 и 22 в два раза. Параллельное соединение управляемых выпрямителей 13 и 14 посредством двухполюсного выключателя 16, то есть объединение выводов 17 и 18 с выводами 19 и 20, обеспечивает удвоение выходного тока и симметричное распределение нагрузки на части обмоток и на обмотку в целом.The first controlled rectifier 13 with the first DC output 17 and 18 is connected to the power terminals 5 and 7, and the second controlled rectifier 14 with the second DC output 19 and 20 is connected to the terminals 6 and 8. Serial connection of the controlled rectifiers 13 and 14 by means of a single-pole switch 15 doubles the output voltage of output 21 and 22. The parallel connection of controlled rectifiers 13 and 14 by means of a bipolar switch 16, that is, combining the terminals 17 and 18 with the terminals 19 and 20, provides a doubling of the output current and a symmetrical load distribution on the parts of the windings and on the winding as a whole.

Вентильный асинхронный генератор (ВАГ) для автономной электростанции работает следующим образом. При вращении ротора ВАГ он самовозбуждается от конденсаторов возбуждения 9 и 10. На силовых выводах 5 и 7, 6 и 8 появляется симметричное выходное напряжение заданной величины и частоты тока. К этому напряжению подключается однофазная нагрузка. Это же напряжение поступает на управляемые выпрямители 13 и 14. После выпрямления поступает на первый выход постоянного тока 17 и 18 (U1) и второй выход постоянного тока 19 и 20 (U2). При одинаковом угле управления тиристоров управляемых выпрямителей на выходах 17 и 18, 19 и 20 будет одинаковое выходное напряжения U1=U2. К этому выходному напряжению могут подключаться аккумуляторы для зарядки, нагрузка постоянного тока или преобразователь частоты.Valve asynchronous generator (VAG) for an autonomous power plant operates as follows. When the VAG rotor rotates, it self-excites itself from the excitation capacitors 9 and 10. At the power terminals 5 and 7, 6 and 8, a symmetric output voltage of a given magnitude and frequency of the current appears. A single-phase load is connected to this voltage. The same voltage is supplied to the controlled rectifiers 13 and 14. After rectification, it is supplied to the first DC output 17 and 18 (U1) and the second DC output 19 and 20 (U2). With the same control angle of the thyristors of the controlled rectifiers, the outputs 17 and 18, 19 and 20 will have the same output voltage U1 = U2. This output voltage can be used to charge rechargeable batteries, a DC load, or a frequency converter.

При замыкании однополюсного выключателя 15 два выходных напряжения U1 и U2 суммируются и поступают на выход 21 и 22.When the single-pole switch 15 is closed, two output voltages U1 and U2 are summed and fed to output 21 and 22.

При замыкании двухполюсного выключателя 16 выходы постоянного тока 17 и 18, 19 и 20 объединяются, что обеспечивает удвоение выходного тока и симметричное распределение нагрузки на части обмоток и на обмотку в целом.When the bipolar switch 16 is closed, the DC outputs 17 and 18, 19 and 20 are combined, which ensures a doubling of the output current and a symmetrical load distribution on the parts of the windings and on the winding as a whole.

Вентильный асинхронный генератор для автономной электростанции имеет следующие положительные качества.Valve asynchronous generator for an autonomous power plant has the following positive qualities.

1. Имеются два независимых напряжения переменного и постоянного тока, что позволяет питать две независимые друг от друга нагрузки.1. There are two independent AC and DC voltages, which allows you to power two independent loads.

2. Просто решается вопрос регулирования напряжения на каждой обмотке путем изменения величины емкости 9 и 10.2. The issue of voltage regulation on each winding is simply solved by changing the value of capacitance 9 and 10.

Claims (1)

Вентильный асинхронный генератор для автономной электростанции, содержащий двухполюсную обмотку статора и конденсаторы возбуждения, отличающийся тем, что имеет два управляемых выпрямителя с выходами постоянного тока, однополюсный и двухполюсный выключатель, а обмотка статора выполнена из четырех катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы обмотки соединен с началом второй катушечной группы, конец второй катушечной группы - с началом третьей катушечной группы, конец третьей катушечной группы - с началом четвертой катушечной группы, конец четвертой катушечной группы - с началом первой катушечной группы, с первого по четвертый силовые выводы от начал катушечных групп обмотки - с подключением к поперечно диаметрально расположенным парам этих силовых выводов двух конденсаторов возбуждения и первого управляемого выпрямителя с первым выходом постоянного тока, второго управляемого выпрямителя со вторым выходом постоянного тока с возможностью объединения выходов постоянного тока параллельно друг другу посредством двухполюсного выключателя или объединения этих выходов постоянного тока последовательно посредством однополюсного выключателя. An asynchronous valve generator for an autonomous power plant, comprising a bipolar stator winding and field capacitors, characterized in that it has two controlled rectifiers with DC outputs, a unipolar and bipolar circuit breaker, and a stator winding made of four coil groups, while the end of the first coil group of the winding is connected with the beginning of the second reel group, the end of the second reel group with the beginning of the third reel group, the end of the third reel group with the beginning of the fourth reel group, the end of the fourth coil group - with the beginning of the first coil group, from the first to the fourth power leads from the beginning of the coil groups of the winding - with the connection to the transversely diametrically arranged pairs of these power leads of two field capacitors and the first controlled rectifier with the first DC output, the second a controlled rectifier with a second DC output with the possibility of combining the DC outputs parallel to each other by means of a bipolar switch or combining these DC output sequentially by a single pole switch.
RU2014115135/07A 2014-04-15 2014-04-15 Asynchronous alternator for stand-alone power plant RU2559036C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115135/07A RU2559036C1 (en) 2014-04-15 2014-04-15 Asynchronous alternator for stand-alone power plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014115135/07A RU2559036C1 (en) 2014-04-15 2014-04-15 Asynchronous alternator for stand-alone power plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2559036C1 true RU2559036C1 (en) 2015-08-10

Family

ID=53796183

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014115135/07A RU2559036C1 (en) 2014-04-15 2014-04-15 Asynchronous alternator for stand-alone power plant

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2559036C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH587581A5 (en) * 1973-04-13 1977-05-13 Nat Res Dev
SU588610A1 (en) * 1974-04-19 1978-01-15 Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева Method of control of induction generator with short-circuited rotor
SU1066022A1 (en) * 1981-05-04 1984-01-07 Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева Method of control of output voltage in independent power supply system with asynchronous thyratron generator and versions of independent power supply system with asynchronous thyratron generator
RU2475927C2 (en) * 2010-07-27 2013-02-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Dipolar stator winding of asynchronous generator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH587581A5 (en) * 1973-04-13 1977-05-13 Nat Res Dev
SU588610A1 (en) * 1974-04-19 1978-01-15 Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева Method of control of induction generator with short-circuited rotor
SU1066022A1 (en) * 1981-05-04 1984-01-07 Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева Method of control of output voltage in independent power supply system with asynchronous thyratron generator and versions of independent power supply system with asynchronous thyratron generator
RU2475927C2 (en) * 2010-07-27 2013-02-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Dipolar stator winding of asynchronous generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150008777A1 (en) Synchronous electric machine
RU151437U1 (en) MAGNETO ELECTRIC MACHINE
Cardoso et al. The new type brushless generator
RU2719685C1 (en) Electric motor stator
Beik et al. High voltage generator for wind turbines
RU2559036C1 (en) Asynchronous alternator for stand-alone power plant
RU2469454C1 (en) Dipole stator winding of asynchronous electric machine
RU2498483C2 (en) Autonomous induction generator with bipolar stator winding
RU2660945C2 (en) Magnetoelectric machine
RU2516217C2 (en) Rectifying free-running asynchronous generator
RU140528U1 (en) TWO POLE ASYNCHRON WIND POWER GENERATOR
RU2012143554A (en) SYNCHRONOUS REACTIVE ELECTRIC DRIVE
Buksnaitis Research of electromagnetic parameters of single-layer three-phase and six-phase chain windings
RU2318287C1 (en) Four-pole induction generator stator winding
RU2470444C2 (en) Dipolar winding of asynchronous generator
RU206433U1 (en) THREE-PHASE GENERATOR
RU2516013C2 (en) Multifunctional free-running asynchronous generator
Qu et al. Study on fractional slot distribution of brushless doubly fed machine
RU137162U1 (en) PERMANENT MAGNET ELECTRIC GENERATOR
RU2501149C2 (en) Three-phase asynchronous welding generator with three stator windings
RU2672562C1 (en) Multiphase synchronous generator with single half-wave rectifier
RU2318288C1 (en) Single-layer stator winding of double-pole induction machine
RU165901U1 (en) SYNCHRONOUS GENERATOR: ADDING THREE PHASES
RU191518U1 (en) ROTATING FIELD TRANSFORMER
RU2020142206A (en) KINETIC DEVICE FOR GENERATING ELECTRICITY

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160416