Документ описывает полезную модель генератора переменного тока, включающего три секционных однофазных генератора, размещенных на общем валу, что позволяет повысить эффективность и мощность генератора. Инновационная конструкция с угловым смещением обмоток статора обеспечивает увеличение генерируемого напряжения и выходной мощности до 100 тыс. кВт с высоким КПД 98%. Предложенная модель предназначена для использования на речных электростанциях и в ветроэнергетических установках.

1. ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(19) BY (11) 6670
(13) U
(46) 2010.10.30
(51) МПК (2009)
H 02K 19/00
(54) ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
(21) Номер заявки: u 20100102
(22) 2010.02.02
(71) Заявитель: Сычик Василий Андре-
евич (BY)
(72) Автор: Сычик Василий Андреевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Сычик Василий
Андреевич (BY)
(57)
Генератор переменного тока, включающий статор с корпусом, магнитопроводом и
статорной обмоткой, ротор с валом, магнитопроводом, обмоткой возбуждения и коллек-
тором, отличающийся тем, что он содержит не менее трех секционных однофазных гене-
раторов переменного тока, размещенных на одном общем валу и в одном корпусе, при
этом статорные обмотки каждого из однофазных генераторов смещены друг относительно
друга в поперечной плоскости статора под углом ϕ = 2π/n, где n - число секционных од-
нофазных генераторов, а обмотки возбуждения роторов однофазных генераторов, разме-
щенные в магнитопроводах с проемами, соединены последовательно.
(56)
1. А.с. СССР 1835116, МПК5
H02K 21/12, 1993.
2. А.с. СССР 1610549, МПК5
H02K 19/22, 1990.
Фиг. 1
BY6670U2010.10.30

2. BY 6670 U 2010.10.30
2
Полезная модель относится к области электроэнергетики, в частности к электриче-
ским генераторам переменного тока, и может быть использована в качестве источника
электрической энергии на речных электростанциях и ветроэнергетических установках.
Известен генератор переменного тока [1], который содержит ротор, выполненный из
двух дисковых магнитопроводов, в отверстиях которых размещены постоянные магниты
цилиндрической формы. Диск статора выполнен с отверстиями, в которых размещены
катушки обмотки возбуждения с выводами. Между торцами дисковых магнитопроводов
ротора и его ступицей установлены упругие элементы для регулирования величины воз-
душных зазоров между статором и ротором. Недостатками такого генератора переменного
тока являются невысокий КПД и сложная его конструкция.
Прототипом предлагаемой полезной модели является трехфазный генератор перемен-
ного тока [2], содержащий статор с магнитопроводом и обмоткой, ротор с магнитопрово-
дом и обмоткой возбуждения. Стержни статора выполнены с торцовыми и радиальными
активными поверхностями, обращенными в радиальный и торцовый воздушные зазоры.
Ротор выполнен с полюсами индукторов на двух пакетах. На стержнях размещены якор-
ные обмотки, вал ротора вращается от приводного двигателя.
Недостатками устройства-прототипа являются:
1. Сложная конструкция электрического генератора, включая конструкцию статора и
ротора.
2. Низкий КПД и невысокая генерирующая электрическая мощность вследствие невы-
сокого механического момента на валу ротора электрического генератора и потерь маг-
нитной индукции в воздушном зазоре, обусловленный обращением стержней статора в
торцевые воздушные зазоры.
Техническим результатом полезной модели является повышение генерируемого
напряжения электрической мощности и КПД.
Поставленная задача достигается тем, что в генераторе переменного тока, включающем
статор с корпусом, магнитопроводом и статорной обмоткой, ротор с валом, магнитопро-
водом, обмоткой возбуждения и коллектором, генератор содержит не менее трех секцион-
ных однофазных генераторов переменного тока, размещенных на одном общем валу и в
едином корпусе, при этом статорные обмотки каждого из однофазных генераторов сме-
щены друг относительно друга в поперечной плоскости статора под углом ϕ = 2π/n, где n -
число секционных однофазных генераторов, а обмотки возбуждения роторов однофазных
генераторов, размещенные в магнитопроводах с проемами, соединены последовательно.
Сущность полезной модели поясняет чертеж, где на фиг. 1 изображена конструкция
генератора переменного тока, на фиг. 2 - схема включения статорных обмоток секцион-
ных однофазных генераторов переменного тока, а на фиг. 3 - схема подачи питающего
напряжения на обмотки возбуждения (ОВ) роторов секционных однофазных генераторов.
Конструктивно генератор переменного тока (ГПТ) состоит из корпуса генератора 1, в
котором на общем валу 2 генератора размещены секционные генераторы переменного то-
ка, каждый из которых содержит статор, включающий корпус 3, магнитопровод статора 4
с пазами, в которых размещена обмотка статора 5, ротор, содержащий магнитопровод 6 с
пазами, в которых установлена обмотка возбуждения 7. На общем валу 2 генератора для
каждого секционного генератора переменного тока размещены коллектор 8 с графитовы-
ми щетками 9, на которые от внешнего источника подается постоянное напряжение, со-
здающее в обмотках возбуждения 7 ротора каждого секционного однофазного генератора
ток возбуждения Iв. Концы обмоток возбуждения 7 подключены к коллекторам 8. Общий
вал 2 генератора установлен на роликоподшипниках 10, размещенных на стойках 11 кор-
пуса генератора 1.
На фиг. 2 изображена схема включения статорных обмоток 5 на электрощите, уста-
новленном на корпусе генератора 1, которые соединены по схеме "звезда".

3. BY 6670 U 2010.10.30
3
На фиг. 3 представлена схема подключения обмоток возбуждения 7 роторов секцион-
ных однофазных генераторов к питающему напряжению постоянного тока. Для обеспече-
ния постоянства тока возбуждения Iв во всех обмотках возбуждения и магнитного потока
ротора они в схеме соединены последовательно, что позволяет регулировать магнитный
поток ротора во всех однофазных генераторах на эквивалентно равные величины.
Магнитопровод статора 4 и магнитопровод ротора 6 каждого секционного однофазно-
го генератора выполнены из ферромагнитного материала, например из электротехниче-
ской стали с высокой магнитной проницаемостью. Для максимального снижения
крутящего момента M на общем валу 2 электрогенератора диаметр ротора D каждого сек-
ционного однофазного генератора снижается с учетом числа однофазных генераторов в nk
раз, где n - число секционных однофазных генераторов; k - нормирующий коэффициент,
k = 0,2-1,0. Поскольку крутящий момент M на общем валу 2 электрогенератора пропорци-
онален моменту инерции I(M = Iε), который равен
I ≈ mD2
/4, (1)
где m - масса ротора, то для снижения I магнитопровод ротора выполнен с проемами,
причем их объем Vn, как показали результаты расчета и эксперимента, составляет (0,2-
0,7)V, где V - полный объем ротора без проемов.
Обмотка статора 5 и обмотка возбуждения 7 ротора выполнены из толстого медного
провода, что обеспечивает низкое активное сопротивление обмоток и малые электриче-
ские потери в меди. Корпус генератора 1 и корпуса 3 статоров однофазных генераторов
выполнены из электропроводящего легкого сплава, например силумина. Общий вал 2 ге-
нератора изготовлен из стали, коллекторы 8 изготовлены из медных сплавов, щетки 9
графитовые.
Статорные обмотки 5 каждого из секционных однофазных генераторов переменного
тока смещены друг относительно друга в поперечной плоскости статора на угол ϕ = 2π/n.
Для генератора переменного тока, содержащего три секционных однофазных генератора,
угол смещения статорных обмоток 5 в поперечной плоскости статора составит
2π/3 = 120°.
Генератор переменного тока работает следующим образом. При подаче через графи-
товые щетки 9 и коллектор 8 постоянного напряжения от внешнего источника электро-
питания на соединенные последовательно обмотки возбуждения 7 роторов через них
протекает одинаковый по величине ток возбуждения Iв, который создает магнитодвижу-
щую силу
F = Iв⋅W, (2)
где W - число витков обмотки возбуждения 7 ротора. Магнитный поток, создаваемый
магнитодвижущей силой ротора:
Фр = WSµµ0Iв, (3)
где µµ0 - абсолютная магнитная проницаемость, S - поверхность магнитопровода 6 ротора.
При включении механически соединенного с общим валом 2 приводного двигателя
(на фиг. 1 не показан) и вращении его вала с заданной угловой скоростью ω начинают
вращаться с этой угловой скоростью общий вал 2 и роторы секционных однофазных гене-
раторов. В статорной обмотке 5 каждого секционного однофазного генератора наводится
ЭДС:
ЕА,В,С = 4,44 WfФр, (4)
где f = ω/2π - циклическая частота вращения магнитного поля ротора. Поскольку в пазах
магнитопровода 6 ротора размещается обмотка возбуждения 7 с большим числом витков
из толстого медного провода, что обуславливает большой ток Iв в этой обмотке, то в соот-
ветствии с (4) в обмотках статора 5 генерируется большая по величине ЭДС и большая
выходная мощность (кВ⋅А). Низкий механический момент на рабочем валу 2 генератора
переменного тока позволяет использовать приводной двигатель небольшой мощности. В
результате указанных факторов значительно повышается КПД генератора переменного

4. BY 6670 U 2010.10.30
4
тока и генерируемая мощность. Статорные обмотки 5 секционных однофазных генерато-
ров соединены, как показано на фиг. 2, "звездой", а выходная мощность генератора пере-
менного тока равна сумме мощностей секционных однофазных генераторов.
Разработан лабораторный образец генератора переменного тока по представленной на
фиг. 1 конструкции. Диаметр роторов однофазных генераторов составляет 40 см, объем
проемов ротора составляет 0,4V, число витков обмотки возбуждения ротора, намотанной
медной проволокой диаметром 5 мм на магнитопровод ротора из электротехнической
стали, составляет 300. Обмотка статора намотана медным проводом диаметром 6 мм с
числом витков, равным 400. Тяговый механический момент на общем валу генератора
M = 0,54 тонна × метр.
При угловой скорости вращения общего вала генератора ω = 600 об/мин генерируемая
генератором переменного тока мощность достигает 100 тыс. кВ⋅А, то есть более чем в
3 раза выше, чем у аналогов и прототипа, а КПД генератора переменного тока достигает
98 %.
Промышленное освоение предлагаемого генератора переменного тока возможно на
предприятиях электротехнической промышленности и машиностроения.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.