Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора

Рассмотрены преимущества бесконтактных совмещенных синхронных генераторов. Выполнен гармонический анализ рассмотренных вариантов обмоток якоря. Определены коэффициенты несинусоидальности выходного напряжения в зависимости от использованной обмотки. Обоснован выбор обмотки экспериментального образца...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Дёгтев, В.Г., Бабушанов, А.В., Чеснов, Я.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2009
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143186
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора / В.Г. Дёгтев, А.В. Бабушанов, Я.А. Чеснов // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 29-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-143186
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1431862018-10-26T01:23:20Z Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора Дёгтев, В.Г. Бабушанов, А.В. Чеснов, Я.А. Електричні машини та апарати Рассмотрены преимущества бесконтактных совмещенных синхронных генераторов. Выполнен гармонический анализ рассмотренных вариантов обмоток якоря. Определены коэффициенты несинусоидальности выходного напряжения в зависимости от использованной обмотки. Обоснован выбор обмотки экспериментального образца бесконтактного совмещенного синхронного генератора. Розглянуті переваги безконтактних суміщених синхронних генераторів. Виконано гармонічний аналіз розглянутих варіантів обмоток якоря генератора і гармонійний аналіз обмотки збудження генератора. Визначені коефіцієнти несинусоїдальності вихідної генератора в залежності від використаної обмотки. Обґрунтовано вибір обмотки експериментального зразка безконтактного суміщеного синхронного генератора. Advantages of noncontact combined synchronous machines are analyzed. Harmonic analysis of the studied generator excitation winding variants is made. Voltage nonsinusoidality ratios are specified depending on the winding chosen. Choice of winding for an operative noncontact combined synchronous generator embodiment is substantiated. 2009 Article Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора / В.Г. Дёгтев, А.В. Бабушанов, Я.А. Чеснов // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 29-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143186 621.313.3.045 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Дёгтев, В.Г. Бабушанов, А.В. Чеснов, Я.А. Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора Електротехніка і електромеханіка
description	Рассмотрены преимущества бесконтактных совмещенных синхронных генераторов. Выполнен гармонический анализ рассмотренных вариантов обмоток якоря. Определены коэффициенты несинусоидальности выходного напряжения в зависимости от использованной обмотки. Обоснован выбор обмотки экспериментального образца бесконтактного совмещенного синхронного генератора.
format	Article
author	Дёгтев, В.Г. Бабушанов, А.В. Чеснов, Я.А.
author_facet	Дёгтев, В.Г. Бабушанов, А.В. Чеснов, Я.А.
author_sort	Дёгтев, В.Г.
title	Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора
title_short	Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора
title_full	Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора
title_fullStr	Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора
title_full_unstemmed	Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора
title_sort	выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143186
citation_txt	Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора / В.Г. Дёгтев, А.В. Бабушанов, Я.А. Чеснов // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 2. — С. 29-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT dëgtevvg vyborobmotkiâkorâbeskontaktnogosovmeŝënnogosinhronnogogeneratora AT babušanovav vyborobmotkiâkorâbeskontaktnogosovmeŝënnogosinhronnogogeneratora AT česnovâa vyborobmotkiâkorâbeskontaktnogosovmeŝënnogosinhronnogogeneratora
first_indexed	2025-07-10T16:36:42Z
last_indexed	2025-07-10T16:36:42Z
_version_	1837278593126760448
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2 29 УДК 621.313.3.045 В.Г. Дёгтев, А.В. Бабушанов, Я.А. Чеснов ВЫБОР ОБМОТКИ ЯКОРЯ БЕСКОНТАКТНОГО СОВМЕЩЁННОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Розглянуті переваги безконтактних суміщених синхронних генераторів. Виконано гармонічний аналіз розглянутих варіантів обмоток якоря генератора і гармонійний аналіз обмотки збудження генератора. Визначені коефіцієнти не- синусоїдальності вихідної генератора в залежності від використаної обмотки. Обґрунтовано вибір обмотки експери- ментального зразка безконтактного суміщеного синхронного генератора. Рассмотрены преимущества бесконтактных совмещенных синхронных генераторов. Выполнен гармонический анализ рассмотренных вариантов обмоток якоря. Определены коэффициенты несинусоидальности выходного напряжения в зависимости от использованной обмотки. Обоснован выбор обмотки экспериментального образца бесконтактного совмещенного синхронного генератора. Бесконтактные синхронные генераторы с совме- щенной магнитной системой (БССГ) благодаря своей высокой надежности находят широкое применение в системах автономного питания. При проектировании таких машин наиболее сложной задачей является выбор существующих или синтез новых типов обмоток предназначенных для реа- лизации функций возбудителя и генератора. Примене- ние совмещенных обмоток, например, на роторе [1], позволяет улучшить использование дорогостоящих проводниковых и изоляционных материалов и упро- стить технологию обмоточно-изолировочных работ. Но даже в этом случае вопросы рационального проектиро- вания и выбора обмоток являются актуальными. Так в общих пазах статора БССГ, предложенного Каравае- вым В.Т. [1], расположены две двухслойные обмотки: обмотка возбуждения возбудителя (ОВВ) с числом по- люсов 2р = 4 и двухполюсная обмотка якоря генерато- ра (ОЯГ). Подобное решение значительно усложняет технологию, резко снижает удельные показатели и вы- зывает неоправданный расход активных материалов. В настоящей работе рассматривается задача сравнительного анализа вариантов и последующего обоснованного выбора обмотки якоря эксперимен- тального образца неявнополюсного БССГ с совме- щенной обмоткой ротора. Соотношение чисел пар полюсов генератора pГ и возбудителя pВ выбрано равным pГ:pВ=1:3. Совмещенная обмотка ротора, разработанная на кафедре электрических машин [2], выполнена в 36 па- зах таким образом, что обеспечивает распределение выпрямленных токов и кривую МДС с числом плюсов 2р = 2, характерные для традиционных неявнополюс- ных трехфазных синхронных генераторов (рис. 1). Рис. 1. Распределение токов и кривая МДС обмотки возбуждения генератора В табл. 1 приведены данные детального гармо- нического анализа МДС обмотки возбуждения гене- ратора (ОВГ), выполненного для гармоник с порядка- ми ν от 1 до Z/2=18. Таблица 1 Результаты гармонического анализа ОВГ ν 1 5 7 11 13 17 kWОВГν 0,828 0,171 0,126 0,088 0,080 0,072 HОВГν 1,000 0,041 0,021 0,009 0,007 0,005 Здесь kWОВГν – обмоточный коэффициент ОВГ по ν–ой гармонике; νWООВГ WООВГ ОВГν p k k H = – относительная амплитуда ν-ой гармоники ОВГ; kWОВГр – обмоточный коэффициент ОВГ по рабо- чей гармонике порядка ν=р=1; Число пазов статора экспериментального образ- ца равно 30. В указанном числе пазов необходимо уложить две обмотки: обмотку якоря генератора (ОЯГ) и обмотку возбуждения возбудителя (ОВВ). Последняя выбрана однослойной, что позволяет существенно упростить технологию операций обмо- точно-изолировочного цикла. В состав исходного набора анализируемых ОЯГ включены следующие варианты серийно применяе- мых обмоток: А – однослойная шестизонная обмотка с целым числом пазов на полюс и фазу q=5, выполняемая враз- валку с целью экономии обмоточного провода. Б – двухслойная модификация этой же обмотки с шагом по пазам у1=12. В – модификация предыдущей обмотки с шагом у2=10. Кроме того, в рассмотрение включены два вари- анта обмоток, разработанных на кафедре электриче- ских машин на базе обобщенной структурной модели многофазных обмоток [3]. Г – однослойная обмотка, полученная на основе преобразования матричной модели варианта А приме- нением циклической перестановки во втором модуле: 30 Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2 Матричная модель варианта А → Матричная модель варианта Г 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 → 0 1 2 3 4 5 5 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 Распределение фазных зон и схема-развертка ва- рианта Г приведены на рис. 2 а и б соответственно. Рис. 2. Распределение фазных зон и схема-развертка обмотки (вариант Г) Д – однослойная обмотка, полученная на основе преобразования матричной модели варианта А заме- ной первого модуля инвариантным блоком: Матричная модель варианта А → Матричная модель варианта Д 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 → – – – – – – 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 0 1 2 3 4 5 В этом случае возможна чередующаяся компо- новка ОЯГ и ОВВ. Из рис. 3 видно, что ОЯГ, катушки которой изображены тонкими линиями, не занимают пазы с номерами 4, 9, 14, 19, 24 и 29. Это позволяет разместить в указанных пазах 3 катушки сосредото- ченной шестиполюсной ОВВ, отображенные утол- щенными линиями. Рис. 3. Компоновка обмоток варианта Д Сопоставительный анализ выполним с учетом технологических и электромагнитных факторов. К технологическим факторам относятся: общее число слоев обмоток статора NСТСЛ, число слоев ОЯГ NСЛ, число катушек ОЯГ NК, число катушечных групп ОЯГ NКГР, число типов катушечных групп ОЯГ NКГР. Следует отметить, что среди этих показателей наибо- лее весомыми являются NСТСЛ и NСЛ, т.к. увеличения числа слоев резко увеличивает трудоемкость обмо- точно-изолировочных работ и расход изоляции. Относительный расход медного провода оцени- вается величиной среднего шага уср обмотки по пазам K 1 i cp K N y y N i ∑ == , где уi – шаг по пазам i-ой катушки фазы. Средние шаги однослойных обмоток вариантов А, Г и Д при условии их максимально экономного выполнения вразвалку соответственно составляют: ( ) ,6,12 5 1511132 cpA =++=y ( ) ,4,11 5 911132 cpГ =++=y .11 2 139 cpД =+=y Таблица 2 Конструктивно-технологические свойства обмоток Варианты обмоток NСТСЛ NСЛ NК NКГР NТКГР уср А 2 1 15 6 2 12,6 Б 3 2 30 6 2 12 В 3 2 30 6 2 10 Г 2 1 15 6 2 11,6 Д 1 1 12 6 1 11 С учетом данных табл. 2 наиболее приемлемым по своим конструктивно-технологическим свойствам является вариант Д, а далее по мере их ухудшения располагаются варианты Г, А, В и Б. Для сравнения электромагнитных свойств вари- антов ОЯГ необходимо выполнить детальный гармо- нический анализ, результаты которого должны вклю- чают в себя определение значений обмоточных коэф- фициентов ОЯГ по гармоникам с порядками в диапа- зоне, не меньшем от 1÷5Z, расчет относительных зна- чений * ν E гармонических составляющих ЭДС в про- центах от амплитуды основной гармоники в том же диапазоне порядков и определение коэффициентов несинусоидальности kнес. Каждая пространственная гармоническая состав- ляющая МДС Fν произвольного ν обмотки возбужде- ния индуктирует соответствующую временную гар- монику ЭДС Е ν такого же порядка ν в обмотке стато- ра. Пренебрегая насыщением магнитной системы и зубчатой структурой воздушного зазора можно счи- тать, что величина ЭДС Е ν прямо пропорциональна произведению относительной амплитуды Hν МДС и обмоточному коэффициенту kWОЯГν обмотки якоря. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2 31 Тогда относительная величина ЭДС (Еν ) может быть определена по выражению . WООЯГ WООЯГ ОВГν ν k k HЕ = Степень отклонения кривой ЭДС от синусоиды характеризуется коэффициентом несинусоидальности . ν 2* νнес ∑ ∞ ≠ = p Ek Указанный алгоритм положен в основу про- граммного модуля GAE, реализованного в среде DELFI. Программа предусматривает традиционное симметричное распределение ОВГ, занимающей 2/3 обмоточного пространства и выполненной в произ- вольном числе пазов, кратном 6. Распределение одно- го слоя ОЯГ задается в виде матричной модели. В случае двухслойной модификации ОЯГ программа позволяет ввести шаг обмотки по пазам. Далее про- грамма выполняет приведенный выше алгоритм по всем гармоникам, одновременно предоставляя воз- можность просмотра векторных диаграмм ЭДС по любой из гармоник. Программа рассчитывает коэф- фициент несинусоидальности kнес для спектра гармо- ник от 1 до 300. Кроме того, выполняется построение и вывод на экран полупериода кривой изменения ре- зультирующей ЭДС во времени. Следует отметить, что для обеспечения правильности указанного по- строения все значения обмоточных коэффициентов рассчитаны с учетом знаков [3]. Рабочее окно про- граммного модуля GAE приведено на рис. 4. Результаты расчетов в среде модуля GAE всех рассматриваемых вариантов ОЯГ при изменении по- рядков гармоник от 1 до 15 сведены в табл. 3. Результаты расчетов в среде модуля GAE всех рассматриваемых вариантов ОЯГ при изменении по- рядков гармоник от 1 до 15 сведены в табл. 3. Рис.4. Окно программы GAE Таблица. 3 Результаты гармонического анализа обмоток v 1 5 7 11 13 kнес kWv 0,957 0,200 -0,149 - 0,109 0,102 А %* ν E 100 -0,862 -0,339 0,111 0,079 0,00030504 kRv 0,957 0,200 -0,149 - 0,109 0,102 kYv 0,951 0,000 -0,588 - 0,951 -0,588 kWv 0,910 0 0,088 0,104 -0,060 Б %* ν E 100 0 0,210 - 0,111 -0,049 0,00016772 kRv 0,957 0,200 -0,149 - 0,109 0,102 kYv 0,866 -0,866 -0,866 0,866 0,866 kWv 0,829 -0,173 0,129 - 0,095 0,089 В %* ν E 100 0,862 0,339 0,111 0,079 0,00030504 kWv 0,915 0 0,118 0,256 -0,289 Г %* ν E 100 0 0,280 - 0,271 -0,234 0,0002668 kWv 0,973 0,433 0,078 - 0,272 -0,190 Д %* ν E 100 -1,836 0,173 0,271 -0,144 0,00072779 Примечание: здесь относительное значение ЭДС каж- дой из гармоник %* νE выражено в процентах от ЭДС по рабочей гармонике * pE : ./100% ** ν * ν pEEE ⋅= Из данных табл. 3. следует, что однослойная об- мотка А превосходит все варианты серийных обмоток по уровню обмоточного коэффициента рабочей гар- моники kWр, но характеризуется наибольшим коэффи- циентом несинусоидальности kнес, высокими значе- ниями относительных амплитуд 5-ой и 7-ой гармоник и увеличенным расходом обмоточного провода, обу- словленным максимальным среди рассматриваемых вариантов средним шагом усрА=12,6. Ее двухслойные модификация Б и В по мере уменьшения шага харак- теризуются соответствующим монотонным уменьше- нием величин обмоточных коэффициентов по рабочей гармонике и расхода обмоточного провода. Однако относительное содержание высших гармоник меня- ется дискретно и достигает минимума для обмотки с шагом у=12, которая характеризуется наименьшим коэффициентом несинусоидальности kнес и в её кри- вой МДС отсутствует 5-ая гармоническая составляю- щая. Поэтому вариант Б является предпочтительным среди всех серийных модификаций. Из двух нестандартных обмоток, разработанных на кафедре электрических машин, предпочтение следу- ет отдать варианту Г. Несмотря на то, что по сравне- нию с вариантом Д величина обмоточного коэффици- ента по рабочей гармоники kWрГ меньше почти на 6% (0,915 против 0,973), а средний шаг усрГ больше на 6,6% (11,6 против 11), решающим фактором в указанном выборе являются селективные свойства сравниваемых обмоток в отношении потокосцепления с добавочными гармониками. В этом отношении обнаруживается зна- чительное преимущество варианта Г, величина коэф- фициента несинусоидальности которого в 4 с лишним раза меньше, чем у обмотки по варианту Д. Сопоставляя два лучших варианта (Б и Г) каждой из групп рассматриваемых обмоток, примем во вни- мание технологические и электромагнитные факторы. 32 Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №2 Обмотка варианта Г характеризуется несколько большим значением обмоточного коэффициента ра- бочей гармоники kWр (0,915 вместо 0,91), но проигры- вает по удельному содержанию наиболее весомых высших гармоник в кривой ЭДС. Так, относительные величины ЭДС по гармоникам с номерами 5, 7 и 11 варианта Г составляют: Н5νГ=0,0028, Н7νГ= –0,00271, Н7νГ=–0,00234, а для варианта Б соответственно: Н5νБ=–0,0021, Н7νБ= 0,00111, Н7νБ=–0,00049. Очевидно, что и интегральный показатель содержания гармоник в кривой ЭДС у варианта Г хуже 5% (kнесГ=0,0002476 на 4,78 больше kнесГ=0,00016772). Однако, визуальное сопоставление расчетных кривых ЭДС, приведенное на рис. 5, показывает незначительное отклонение их от синусоиды. Рис. 5. Сравнение формы кривых ЭДС обмоток по вариантам В (слева) и Г (справа) В отношении всех технологических факторов (см. табл. 2) обмотка варианта Г либо равноценен, ли- бо превосходит обмотку варианта Б, причем основ- ным достоинством является возможность выполнения ее однослойной. Это обстоятельство является ре- шающим, поэтому обмотка варианта Г выбрана уло- жена в пазы статора экспериментального образца не- явнополюсного БССГ. Рассмотренная методика сравнительного анализа в сочетании с разработанным программным обеспе- чением может быть рекомендована для применения на предварительном этапе проектирования неявнопо- люсных генераторов. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Караваев В.Т. Бесконтактный совмещенный синхронный генератор. Электричество, №11, 1990. − С. 17-25. 2. Дегтев В.Г., Довгий С.С. Синтез совмещенной обмотки автономного синхронного генератора // Міжвід. наук. техн. зб., "Електромашинобудування та електрообладнання", Київ, Техніка. − №53, 1999. − С. 60 -63. 3. Дегтев В.Г. Обобщенная модель многофазных обмоток // Электричество, №11, 1990. – С. 40-45. Поступила 21.10.08 Дёгтев Владимир Григорьевич, д.т.н., проф. Одесский национальный политехнический университет Украина, 65058, Одесса, пр-т Шевченко, 6/2, кв. 70, тел. (048) 776-29-78 Бабушанов Алексей Викторович тел. (048) 715-87-49 Чеснов Ярослав Александрович тел. (048) 8-096-55-65-291 Украина, 65044, Одесса, пр-т Шевченко, 1, ОНПУ, кафедра "Электрические машины"

Выбор обмотки якоря бесконтактного совмещённого синхронного генератора

Репозитарії

Схожі ресурси