RU2551125C2 - Method of compensation of centrifugal force of electrical machine rotor, and anti-centrifugal generator and anti-centrifugal electric motor for its implementation and their high-frequency power supply network - Google Patents
Method of compensation of centrifugal force of electrical machine rotor, and anti-centrifugal generator and anti-centrifugal electric motor for its implementation and their high-frequency power supply network Download PDFInfo
- Publication number
- RU2551125C2 RU2551125C2 RU2013103448/07A RU2013103448A RU2551125C2 RU 2551125 C2 RU2551125 C2 RU 2551125C2 RU 2013103448/07 A RU2013103448/07 A RU 2013103448/07A RU 2013103448 A RU2013103448 A RU 2013103448A RU 2551125 C2 RU2551125 C2 RU 2551125C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- conductors
- centrifugal
- stator
- compensation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к быстроходным обратимым вращающимся электрическим машинам, в которых из-за компенсации центробежных ускорений ротора существенно увеличивается его угловая скорость и мощность всей электрической машины. Такие электрические машины могут выдавать трехфазный переменный ток в режиме генератора и работать на пульсирующем (выпрямленном) токе того же трехфазного переменного тока как электродвигатель. Это, а также то, что ротор электромашины (диаметром 0,5 м и более) способен разгоняться до высоких оборотов (30 тыс. об/мин и выше) без механических повреждений и выдавать повышенную частоту переменного тока (1 кГц и выше) может послужить основанием для создания сети новой энергосистемы антицентробежный генератор - трансформатор - антицентробежный двигатель.The invention relates to high-speed reversible rotating electric machines, in which due to the compensation of centrifugal accelerations of the rotor, its angular velocity and power of the entire electric machine are significantly increased. Such electric machines can produce a three-phase alternating current in generator mode and operate on a pulsating (rectified) current of the same three-phase alternating current as an electric motor. This, as well as the fact that the rotor of an electric machine (with a diameter of 0.5 m or more) is able to accelerate to high revolutions (30 thousand rpm and above) without mechanical damage and produce an increased frequency of alternating current (1 kHz and above) can serve the basis for creating a network of a new energy system is an anticentrifugal generator - a transformer - an anticentrifugal engine.
Изобретение может быть использовано как электропривод для мощных высокопроизводительных центробежных насосов и вентиляторов, для перекачки жидкостей и газов, на транспорте, особенно водном, и в замкнутых энергосистемах.The invention can be used as an electric drive for powerful high-performance centrifugal pumps and fans, for pumping liquids and gases, in transport, especially water, and in closed power systems.
Известно устройство, использующее способ с применением сдерживающей магнитной силы Северного и Южного (N-S) полюсов-магнитов ротора, - усовершенствованный двигатель постоянного тока (патент Германии DE 3807377, H02K 25/00), в котором сдерживание центробежной силы (тангенцальной составляющей) происходит за счет геометрического расположения магнитов-секторов ротора вдоль окружности его радиуса, которое позволяет этим секторам-магнитам притягиваться друг к другу южными и северными сторонами и частично компенсировать центробежную силу при вращении ротора. Этот способ частичной компенсации центробежной силы, действующей на каждый сектор ротора посредством притягивания N-S полюсов этих секторов, обусловлен использованием магнитной силы, направленной навстречу центробежной, приложенной к каждому сектору.A device using the method of applying the restraining magnetic force of the North and South (NS) rotor magnet poles is an improved DC motor (German patent DE 3807377, H02K 25/00), in which the centrifugal force (tangential component) is restrained by the geometric arrangement of the magnet rotor sectors along the circumference of its radius, which allows these magnet sectors to be attracted to each other by the southern and northern sides and partially compensate for the centrifugal force during rotation rotor. This method of partial compensation of the centrifugal force acting on each sector of the rotor by attracting the N-S poles of these sectors is due to the use of magnetic force directed towards the centrifugal applied to each sector.
У этого известного устройства или у этого электродвигателя есть ряд недостатков.This known device or this electric motor has a number of disadvantages.
Способ компенсации центробежной силы ротора электродвигателя постоянного тока в патенте Hanson Walter, H02K - 25/00, DE 3807377, 21.09.1989, «Verbesserter Gleichstrom-Motor», заключается в равноудаленном геометрическом расположении полюсов-магнитов ротора вокруг его оси вращения и притяжении их разноименных полюсов друг к другу, причем величина магнитного поля этих постоянных магнитов-полюсов незначительна и обусловлена пределом намагничивания материалов, что приводит к незначительной компенсации центробежной силы, действующей на полюса ротора. Это приводит к незначительному увеличению центробежнокомпенсированной окружной скорости и, как следствие, к незначительному увеличению удельной мощности электродвигателя (Вт/кг).The method for compensating the centrifugal force of the rotor of a DC motor in Hanson Walter, H02K - 25/00, DE 3807377, 09.21.1989, Verbesserter Gleichstrom-Motor, consists in equidistant geometric arrangement of the rotor poles-magnets around its axis of rotation and the attraction of their opposite poles to each other, and the magnitude of the magnetic field of these permanent magnet poles is insignificant and is due to the limit of magnetization of materials, which leads to insignificant compensation of the centrifugal force acting on the rotor poles. This leads to a slight increase in centrifugally compensated peripheral speed and, as a consequence, to a slight increase in the specific power of the electric motor (W / kg).
Конструкция ротора электродвигателя постоянного тока патента Hanson Walter, H02K - 25/00, DE 3807377, 21.09.1989, «Verbesserter Gleichstrom-Motor» позволяет лишь частично компенсировать центробежную силу, действующую на полюса ротора, встречной магнитной силой; т.е. магнитные силы сдерживания действуют не на все сечение ротора, а только на стыковые области N-S полюсов ротора.The design of the rotor of the DC motor of the patent Hanson Walter, H02K - 25/00, DE 3807377, 09.21.1989, "Verbesserter Gleichstrom-Motor" allows only partially compensate for the centrifugal force acting on the rotor poles with counter magnetic force; those. The magnetic containment forces do not act on the entire cross section of the rotor, but only on the butt regions of the N-S poles of the rotor.
Это устройство является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффектуThis device is the closest in technical essence and the achieved effect.
Задача изобретения - создание обратимой электрической машины, которая при работе в режиме генератора или электродвигателя сможет иметь (т.е. выдавать или преобразовывать), удельную мощность (Вт/кг) на прядок выше чем у современных асинхронных электродвигателей (генераторов). И как следствие, создание высокочастотной, компактной электрической системы на основе антицентробежного генератора - трансформатора - антицентробежного двигателя.The objective of the invention is the creation of a reversible electric machine, which when operating in the generator or electric motor mode can have (i.e. output or convert), the specific power (W / kg) per lock is higher than that of modern asynchronous electric motors (generators). And as a result, the creation of a high-frequency, compact electrical system based on an anti-centrifugal generator - a transformer - an anti-centrifugal engine.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе компенсации центробежной силы ротора обратимой электрической машины путем сдерживания магнитного поля полюсов ротора сдерживающим магнитным полем, сдерживающее магнитное поле ротора обусловлено сонаправленным течением токов в проводниках ротора, расположенных диаметрально противоположно, причем величины этих токов пропорциональны окружной скорости ротора. Устройство для осуществления компенсации центробежной силы ротора обратимой электрической машины, содержит статор, ротор, подшипниковые и коллекторные узлы, при этом оно снабжено регулятором токов ротора блока электронного выпрямления, статор имеет три чередующиеся пары проводников, включенных параллельно и подключаемых к трехфазной сети, ротор имеет не менее двух проводников, обрамляющих магнитомягкий материал ротора, статор и ротор имеет количество проводников кратное двум, проложенных параллельно. Пазы с проводниками статора и ротора равномерно распределены по их поверхностям. В устройстве производится измерение окружной скорости ротора с передачей сигнала на регулятор токов ротора блока электронного выпрямления.The problem is achieved in that in the proposed method for compensating the centrifugal force of the rotor of a reversible electric machine by restraining the magnetic field of the poles of the rotor by a restraining magnetic field, the restraining magnetic field of the rotor is caused by the co-directional current flow in the rotor conductors located diametrically opposite, and the magnitude of these currents is proportional to the peripheral speed of the rotor . The device for compensating the centrifugal force of the rotor of a reversible electric machine contains a stator, rotor, bearing and collector units, while it is equipped with a current regulator for the rotor of the electronic rectification unit, the stator has three alternating pairs of conductors connected in parallel and connected to a three-phase network, the rotor has no less than two conductors framing the soft magnetic material of the rotor, the stator and the rotor has a number of conductors multiple of two, laid in parallel. The grooves with the conductors of the stator and rotor are evenly distributed over their surfaces. The device measures the circumferential speed of the rotor with the transmission of a signal to the current regulator of the rotor of the electronic rectification unit.
Как видно из вышеизложенного, предлагаемое изобретение обладает существенными признаками, отличными от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии данного решения критерию «новизна».As can be seen from the foregoing, the present invention has significant features that are different from the prototype, which allows us to conclude that this solution meets the criterion of "novelty."
Использование сонаправленно-параллельного пульсирующегоUsing co-directional parallel pulsating
(выпрямленного) тока для создания магнитного поля ротора, использование устройства для измерения окружной скорости ротора с передачей сигнала на регулятор токов ротора блока электронного выпрямления позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию «существенные отличия».(rectified) current to create a magnetic field of the rotor, the use of a device for measuring the peripheral speed of the rotor with the transmission of a signal to the current regulator of the rotor of the electronic rectification unit allows us to conclude that the proposed invention meets the criterion of "significant differences".
Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием принципов, положенных в основу способа, и вариантов конструкции со ссылками на прилагаемые чертежи, где изображены:Further, the invention is illustrated by a detailed description of the principles underlying the method, and design options with reference to the accompanying drawings, which show:
на фиг. 1 схема антицентробежного генератора в высокочастотной электрической системе;in FIG. 1 diagram of an anti-centrifugal generator in a high-frequency electrical system;
на фиг. 2 схема антицентробежного двигателя в высокочастотной электрической системе;in FIG. 2 diagram of an anti-centrifugal motor in a high-frequency electrical system;
на фиг. 3 конструкция ротора антицентробежной электрической машины;in FIG. 3 rotor design of an anti-centrifugal electric machine;
на фиг. 4 изображение сил, действующих на тело, которое двигается по окружности;in FIG. 4 image of forces acting on a body that moves in a circle;
на фиг. 5 изображение сил, действующих на проводники с соноправленным течением токов;in FIG. 5 image of the forces acting on conductors with a co-current flow of currents;
на фиг. 6 изображение сил, действующих на проводники ротора антицентробежной электрической машины, при одной паре проводников;in FIG. 6 depicts the forces acting on the rotor conductors of an anticentrifugal electric machine, with one pair of conductors;
на фиг. 7 конструкция ротора антицентробежной электрической машины, с изображением действующих на него сил;in FIG. 7 design of the rotor of an anti-centrifugal electric machine, with the image of forces acting on it;
на фиг. 8 разновидности профилей ротора;in FIG. 8 varieties of rotor profiles;
на фиг. 9 изображение сил, действующих на проводники ротора антицентробежной электрической машины, при двух парах проводников;in FIG. 9 depicts the forces acting on the rotor conductors of an anticentrifugal electric machine, with two pairs of conductors;
на фиг. 10 конструкция ротора антицентробежной электрической машины с дополнительными проводниками, с изображением действующих на него сил;in FIG. 10 rotor design of an anticentrifugal electric machine with additional conductors, with the image of the forces acting on it;
на фиг. 11 изображение сил, действующих на проводники ротора антицентробежной электрической машины, при двух парах проводников и конструкция ротора с шестью парами проводников;in FIG. 11 depicts the forces acting on the rotor conductors of an anti-centrifugal electric machine with two pairs of conductors and the design of the rotor with six pairs of conductors;
на фиг. 12 конструкция ротора вставленного в статор антицентробежной электрической машины (режим генератора);in FIG. 12 rotor design inserted into the stator of an anticentrifugal electric machine (generator mode);
на фиг. 13 конструкция ротора и статора антицентробежной электрической машины с изображением электрической схемы статора (режим генератора);in FIG. 13 design of the rotor and stator of the anti-centrifugal electric machine with the image of the stator circuitry (generator mode);
на фиг. 14 цикл работы антицентробежного генератора с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 0-45°;in FIG. 14 cycle of operation of the anticentrifugal generator with 6 stator conductors at rotor angles of 0-45 °;
на фиг. 15 цикл работы антицентробежного генератора с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 60-105°;in FIG. 15 operation cycle of the anticentrifugal generator with 6 stator conductors at rotor rotation angles of 60-105 °;
на фиг. 16 цикл работы антицентробежного генератора с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 120-165°;in FIG. 16 cycle of operation of the anticentrifugal generator with 6 stator conductors at rotor rotation angles of 120-165 °;
на фиг. 17 цикл работы антицентробежного генератора с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 180-195°;in FIG. 17 cycle of operation of the anticentrifugal generator with 6 stator conductors at rotor rotation angles of 180-195 °;
на фиг. 18 графики тока в фазах антицентробежного генератора с 3-мя парами проводников статора (при общем сопротивлении одной пары равным Хобщ=1 Ом);in FIG. 18 current plots in phases of an anticentrifugal generator with 3 pairs of stator conductors (with a total resistance of one pair equal to X total = 1 Ohm);
на фиг. 19 конструкция ротора, вставленного в статор антицентробежной электрической машины (режим электродвигателя);in FIG. 19 design of the rotor inserted into the stator of the anti-centrifugal electric machine (electric motor mode);
на фиг. 20 конструкция ротора и статора антицентробежного электрического двигателя с изображением ограниченного и наведенных токов в соседней (следующей) паре проводников статора;in FIG. 20 design of the rotor and stator of an anti-centrifugal electric motor with the image of limited and induced currents in an adjacent (next) pair of stator conductors;
на фиг. 21 конструкция ротора и статора антицентробежного электрического двигателя в рабочем режиме с частичным изображением электрической схемы статора (блок электронного выпрямления не показан);in FIG. 21 design of the rotor and stator of the anti-centrifugal electric motor in operating mode with a partial image of the stator circuitry (electronic rectification unit is not shown);
на фиг. 22 цикл работы антицентробежного электродвигателя пульсирующего тока с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 0-45°;in FIG. 22 cycle of operation of an anticentrifugal pulsating current electric motor with 6 stator conductors at rotor rotation angles 0-45 °;
на фиг. 23 цикл работы антицентробежного электродвигателя пульсирующего тока с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 60-105°;in FIG. 23 operation cycle of an anticentrifugal pulsating current electric motor with 6 stator conductors at rotor rotation angles of 60-105 °;
на фиг. 24 цикл работы антицентробежного электродвигателя пульсирующего тока с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 120-165°;in FIG. 24 cycle of operation of the ripple current anti-centrifugal electric motor with 6 stator conductors at rotor rotation angles of 120-165 °;
на фиг. 25 цикл работы антицентробежного генератора с 6-тью проводниками статора при углах поворота ротора 180-195°;in FIG. 25 cycle of the anti-centrifugal generator with 6 stator conductors at rotor rotation angles of 180-195 °;
на фиг. 26 графики тока в фазах антицентробежного электродвигателя с 6-тью проводниками статора (с 3-мя парами), после преобразования в блоке электронного выпрямления;in FIG. 26 current graphs in phases of an anticentrifugal electric motor with 6 stator conductors (with 3 pairs), after conversion in the electronic rectification unit;
на фиг. 27 схема высокочастотной электрической системы на базе антицентробежных электромашин.in FIG. 27 schematic of a high-frequency electrical system based on anti-centrifugal electric machines.
Антицентробежная электрическая машина содержит статор 1, ротор 2, подшипниковые 3 и коллекторные 4 узлы, обмотки статора 5 и ротора 6 (фиг. 1, 2). На валу ротора установлен тахогенератор 7 соединенный с блоком тиристорного выпрямления (регулятор токов ротора) 8.The anti-centrifugal electric machine contains a
Ротор 2 выполнен с сечением прямоугольным или с сужением на концах из магнитомягкого материала (в идеале с прямопропорциональной, малоплощадной петлей гистерезиса), концы которого обрамлены (медными) проводниками 6 (фиг. 3). На концах проводников ротора его обрамляющие медные проводники оканчиваются полыми медными цилиндрами для коллекторного контакта. Причем магнитомягкий сектор ротора 2 и проводники 6 ротора 2 должно быть электроизолированы друг от друга. Это достижимо, например, при применении изоляционных прокладок напылений (с высокими прочностными характеристиками на сжатие) или при проведении других мероприятий.The
В идеале сечение проводников у сужающихся концов ротора должно быть равным сечению проводников в средней части ротора (фиг. 3):Ideally, the cross section of the conductors at the converging ends of the rotor should be equal to the cross section of the conductors in the middle part of the rotor (Fig. 3):
Ротор (в сборе) насаживают на ось или шкиф, закрепляют шпонками и гайками оси (по бокам).The rotor (complete) is mounted on an axle or pulley, secured with axle dowels and nuts (on the sides).
Сечение ротора имеет прямоугольный вид (первое сечение), или вид стрелки компаса (второе сечение) (фиг. 3). Второе сечение специально разработано для более удобного распределения линий магнитной индукции (для сдерживания проводников ротора).The rotor section has a rectangular view (first section), or the compass needle (second section) (Fig. 3). The second section is specially designed for more convenient distribution of magnetic induction lines (to contain the rotor conductors).
Токи ротора I2.1, I2.2 должны быть постоянными и быть равными друг другу, они текут соноправлено или параллельно по обрамляющим проводникам (фиг. 3):The rotor currents I 2.1 , I 2.2 must be constant and equal to each other, they flow in parallel or parallel to the framing conductors (Fig. 3):
В рабочем режиме (при электрически включенном роторе) проводники ротора сдерживают центробежные усилия, которые влияют на сектор ротора при его вращении. Причем силы электромагнитного сдерживания (силы Лоренца) вызванные током проводников ротора сдавливают ротор пропорционально скорости вращения подобно тискам, при условии пропорционального изменения величины тока Irot.In the operating mode (with the rotor electrically switched on), the rotor conductors inhibit centrifugal forces that affect the rotor sector during its rotation. Moreover, the forces of electromagnetic containment (Lorentz forces) caused by the current of the rotor conductors compress the rotor in proportion to the speed of rotation like a vice, provided that the current magnitude I rot is proportionally changed.
Для подтверждения тезиса о электромагнитном сдерживании тела и проводников ротора приведем некоторые формулы.To confirm the thesis of electromagnetic containment of the body and rotor conductors, we give some formulas.
Формула (3) определяет центробежную силу или тангенсальную составляющую, приложенную к точке вращающегося тела.Formula (3) determines the centrifugal force or tangential component applied to a point of a rotating body.
Центростремительная сила Fц заставляет тело двигаться по окружности и не позволяет телу двигаться по инерции по прямой (касательной к окружности). Сила инерции, противодействующая центростремительной называется центробежной силой и обозначается Fцб (фиг. 4). Обе силы равны по величине и противоположны по направлению.The centripetal force F c makes the body move in a circle and does not allow the body to move inertia in a straight line (tangent to a circle). The inertia force that counteracts the centripetal force is called the centrifugal force and is denoted by F cb (Fig. 4). Both forces are equal in magnitude and opposite in direction.
Если Fцб - центробежная сила, сила инерции, действующая по радиусу от центра при движении по окружности, а ар - радиальное ускорение точки ротора, тогда формулы их определения:If F cb is the centrifugal force, the inertia force acting along the radius from the center when moving in a circle, and p is the radial acceleration of the rotor point, then the formulas for their determination are:
Или, с учетом связи угловой скорости со (рад/с=с-1) с частотой вращения валаOr, taking into account the relationship of the angular velocity ω (rad / s = s -1 ) with the shaft speed
ротора n (об/с=с-1) имеем:rotor n (r / s = s -1 ) we have:
Здесь:Here:
υ - скорость тела (м/с),υ - body speed (m / s),
ω - угловая скорость тела (рад/с=1/с),ω is the angular velocity of the body (rad / s = 1 / s),
m - масса тела (кг),m - body weight (kg),
R - радиус окружности (ротора) (м),R is the radius of the circle (rotor) (m),
n - число оборотов ротора (об/с).n is the number of rotor revolutions (r / s).
ар - радиальное ускорение точки ротора (м/с2).and p is the radial acceleration of the rotor point (m / s 2 ).
Формула для нахождения электромагнитной силы (Лоренца) взаимодействия двух параллельных проводников (статора) с соноправленными токами имеет вид:The formula for finding the electromagnetic force (Lorentz) of the interaction of two parallel conductors (stator) with co-currents has the form:
Здесь µс=µµ0 - магнитная проницаемость среды, выражающая зависимость силыHere µ c = µ µ 0 is the magnetic permeability of the medium expressing the dependence of the force
взаимодействия электрических токов от среды,the interaction of electric currents from the environment,
µ0 - магнитная постоянная (4π×10-7Н/А2),µ 0 - magnetic constant (4π × 10 -7 N / A 2 ),
µ - относительная магнитная проницаемость (о.е.),µ is the relative magnetic permeability (p.u.),
а - расстояние между поверхностями проводников (м),a is the distance between the surfaces of the conductors (m),
D - диаметр ротора антицентробежной машины, с учетом толщины проводников (м),D is the rotor diameter of the anti-centrifugal machine, taking into account the thickness of the conductors (m),
I2 - ток проводника (части ротора) (А),I 2 - current conductor (part of the rotor) (A),
I2.1 - ток проводника (второй части ротора) (А),I 2.1 - current conductor (second part of the rotor) (A),
FЛор.2 - сила (Н), действующая на левый проводник и обусловленная его током I2,F Lor. 2 - force (N) acting on the left conductor and due to its current I 2 ,
FЛор.2.1 - сила (Н), действующая на правый проводник и обусловленная его током I2.1,F ENT.2.1 - force (N) acting on the right conductor and due to its current I 2.1 ,
l - отрезок длинного проводника (м), на который действует сила(ы) FЛор.2, FЛор.2.1.l is the length of the long conductor (m), on which the force (s) F Lor. 2 , F Lor . 2.1 acts .
В2 - магнитная индукция поля левого проводника(тока I2) (Тл).In 2 - magnetic induction of the field of the left conductor (current I 2 ) (T).
Условие равновесия центробежной силы Fцб силой электромагнитного сдерживания (Лоренца) FЛор.2 в векторном виде (фиг.5):The equilibrium condition of the centrifugal force F cb force of electromagnetic containment (Lorentz) F Lor.2 in a vector form ( figure 5):
Где К1 и К2 - постоянные коэффициенты пропорциональности.Where K 1 and K 2 are constant proportionality coefficients.
Очевидно, что при численном равенстве коэффициентов K1 и К2 изменение тока(ов) сдерживания ротора I2=I2.1 обеспечит прямо пропорциональное изменение частоты вращения ротора n (об/с) (фиг. 4, 5). Т.е. равенства (11)-(14) математически доказывают, что возможно подобрать такие численные значения, при которых центробежные силы, действующие на ротор будут полностью компенсированы электромагнитными силами ротора, в довольно широком диапазоне.Obviously, when the coefficients K 1 and K 2 are numerically equal, a change in the rotor containment current (s) I 2 = I 2.1 will provide a directly proportional change in the rotor speed n (r / s) (Fig. 4, 5). Those. equalities (11) - (14) mathematically prove that it is possible to select such numerical values at which the centrifugal forces acting on the rotor will be fully compensated by the electromagnetic forces of the rotor, in a rather wide range.
Для более полной картины ротора антицентробежной машины приведем его конструкцию с двумя (фиг. 6, 7, 8а) проводниками.For a more complete picture of the rotor of the anti-centrifugal machine, we present its design with two (Fig. 6, 7, 8a) conductors.
Расчет сил, действующих на ротор при его вращении с установившейся скоростью вращения (об/сек), выглядит так.The calculation of the forces acting on the rotor during its rotation with a steady rotation speed (r / s) looks like this.
Здесь I2 - ток, текущий по верхнему проводнику ротора;Here, I 2 is the current flowing along the upper conductor of the rotor;
I2.1 - ток, текущий по нижнему проводнику ротора;I 2.1 - current flowing along the lower conductor of the rotor;
Fц.б.2 - центробежная сила, действующая на верхний проводник ротора и на верхнюю часть центробежноопасной области ротора b2;F cb.2 - centrifugal force acting on the upper conductor of the rotor and on the upper part of the centrifugally dangerous region of the rotor b 2 ;
Fц.б.2.1 - центробежная сила, действующая на нижний проводник ротора и на нижнюю часть центробежноопасной области ротора b2.1 F C. b.2.1 - centrifugal force acting on the lower conductor of the rotor and on the lower part of the centrifugal hazardous area of the rotor b 2 . one
а - центробежнобезопасная область ротора ограниченная пределом твердости материала ротора, при проектируемой скорости ротора (об/сек).and - the centrifugally safe region of the rotor is limited by the hardness limit of the rotor material, at the projected rotor speed (r / s).
FЛор.2 - электромагнитная сила сдерживания, действующая на верхний проводник ротора и обусловленная силой тока I2;F Lor. 2 - electromagnetic containment force acting on the upper rotor conductor and due to the current strength I 2 ;
FЛор.2.1 - электромагнитная сила сдерживания, действующая на нижний проводник ротора и обусловленная силой тока I2.1 F Lor.2.1 - electromagnetic containment force acting on the lower conductor of the rotor and due to the current strength I 2.1
с=(D-2h0) - расстояние между двумя крайними проводниками ротора;c = (D-2h 0 ) is the distance between the two extreme conductors of the rotor;
D - внешний диаметр ротора;D is the outer diameter of the rotor;
h0 - высота проводника ротора.h 0 is the height of the rotor conductor.
Надо сказать, что в случае конструкции ротора, показанной на фиг. 6, 7, 8, антицентробежный эффект сдерживания не максимален т.к. расстояние с (м) достаточно велико (до 0,5 м), а относительная магнитная проницаемость материала ротора (µ) и плотность тока в проводниках (А/мм2) - лимитированы.It must be said that in the case of the rotor design shown in FIG. 6, 7, 8, the anti-centrifugal effect of deterrence is not maximum since the distance c (m) is quite large (up to 0.5 m), and the relative magnetic permeability of the rotor material (µ) and the current density in the conductors (A / mm 2 ) are limited.
Конструкция ротора антицентробежной машины с четырьмя проводниками показана на фиг. 9, 10, 11а.The design of the rotor of the four-wire anti-centrifugal machine is shown in FIG. 9, 10, 11a.
В этом случае расчет сил, действующих на ротор при его вращении с установившейся скоростью вращения (об/сек) выглядит так (фиг. 9, 10, 11а).In this case, the calculation of the forces acting on the rotor during its rotation with a steady rotation speed (r / s) looks like this (Fig. 9, 10, 11a).
Здесь I2 - ток, текущий по крайне-верхнему проводнику ротора;Here, I 2 is the current flowing along the extremely upper rotor conductor;
I2.2 - ток, текущий по верхнему проводнику ротора;I 2.2 - current flowing along the upper conductor of the rotor;
I2.1 - ток, текущий по крайне-нижнему проводнику ротора;I 2.1 - current flowing along the extremely-lower conductor of the rotor;
I2.3 _ ток, текущий по нижнему проводнику ротора;I 2.3 _ current flowing along the lower conductor of the rotor;
Fц.б.2 - центробежная сила, действующая на крайне-верхний проводник ротора и на верхнюю часть центробежноопасной области ротора b2;F cb.2 - centrifugal force acting on the extremely upper conductor of the rotor and on the upper part of the centrifugal hazardous area of the rotor b 2 ;
Fц.б.2.1 - центробежная сила, действующая на крайне-нижний проводник ротора и на нижнюю часть центробежноопасной области ротора b2.1,F c.b.2.1 - centrifugal force acting on the extremely lower conductor of the rotor and on the lower part of the centrifugal hazardous area of the rotor b 2.1 ,
а - центробежнобезопасная область ротора ограниченная пределом твердости материала ротора, при проектируемой скорости ротора(об/сек).and - the centrifugally safe region of the rotor is limited by the hardness limit of the rotor material, at the projected rotor speed (r / s).
FЛор.2 - электромагнитная сила сдерживания, действующая на крайне-верхний проводник ротора и обусловленная силой тока I2;F Lor. 2 - electromagnetic containment force acting on the extreme upper conductor of the rotor and due to the current strength I 2 ;
FЛор2.2 - электромагнитная сила сдерживания, действующая на верхний проводник ротора и обусловленная силой тока I2.2;F Лор2.2 - electromagnetic containment force acting on the upper conductor of the rotor and due to the current strength I 2.2 ;
FЛор2.1 _ электромагнитная сила сдерживания, действующая на крайне-нижний проводник ротора и обусловленная силой тока I2.1 F ENT 2.1 _ electromagnetic restraining force acting on the extreme lower conductor of the rotor and due to the current I 2.1
FЛор2.1 - электромагнитная сила сдерживания, действующая на нижний проводник ротора и обусловленная силой тока I2.3;F ENT 2.1 - electromagnetic containment force acting on the lower conductor of the rotor and due to the current I 2.3 ;
c1=(a-2h0) - расстояние между двумя ближайшими проводниками ротора;c 1 = (a-2h 0 ) is the distance between the two closest rotor conductors;
а - центробежнобезопасная область ротора;a - centrifugally safe area of the rotor;
h0 - высота проводника ротора.h 0 is the height of the rotor conductor.
Надо сказать, что в случае конструкции ротора фиг. 9, 10, 11 антицентробежный эффект сдерживания существенно больше, чем в случае с двумя проводниками фиг. 7, 8а, т.к. расстояние c1<с (м) уменьшается (с 0,5 м до 0,15 м), а относительная магнитная проницаемость материала ротора (µ) и плотность тока в проводниках (А/мм2) - остаются такими же как и в первом случае.It should be noted that in the case of the rotor design of FIG. 9, 10, 11, the anti-centrifugal containment effect is significantly greater than in the case of two conductors of FIG. 7, 8a, because the distance c 1 <s (m) decreases (from 0.5 m to 0.15 m), and the relative magnetic permeability of the rotor material (µ) and current density in the conductors (A / mm 2 ) remain the same as in the first case.
Очевидно, что ротор с дополнительными (четырьмя) проводниками фиг. 9, 10, 11 более эффективен для сдерживания центробежной силы в центробежноопасной области ротора, хотя и более сложен с точки зрения технологического изготовления.Obviously, the rotor with additional (four) conductors of FIG. 9, 10, 11 is more effective for containing the centrifugal force in the centrifugally hazardous region of the rotor, although it is more complicated from the point of view of technological production.
Статор антицентробежной электрической машины имеет классическую конструкцию (беличью клетку) и представляет собой три пары проводников (т.е. 6 штук), вделанных в статор из магнитомягкого материала, например из трансформаторного железа (фиг. 12).The stator of the anti-centrifugal electric machine has a classical design (squirrel cage) and consists of three pairs of conductors (i.e. 6 pieces) embedded in the stator of soft magnetic material, for example, of transformer iron (Fig. 12).
Общее количество проводников может быть и больше 6×2=12 шт., 6×3=18 шт,…, в зависимости от диаметра статора и его внутреннего периметра. Причем количество проводников статора 6 штук - соответствует ротору с 2-мя проводниками; 12 штук - соответствует ротору с 4-мя проводниками (крест); 18 штук - соответствует ротору с 6-тью проводниками(снежинка) и т.д.The total number of conductors can be more than 6 × 2 = 12 pcs., 6 × 3 = 18 pcs., ..., depending on the diameter of the stator and its inner perimeter. Moreover, the number of stator conductors is 6 pieces - corresponds to a rotor with 2 conductors; 12 pieces - corresponds to a rotor with 4 conductors (cross); 18 pieces - corresponds to a rotor with 6 conductors (snowflake), etc.
Схема подключения статора антицентробежной машины, работающей в режиме генератора представляет собой три чередующихся пары проводников, включенных параллельно. Концы этих проводников выведены наружу электрической машины и имеют возможность подключения к трехфазной сети (фиг. 13), другие же концы можно соединить вместе (в звезду). На фиг. 14-17 приведены циклы работы антицентробежного генератора, а фиг. 18 - графики тока в его фазах.The wiring diagram of the stator of an anti-centrifugal machine operating in generator mode is three alternating pairs of conductors connected in parallel. The ends of these conductors are brought out of the electric machine and can be connected to a three-phase network (Fig. 13), while the other ends can be connected together (into a star). In FIG. 14-17 show the operating cycles of the anticentrifugal generator, and FIG. 18 is a graph of current in its phases.
Антицентробежная машина, работающая в режиме электродвигателя, работает по принципу отталкивания проводников ротора от статора (фиг. 19-25), на выпрямленном пульсирующем напряжении (токе) фиг. 26, полученном посредством блока электронного выпрямления (БЭУ) (фиг. 2, 27). Причем стартовый режим разгона ротора антицентробежного электродвигателя выполняет «Стартовый блок электронного разгона» (СБЭР)(фиг. 27).The anti-centrifugal machine operating in electric motor mode operates on the principle of repulsion of the rotor conductors from the stator (Figs. 19-25), on the rectified pulsating voltage (current) of Figs. 26 obtained by the electronic rectification unit (BEC) (Fig. 2, 27). Moreover, the starting acceleration mode of the rotor of the anti-centrifugal electric motor performs the “Electronic Acceleration Starting Block” (SBER) (Fig. 27).
Блок электронного выпрямления отключает верхнюю полуволну переменного тока, разрывая цепь и приводит 3-х фазный переменный ток (напряжение) (фиг. 18) к выпрямленному пульсирующему току (фиг. 26). Тем самым он ограничивает не только фазные ток верхней полуволны (iCфазн) но и наведенные токи в соседних (следующих) проводниках статора (iс наведенный)» которые возникают из-за приближения проводников ротора. Т.е. преобразует фиг. 23 в фиг. 24. Блок электронного выпрямления также отвечает за выпрямление и пропорциональное изменение тока ротора от скорости его вращения.The electronic rectification unit disconnects the upper half-wave of alternating current, breaking the circuit and leads the 3-phase alternating current (voltage) (Fig. 18) to the rectified ripple current (Fig. 26). Thus, it limits not only the phase current of the upper half-wave (i Phase ), but also the induced currents in the adjacent (next) stator conductors (i with induced) ”that arise due to the approach of the rotor conductors. Those. converts FIG. 23 in FIG. 24. The electronic rectification unit is also responsible for the rectification and proportional change of the rotor current from its rotation speed.
О трехфазной сети антицентробежных машин (фиг. 1, 2, 27) надо сказать особо: теоретически она работает (подключается) также как и современная трехфазная электросеть с той только разницей, что частота такой сети больше традиционных 50 Гц, она может быть 500 Гц, 1 кГц, 10 кГц и т.д. Но тогда окружная скорость антицентробежной электромашины с одной парой проводников ротора и 3-мя парами проводников статора будет равна 50 Гц=1500 об/мин; 500 Гц=15000 об/мин 1 кГц=30000 об/мин, 10 кГц=300000 об/мин. Очевидно, что оптимум работы такой сети лежит в пределах 0,5-1 кГц.On the three-phase network of anti-centrifugal machines (Figs. 1, 2, 27), it must be emphasized: theoretically it works (is connected) like a modern three-phase power network, with the only difference that the frequency of such a network is greater than the traditional 50 Hz, it can be 500 Hz, 1 kHz, 10 kHz, etc. But then the peripheral speed of the anti-centrifugal electric machine with one pair of rotor conductors and 3 pairs of stator conductors will be 50 Hz = 1500 rpm; 500 Hz = 15000
К достоинствам новой трехфазной электрической системы можно отнести:The advantages of the new three-phase electrical system include:
1. Повышенное индуктивное сопротивление, что сделает возможным применение проводников статора электромашин без удлинения, т.е. без дополнительных катушек и обмоток статора в традиционном понимании.1. Increased inductive resistance, which will make it possible to use the stator conductors of electric machines without extension, i.e. without additional coils and stator windings in the traditional sense.
1.1 Применение новых материалов с номинально более высокой плотностью тока чем у меди.1.1 The use of new materials with a nominally higher current density than copper.
2. Все трансформаторы и электродвигатели такой сети (1000 Гц и выше), а также другое электрическое оборудование будут более компактными и легкими при той же мощности.2. All transformers and electric motors of such a network (1000 Hz and above), as well as other electrical equipment will be more compact and light at the same power.
3. При применении частоты 1 кГц, возможность подключения в такую электросеть обычных асинхронных двигателей с 8-мью парами полюсов, это снизит из скорость вращения до 7500 об/мин, что вполне применимо для современных электроприборов (фиг. 1, 2, 12).3. When using a frequency of 1 kHz, the ability to connect conventional asynchronous motors with 8 pole pairs to such an electrical network will reduce the rotation speed from 7,500 rpm, which is quite applicable for modern electrical appliances (Figs. 1, 2, 12).
4. Применима современная осветительная нагрузка т.е. светодиодные лампы.4. Applicable modern lighting load ie LED bulbs.
Также о электроприводе, применяемом в высокочастотной электросети, можно сказать следующее.Also about the electric drive used in the high-frequency power network, we can say the following.
1. Антицентробежный электродвигатель работает на механическую нагрузку с постоянным моментом (мощные насосы, вентиляторы и пр.).1. The anti-centrifugal motor runs on a mechanical load with a constant torque (powerful pumps, fans, etc.).
2. Все остальные электродвигатели (асинхронные, двигатели постоянного тока) применимые в такой электросети могут работать на переменную, тяжелую и пульсирующую механическую нагрузку.2. All other electric motors (asynchronous, DC motors) applicable in such a power supply network can operate on alternating, heavy and pulsating mechanical loads.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013103448/07A RU2551125C2 (en) | 2013-01-28 | 2013-01-28 | Method of compensation of centrifugal force of electrical machine rotor, and anti-centrifugal generator and anti-centrifugal electric motor for its implementation and their high-frequency power supply network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013103448/07A RU2551125C2 (en) | 2013-01-28 | 2013-01-28 | Method of compensation of centrifugal force of electrical machine rotor, and anti-centrifugal generator and anti-centrifugal electric motor for its implementation and their high-frequency power supply network |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013103448A RU2013103448A (en) | 2014-08-10 |
RU2551125C2 true RU2551125C2 (en) | 2015-05-20 |
Family
ID=51354768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013103448/07A RU2551125C2 (en) | 2013-01-28 | 2013-01-28 | Method of compensation of centrifugal force of electrical machine rotor, and anti-centrifugal generator and anti-centrifugal electric motor for its implementation and their high-frequency power supply network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2551125C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2834579A1 (en) * | 1978-08-07 | 1980-02-14 | Andrasch Hans Joachim | Motor with permanent magnet stator and rotor - has unlike poles facing each other over 180 degrees of rotor rotation, and like poles over other 180 degrees |
DE3807377A1 (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-21 | Walter Hanson | Improved DC motor |
RU2145459C1 (en) * | 1996-01-10 | 2000-02-10 | Гец Альстом Мотеэр С.А. | Toothed electromagnetic rotor |
RU2295820C1 (en) * | 2005-10-18 | 2007-03-20 | Владимир Юрьевич Аврух | Rotor of synchronous implicit-pole electric machine |
-
2013
- 2013-01-28 RU RU2013103448/07A patent/RU2551125C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2834579A1 (en) * | 1978-08-07 | 1980-02-14 | Andrasch Hans Joachim | Motor with permanent magnet stator and rotor - has unlike poles facing each other over 180 degrees of rotor rotation, and like poles over other 180 degrees |
DE3807377A1 (en) * | 1988-03-07 | 1989-09-21 | Walter Hanson | Improved DC motor |
RU2145459C1 (en) * | 1996-01-10 | 2000-02-10 | Гец Альстом Мотеэр С.А. | Toothed electromagnetic rotor |
RU2295820C1 (en) * | 2005-10-18 | 2007-03-20 | Владимир Юрьевич Аврух | Rotor of synchronous implicit-pole electric machine |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RU 2111466 с1 20.05.1998. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013103448A (en) | 2014-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Analysis and control of multiphase permanent-magnet bearingless motor with a single set of half-coiled winding | |
JP2005117751A (en) | Electric power storage flywheel arrangement | |
RU2636387C1 (en) | Axial three-inlet wind-solar generator | |
JP3232972U (en) | Electrical machinery | |
WO2014107550A1 (en) | High efficiency permanent magnet machine | |
RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
RU2551125C2 (en) | Method of compensation of centrifugal force of electrical machine rotor, and anti-centrifugal generator and anti-centrifugal electric motor for its implementation and their high-frequency power supply network | |
RU2392724C1 (en) | Single-phased electric generator | |
Hosseini et al. | Design, prototyping and analysis of a low-cost disk permanent magnet generator with rectangular flat-shaped magnets | |
An et al. | Loss measurement of a 30 kW high speed permanent magnet synchronous machine with active magnetic bearings | |
CN101931348A (en) | Compositely excited magnetic ring-based double-magnetic ring type inductive magnetic energy generator | |
CN101882901A (en) | Double-magnetic ring induction type magnetic energy electric generator | |
CN101882900A (en) | Induction type magnetic energy generator | |
RU174156U1 (en) | MULTISTATOR ASYNCHRONOUS MOTOR | |
Frosini et al. | The effect of rotor eccentricity on the radial and tangential electromagnetic stresses in synchronous machines | |
JP2017526334A (en) | Electric machine | |
CN101951102A (en) | Induction type magnetic energy generator based on mixed-exertion type magnet ring | |
Dursun et al. | A new design of single side brushless direct current linear motor | |
Mitterhofer et al. | Towards high speed bearingless drives | |
RU175773U1 (en) | ELECTRIC MACHINE | |
Israilovich et al. | Operation of electric machines. Installation of electric machines and transformers | |
Schreier et al. | Operation of induction machine with combined star delta stator winding | |
RU2541427C1 (en) | Terminal electric machine (versions) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160129 |