Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками
Описана конструкція та принцип дії індукторних генераторів з суміщеними обмотками. Приведено теоретичне обґрунтування переваг розглянутих генераторів. Наведені дані експериментальних досліджень генераторів з суміщеними обмотками і, для порівняння, генераторів, що серійно виготовляються. Описана конс...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2014
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148774 |
| 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: | Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками / В.Д. Лущик // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 6. — С. 47–49. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148774 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Лущик, В.Д. 2019-02-18T18:49:40Z 2019-02-18T18:49:40Z 2014 Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками / В.Д. Лущик // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 6. — С. 47–49. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2014.6.07 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148774 621.313.3 Описана конструкція та принцип дії індукторних генераторів з суміщеними обмотками. Приведено теоретичне обґрунтування переваг розглянутих генераторів. Наведені дані експериментальних досліджень генераторів з суміщеними обмотками і, для порівняння, генераторів, що серійно виготовляються. Описана конструкция и принцип действия индукторных генераторов с совмещенными обмотками. Приведено теоретическое обоснование преимуществ рассматриваемых генераторов. Приведены данные экспериментальных исследований генераторов с совмещенными обмотками и, для сравнения, генераторов, которые изготавливаются сериями. The design and principle of operation of inductor generators with combined windings are described. The theoretical substantiation of advantages of considered generators is presented. The data of experimental investigations of generators with combined windings and, for comparison, generators, which are made in series are presented. uk Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками Valve induction generators of radial excitation with combined windings Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками |
| spellingShingle |
Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками Лущик, В.Д. Електричні машини та апарати |
| title_short |
Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками |
| title_full |
Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками |
| title_fullStr |
Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками |
| title_full_unstemmed |
Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками |
| title_sort |
вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками |
| author |
Лущик, В.Д. |
| author_facet |
Лущик, В.Д. |
| topic |
Електричні машини та апарати |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| publishDate |
2014 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Електротехніка і електромеханіка |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Valve induction generators of radial excitation with combined windings |
| description |
Описана конструкція та принцип дії індукторних генераторів з суміщеними обмотками. Приведено теоретичне обґрунтування переваг розглянутих генераторів. Наведені дані експериментальних досліджень генераторів з суміщеними обмотками і, для порівняння, генераторів, що серійно виготовляються.
Описана конструкция и принцип действия индукторных генераторов с совмещенными обмотками. Приведено теоретическое обоснование преимуществ рассматриваемых генераторов. Приведены данные экспериментальных исследований генераторов с совмещенными обмотками и, для сравнения, генераторов, которые изготавливаются сериями.
The design and principle of operation of inductor generators
with combined windings are described. The theoretical substantiation of advantages of considered generators is presented. The
data of experimental investigations of generators with combined
windings and, for comparison, generators, which are made in
series are presented.
|
| issn |
2074-272X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148774 |
| citation_txt |
Вентильні індукторні генератори радіального збудження з суміщеними обмотками / В.Д. Лущик // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 6. — С. 47–49. — Бібліогр.: 6 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT luŝikvd ventilʹníínduktornígeneratoriradíalʹnogozbudžennâzsumíŝenimiobmotkami AT luŝikvd valveinductiongeneratorsofradialexcitationwithcombinedwindings |
| first_indexed |
2025-11-24T16:48:57Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:48:57Z |
| _version_ |
1850486887090749440 |
| fulltext |
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №6 47
© В.Д. Лущик
УДК 621.313.3
В.Д. Лущик
ВЕНТИЛЬНІ ІНДУКТОРНІ ГЕНЕРАТОРИ РАДІАЛЬНОГО ЗБУДЖЕННЯ
З СУМІЩЕНИМИ ОБМОТКАМИ
Описана конструкція та принцип дії індукторних генераторів з суміщеними обмотками. Приведено теоретичне об-
ґрунтування переваг розглянутих генераторів. Наведені дані експериментальних досліджень генераторів з суміщени-
ми обмотками і, для порівняння, генераторів, що серійно виготовляються.
Описана конструкция и принцип действия индукторных генераторов с совмещенными обмотками. Приведено тео-
ретическое обоснование преимуществ рассматриваемых генераторов. Приведены данные экспериментальных иссле-
дований генераторов с совмещенными обмотками и, для сравнения, генераторов, которые изготавливаются сериями.
Серед безконтактних електричних генераторів най-
більшого поширення набули генератори індукторного
типу завдяки простоті конструкції, надійності в роботі та
невисокої ціни. Індукторні генератори знайшли широке
застосування на тракторах, вантажних автомобілях,
сільгоспмашинах, на вітроелектростанціях, на залізнич-
ному транспорті як підвагонні генератори. Однак більш
широке поширення їх стримується із-за невисоких масо-
габаритних питомих показників. Вага їх порівняно з
контактними генераторами в два рази більша.
Зарубіжні і вітчизняні вчені та конструктори-
дослідники удосконалюють уже відомі типи індукто-
рних генераторів, не вносячи ніяких принципових
змін у конструкцію та принцип дії [1-3].
Істотного покращення масогабаритних показників
індукторних генераторів можливо досягти, якщо суміс-
тити обмотку збудження з обмоткою якоря. Для цього
магнітопровід індукторного генератора потрібно змі-
нити таким чином, щоб обмотка збудження знаходила-
ся на тих же зубцях статора, що і обмотка якоря.
Обмотка збудження повинна бути також узго-
джена з трифазною обмоткою якоря. Мінімальне чис-
ло зубців якоря, на яких можливо утворити трифазну
обмотку, дорівнює трьом. З огляду на те, що ці ж зу-
бці повинні утворювати магнітне поле збудження, їх
число повинно бути парним. Тому мінімально можли-
ве число зубців на статорі Z1 = 6. При Z1 = 6 кожна
пара зубців статора є окремою фазою. Також кожна
пара зубців статора утворює магнітний потік збу-
дження. Тому статор із Z1 = 6 буде мати шестиполюс-
ний магнітний потік збудження. 2p = 6 – мінімально
можливе число полюсів збудження в розглядуваному
індукторному генераторі.
Число зубців ротора Z2 повинно бути парним,
щоб, по-перше, не було одностороннього магнітного
притягування і, значить, магнітних вібрацій; по-друге,
для збільшення величини пульсацій магнітного потоку
в фазах: в певну мить часу під парою зубців статора,
що є фазою, повинні розміщуватись зубці ротора, в
слідуючу мить, через півперіоду – пази ротора. Цю
умову можливо виконати, якщо Z2 є парним.
Для більш раціонального використання магніто-
проводу статора та ротора важливо, щоб Z2 як можна
менше відрізнялось від Z1. Найкраще підходить Z2 = 8.
Для того, щоб досягалась максимально можлива
пульсація, необхідно щоб
bZ1 < bП2, bZ2 < bП1,
де bZ1, bZ2 – ширина зубця статора і відповідно ротора,
bП1, bП2 – ширина паза статора і відповідно ротора.
Був виготовлений індукторний генератор, габа-
рити і маса якого були такі ж, як і в серійного автомо-
більного генератора 37.3701(ВАЗ 2108). Зовнішній
діаметр статора D = 124 мм (рис. 1), внутрішній діа-
метр – Dі = 81 мм, ширина зубців і пазів bZ1 = 15 мм,
bZ2 = 14,6 мм, bП1 = 27,4 мм, bП2 = 17 мм.
Рис. 1. Магнітопровід генератора, Z1 = 6, Z2 = 8
Довжина пакета статора і ротора lb = 48 мм, але
загальна вага статора і ротора залишились такою ж, як
і в серійному генераторі за рахунок значно меншої
ваги ротора, відсутності контактних кілець і щіток. На
зубцях 1,4 розміщені котушки фази А, на зубцях 3,6 –
фази В, на зубцях 5,2 – фази С.
Фази якірної обмотки з’єднані в трикутник, при
цьому в фазах якірної обмотки послідовно та узго-
джено з іншими фазами ввімкнуті діоди (рис. 2). На
один із діодів подають напругу від джерела постійно-
го струму (рис. 3), з тим щоб струм збудження проті-
кав по всім фазам якірної обмотки.
При навантаженні в фазах якірної обмотки про-
тікає однопівперіодний випрямлений струм. Магніт-
ний потік реакції якоря можна вважати такої ж фор-
ми, що і струм, який його створює.
Рис. 2. Схема обмотки
48 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №6
Рис. 3. Схема вмикання навантаження
Однопівперіодний випрямлений струм, якщо роз-
класти його в ряд Фур’є, має постійну складову і в два
рази меншу основну гармонічну складову. Основна
гармонічна складова магнітного потоку реакції якоря
буде в 2 рази менша магнітного потоку реакції якоря,
створеного синусоїдним струмом такої ж діючої вели-
чини, що і однопівперіодний випрямлений струм. Тому
в 2 рази зменшуються індуктивні опори xd та xq і відпо-
відно поздовжня ЕРС реакції якоря Еd та поперечна
ЕРС реакції якоря Еq. Жорсткість зовнішньої характе-
ристики генератора завдяки діодам різко зростає.
Магнітний потік реакції якоря, створений одно-
півперіодним випрямленим струмом, направлений
узгоджено з магнітним потоком, створеним обмоткою
збудження, що теж сприяє збільшенню жорсткості
зовнішньої характеристики.
Ще більш кращі масогабаритні і енергетичні по-
казники показує генератор, статор якого має гребін-
кову зубцеву зону [6]. Статор в такому випадку має 12
зубців, а ротор – 14 зубців (рис. 4). Число полюсів
збудження залишається незмінним. Завдяки гребінко-
вій зубцевій зоні статора частота ЕРС якірної обмот-
ки, яка залежить від швидкості обертання n та числа
зубців ротора Z2, f2 = nZ2, зростає в 1,75 рази.
Рис. 4. Генератор з гребінковою зубцевою зоною,
Z1 = 12, Z2 = 14
Важливим фактором в покращенні процесу елект-
ромагнітного перетворення енергії є незначна різниця
між числами пазів статора Z1 = 12 і ротора Z2 = 14. Малі
зубці статора мають ширину bZ1 = 7,8 мм, а паз між
ними – bП1 = 11,4 мм. На рис. 5 показані магнітопрово-
ди статора і ротора, а на рис. 6 – статор з обмоткою.
Завдяки більш раціональному співвідношенню
розмірів зубцевої зони статора пульсації магнітного по-
току в генераторі з числом зубців Z1 = 12 і Z2 = 14 зобра-
жуються у вигляді однопівперіодних синусоподібних
імпульсів (рис. 7), які можна розкласти в ряд Фур’є з
допомогою періодичної функції f(х) з періодом Т
Рис. 5. Фото магнітопроводу
статора та ротора
Рис. 6. Статор
з обмоткою
Рис. 7. Пульсації магнітного потоку, Z1 = 12, Z2 = 14
...
75
6cos
53
4cos
31
2cos2
sin
2
11
)(
xxx
xf x .
При
4
T
x
2
1
π
1
4
π2
sin
2
1
π
1
T
T
y , тобто
магнітний потік має постійну складову 1/ і в два рази
меншу основну гармонічну.
В генераторі з числом зубців Z1 = 6 і Z2 = 8 пуль-
сації відбуваються із значно більшим проміжком.
Ширина паза bП1 = 27,4 мм майже в 2 рази перевершує
ширину зубця bZ1 = 15 мм. Пульсації магнітного пото-
ку у вигляді імпульсів шириною T/3 і проміжком між
ними 2T/3 зображені на рис. 8.
Рис. 8. Пульсації магнітного потоку, Z1 = 6, Z2 = 8
Періодична функція f(х) з періодом Т для цього
випадку
1
0 sincos
2 k
kk xkbxk
a
xf ,
де
222
0
0 cos12
k
k
Т
ak ,
222
0
0 sin2
k
k
Т
bk , ,...2,1k ,
,
2
2
0
Т
a
,0
Т
2
.
Згідно з рис. 8 =T/2. В результаті одержуємо для
k = 1
xxy
sin
5
33
cos
5
9
3
2
.
При x = T/4
5
33
3
2
y , тобто магнітний потік
має постійну складову 2/3 і основну гармонічну, яка
дорівнює 331,0
5
33
.
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №6 49
В генераторі із співвідношенням пазів Z1 = 6
і Z2 = 8 основна гармонічна магнітного потоку змен-
шується в 0,5/0,331 = 1,51 рази порівняно з генерато-
ром з гребінковою зубцевою зоною.
В табл. 1 приведені результати експерименталь-
них досліджень індукторних генераторів з суміщеними
обмотками при швидкості обертання ротора n = 5000
об/хв., а також, для порівняння, серійного індукторного
генератора Г-306 та автомобільного синхронного гене-
ратора з контактними кільцями. Маси всіх досліджува-
них генераторів приблизно однакові – 4,2 кг.
Таблиця 1
Результати експериментальних досліджень генераторів
при швидкості обертання ротора n = 5000 об/хв
Ud Id Pd Uзб Iзб Pма η Gм Тип генератора
В А Вт В А Вт % грам
Індукторний
Z1 = 6, Z2 = 8 190 3,95 750 18,5 4,6 14 77,5 470
Індукторний
Z1 = 12, Z2 = 14 199 4,57 910 18,7 4,8 18 78,25 340
Індукторний Г-306 14 28,6 400 13 5 49 66,8 700
Автомобільний
синхронний 13,64 55 750 13 5 662 47 560
Коефіцієнт корисної дії генераторів вираховува-
вся за формулою
%.100
мехстмаd
d
ррpP
P
Як можна бачити із табл. 1, індукторні генератори з
суміщеними обмотками мають кращі показники порів-
няно з індукторними генераторами серійного виконання
по всім параметрам: питомому показнику кг/кВт (масо-
габаритному показнику), коефіцієнту корисної дії, пи-
томій витраті міді. Кращі показники і в порівнянні з ав-
томобільним синхронним генератором, який має конта-
ктні кільця, щітки і обмотку збудження на роторі.
Оскільки в автомобільних генераторах струм збу-
дження і якірний струм відрізняються на порядок,
об’єднання обмоток в таких генераторах нераціональне.
МРС збудження буде на порядок меншою за потрібну.
Індукторні генератори шестиполюсного збу-
дження і з діодами в фазах якірної обмотки, з’єднаної
в трикутник, у випадку виготовлення двох окремих
обмоток втрачають потужність до 30 %. Такі генера-
тори переважають по всім показникам індукторні ге-
нератори серійного виконання, але поступаються син-
хронним генераторам з контактними кільцями по ма-
согабаритному показнику, який автомобілебудівники
вважають найважливішим.
ВИСНОВКИ
1. Сконструйовано, виготовлено і досліджено де-
кілька експериментальних зразків вентильного індук-
торного генератора радіального збудження принципо-
во нової конструкції: на зубцях статора розміщені
концентричні котушки якірної обмотки і котушки
обмотки збудження, які можуть суміщуватись з якір-
ною обмоткою.
2. Завдяки кращим масогабаритним показникам та
більш високому ККД досліджені вентильні індукторні
генератори з окремими обмотками можуть бути вико-
ристані для застосування на тракторах, сільгоспмаши-
нах, будівельних машинах, на важких автомобілях –
скрізь, де на теперішній час використовують вентильні
індукторні генератори традиційного конструкції.
3. Експериментальні вентильні індукторні гене-
ратори з суміщеними обмотками переважають за сво-
їми основними показниками синхронні машини з кон-
тактними кільцями, і тому можуть бути рекомендова-
ні в серійне виробництво як підвагонні генератори
залізничних вагонів, для літальних апаратів, для віт-
роелектроустановок, для гідроелектростанцій невели-
кої потужності.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Петренко А.Н. Методика расчета геометрии и параметров
активной зоны одноименнополюсных индукторных автотрак-
торных генераторов // Вестник НТУ "ХПИ". – 2005. – №5.
2. Ваткин В.А. Разработка вентильных индукторных элек-
тромеханических систем автотракторного назначения: авто-
реферат диссертации на соискание ученой степени канд.
техн. наук: специальность 05.09.01 "Электромеханика и
электрические аппараты". – Москва, 2007. – 20 с.
3. Шлегель А.О. Повышение надежности электромехани-
ческих систем автотракторного генератора: автореферат
диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук:
специальность 05.09.01 "Электромеханика и электрические
аппараты". – Самара, 2007. – 20 с.
4. Лущик В.Д. Патент № 86352 Україна. Індукторний три-
фазний різнополюсний вентильний генератор. Опубл.
27.04.09, Бюл. №8.
5. Лущик В.Д. Трифазні вентильні індукторні генератори з
суміщеною обмоткою // Материалы межд. науч.-техн. конф.
"Проблемы повышения электромеханических преобразова-
телей в электромеханических системах", Севастополь: Сев-
НТУ, 2010. – С. 25-27.
6. Лущик В.Д. Патент № 98261 Україна. Індукторний три-
фазний різнополюсний вентильний генератор. Опубл.
25.04.12. Бюл. №8.
REFERENCES: 1. Petrenko A.N. Method of calculating the geometry and
parameters of the core homopolar inductor automotive generators. Visnyk
NTU "KhPІ" – Bulletin of NTU "KhPІ", 2005, no.5. 2. Vatkin V.A. Raz-
rabotka ventil'nykh induktornykh elektromekhanicheskikh sistem avtotrak-
tornogo naznacheniia. Avtoref. diss. kand. techn. nauk [Development of
valve inductor electromechanical systems autotractor destination. Abstracts
of cand. tech. sci. diss.]. Moscow, 2007. 20 p. 3. Shlegel' A.O. Povyshenie
nadezhnosti elektromekhanicheskikh sistem avtotraktornogo generatora.
Avtoref. diss. kand. techn. nauk [Improving the reliability of electrome-
chanical systems autotractor generator. Abstracts of cand. tech. sci. diss.].
Samara, 2007. 20 p. 4. Lushchik V.D. Induktornyj tryfaznyj riznopoljusnyj
ventyl'nyj generator [Three-phase inductor had polar valve generator].
Patent UA, no.86352, 2009. 5. Lushchik V.D. Three-phase valve inductor
generators with combined winding. Materialy mezhd. nauchn.-tekhn. konf.
"Problemy povysheniia elektromekhanicheskikh preobrazovatelei v elek-
tromekhanicheskikh sistemakh" [Materials Int. sci.-techn. conf. "Problems
of increase of electromechanical transducers in electromechanical sys-
tems"]. Sevastopol, SevNTU, 2010, pp. 25-27. 6. Lushchik V.D. Induk-
tornyj tryfaznyj riznopoljusnyj ventyl'nyj generator [Three-phase inductor
had polar valve generator]. Patent UA, no.98261, 2012.
Надійшла (received) 25.09.2014
Лущик В’ячеслав Данилович, д.т.н., проф.,
Національний університет біоресурсів
і природокористування України,
03041, Київ, вул. Героїв Оборони, 12, корпус 8,
тел/phone +38 099 7654495, e-mail: V.D.Luschik@yandex.ua
V.D. Lushchik
National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine
12, Heroyiv Oborony Str., Build 8, Kiev, 03041, Ukraine
Valve induction generators of radial excitation
with combined windings.
The design and principle of operation of inductor generators
with combined windings are described. The theoretical substan-
tiation of advantages of considered generators is presented. The
data of experimental investigations of generators with combined
windings and, for comparison, generators, which are made in
series are presented.
Key words – type of generators, combined winding, magnetic
circuit, experimental research.
|