Турбогенератор для энергосберегающих технологий

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генераторов малой и средней мощности, в частности для утилизации дросселирования топливного газа на блочно-комплектных газораспределительных, компрессорных станциях и подобных объектах. Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение надежности турбогенератора. В турбогенератор для энергосберегающих технологий введена обмотка возбуждения статора, электрический не связанная с основной обмоткой, при этом упомянутая обмотка сдвинута относительно основной обмотки на 120 эл.градусов и последовательно соединена с конденсатором, гасящим резистором, шунтированным двумя последовательно включенными размыкающими контактами устройства защитного отключения при снижении сопротивления изоляции и реле напряжения. Обмотки ротора электрически не связаны между собой и замкнуты каждая на выпрямитель, выполненный в виде диода. При возбуждении турбогенератора в обмотке ротора наводится ЭДС, где с помощью диода создается однонаправленный ток, создающий однонаправленное магнитное поле. С другой стороны однонаправленное магнитное поле наводит независимые ЭДС в основной обмотке, которые можно использовать для питания осветительной и двигательной нагрузки. При снижении сопротивления изоляции ниже допустимого уровня обмотка катушки защитного отключения получает питание от основной обмотки статора, его размыкающий контакт размыкается, в цепь обмотки возбуждения вводится гасящий резистор. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генератора малой и средней мощности, в частности для утилизации дросселирования топливного газа на блочно-комплектных газораспределительных, компрессорных станциях и подобных объектах.

Известен генератор [1], содержащий статор с основной обмоткой, которая фазными выводами подключена через первый мостовой выпрямитель к дополнительной обмотке возбуждения, ротор, выпрямитель обратной связи, делитель напряжения, ограничивающий резистор и реле с двумя размыкающими контактами; при этом фазные выводы основной обмотки статора подключены к входам первого трехфазного мостового выпрямителя, два других фазных вывода основной обмотки статора со стороны подключения нагрузки через выпрямитель обратной связи, делитель напряжения подключены к входу регулирующего элемента с дискретной схемой управления, катушка реле подключена параллельно выходу второго трехфазного выпрямителя, положительный выходной вывод которого соединен с положительным выходным выводом первого трехфазного мостового выпрямителя и с одними выводами дополнительной и основной обмоток возбуждения, другой вывод последней через указанный регулирующий элемент и первый размыкающий контакт реле соединен с минусовым выводом конденсатора фильтра, один вывод токоограничивающего резистора соединен со свободным выводом основной обмотки статора, а второй вывод токоограничивающего резистора через второй размыкающий контакт реле присоединен к третьему выходному выводу дополнительной обмотки статора.

Недостатком такового устройства является сложность конструкции, наличие токосъемного ротора с искрящими контактами, дискретная схема регулирования напряжения.

Известен также генератор [2], содержащий основную и дополнительную трехфазную обмотки статора, смещенные друг относительно друга на 90 эл.градусов, основную и дополнительную обмотки возбуждения ротора, трехфазный мостовой выпрямитель, однофазный выпрямитель обратной связи, силовой выпрямитель, причем дополнительная трехфазная обмотка статора соединена в "звезду" и с трехфазным мостовым выпрямителем, а дополнительная обмотка возбуждения ротора одним выводом соединена с одним из выводов возбуждения ротора, снабженным дросселем со сталью, причем основная обмотка статора соединена в "треугольник", один из выводов основной обмотки соединен с силовым выпрямителем через дроссель со сталью, а два других - непосредственно, выходы трехфазного основного выпрямителя соединены с основной обмоткой возбуждения ротора, одна из диагоналей моста однофазного выпрямителя обратной связи соединена с выводами дросселя со сталью, а другая диагональ - с выводами дополнительной обмотки возбуждения ротора.

Его основными недостатками являются наличие дросселя со сталью, что снижает надежность работы и усложняет конструкцию, схема управления не обеспечивает непрерывность регулирования, наличие постоянных магнитов для начального возбуждения генератора искажает характер магнитного поля, что ведет к искажению синусоидальности тока.

Известен также турбогенератор [3], содержащий основную обмотку статора, обмотки ротора, выпрямители и конденсатор, принятый нами за прототип, как наиболее близкий к предлагаемому устройству.

Основным недостатком источников этой серии являются малая технологичность и многодетальность конструкции в части системы возбуждения, в котором возбуждение осуществляется от бесщеточного возбудителя, представляющего собой синхронный генератор обращенного исполнения с вращающимся мостовым диодным выпрямителем, устройством начального возбуждения, а также автоматического регулятора возбуждения.

Система регулирования обеспечивает закон регулирования по отклонению напряжения и тока статора, автоматический регулятор обеспечивает возможность ограничения тока возбуждения генератора по максимуму и минимуму.

Основным недостатком прототипа является сложность конструкции в отношении обеспечения возбуждения генератора и получения жесткой характеристики, пригодной для питания осветительной и двигательной нагрузок, отсутствие защиты от перенапряжений при повышении частоты вращения генератора, отсутствие защиты обслуживающего персонала от поражения электрическим током при снижении сопротивления изоляции генератора ниже допустимого уровня.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности турбогенератора, работающего в составе турбодетандерной установки.

Поставленная цель достигается тем, что в турбогенератор, содержащий основную обмотку статора, обмотки ротора, выпрямители и конденсатор, введена обмотка возбуждения статора, электрически не связанная с основной обмоткой, при этом упомянутая обмотка сдвинута относительно основной обмотки на 120 эл.градусов и замкнута на конденсатор, гасящий резистор включен последовательно с обмоткой возбуждения, шунтированный двумя последовательно включенными размыкающими контактами устройства защитного отключения при снижении сопротивления изоляции и реле напряжения, причем обмотки ротора электрически не связаны между собой и замкнуты каждая на выпрямитель, выполненный в виде диода.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема турбогенератора.

Синхронный турбогенератор содержит статор 1 с основной обмоткой 2, занимающей две трети пазов статора обмотки возбуждения 3, замкнутой на конденсатор 4, с другой стороны конденсатор последовательно соединен с гасящим резистором 5, шунтируемым нормально замкнутым контактом 6 устройства защитного отключения 7 при снижении сопротивления изоляции турбогенератора и нормально замкнутым контактом 8 реле напряжения 9, с другой стороны обмотка возбуждения соединена с однофазным автоматом 10, а силовая обмотка с однофазным автоматом 11, включенным последовательно в цепь основной обмотки 2. Устройство защитного отключения при снижении сопротивления изоляции 7 и реле напряжения 9 подсоединены параллельно к основной обмотке статора 1. Диоды 12 и 13 включены каждый к обмотками 14 и 15 и представляют собой ротор 16.

Нормально замкнутые (размыкающие) контакты 6 и 8 соединены последовательно и подключены параллельно гасящему резистору 5, а также последовательно с однофазным автоматом 10 и обмоткой возбуждения 3.

Узел 7 может быть выполнен в виде устройства контроля сопротивления изоляции [4], а узел 4 - в виде устройства контроля напряжения.

Устройство работает следующим образом.

При определенной скорости вращения за счет остаточной намагниченности ротора 16 и статора 1 ЭДС наводится в обмотке возбуждения 3, при этом однофазный автомат 10 устройства защитного отключения при снижении сопротивления изоляции замкнут. Наведение электрических токов в данном случае происходит при помощи переменных магнитных полей возбуждения, при этом обеспечивается синхронность и синфазность между движением токоведущих проводников и изменением магнитного поля. Параметры цепи переменного тока, содержащей активное сопротивление обмотки R в части индуктивности и емкости С, подобраны таким образом, что в ней возбуждается электрический ток без изменения омического сопротивления, т.е. без коммутации переменного тока в постоянный. При отсутствии емкости в цепи переменного тока самовозбуждение без коммутации невозможно. При самовозбуждении используется нелинейность кривой намагничивания стали. При возбуждении турбогенератора в обмотке роторе 14 наводится ЭДС, где с помощью диода 12 создается однонаправленный ток, создающий однонаправленное магнитное поле. С другой стороны, однонаправленное магнитное поле наводит независимые ЭДС в основной обмотке 2, которые можно использовать для питания осветительной и двигательной нагрузки. При снижении сопротивления изоляции ниже допустимого уровня обмотка катушки защитного отключения 7 получает питание и нормально замкнутый (размыкающий) контакт 6 размыкается, в цепь обмотки возбуждения 3 вводится гасящий резистор 5. Аналогично при повышении напряжения выше допустимого срабатывает реле напряжения 9, нормально-замкнутый контакт 8 размыкается, в цепь обмотки возбуждения 3 вводится сопротивление 5, что приводит к гашению магнитного поля системы возбуждения. Во всех режимах работы устройства защиты работают при всех видах нагрузки, что качественно отличает предлагаемый турбогенератор от известных.

Предлагаемое техническое решение промышленно приемлемо. Экспериментальный образец турбогенератора мощностью 5 кВт испытан в лабораторных условиях. Испытания показали, что при повышении напряжения до 250 В или снижении сопротивления изоляции турбогенератора ниже 30 кОм происходит устойчивое гашение поля и его развозбуждение.

Таким образом, предлагаемый турбогенератор практически осуществим, значительно проще по сравнению с прототипом, т.е. более надежен и безопасен в условиях эксплуатации. Кроме того, выходное напряжение при применении нагрузки от нуля до максимального значения и постоянной частоте вращения стабилизировано.

Источники информации

1. Патент РФ №2107378, МКИ Н 02 К 19/30, Н 02 Р 9/30, 1998.

2. Патент РФ №2130369, МКИ В 23 К 9/06.

3. Данилевич Я.Б. Турбогенератор небольшой мощности для энергосберегающих технологий, "Электротехника" №10, 11, 1992, с.2-5.

4. Патент РФ №21547039, МКИ Н 02 Н 3/16, G 01 R 27/18.

Формула изобретения

Турбогенератор для энергосберегающих технологий, содержащий основную обмотку статора, обмотки ротора, выпрямители, отличающийся тем, что основная обмотка статора соединена последовательно с однофазным автоматом и введены обмотка возбуждения статора, электрически не связанная с основной обмоткой статора и сдвинутая относительно нее на 120 эл. град., устройство защитного отключения при снижении сопротивления изоляции и реле напряжения, которые подключены параллельно основной обмотке статора, гасящий резистор и другой однофазный автомат, при этом размыкающие контакты устройства защитного отключения при снижении сопротивления изоляции и реле напряжения соединены параллельно гасящему резистору и последовательно с другим однофазным автоматом и обмоткой возбуждения статора, причем обмотки ротора электрически не связаны между собой и замкнуты каждая на выпрямитель, выполненный в виде диода.

РИСУНКИ

Рисунок 1