PL224016B1 - Magnetoelektryczny silnik synchroniczny o rozruchu asynchronicznym i dzielonym uzwojeniu stojana - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest magnetoelektryczny silnik synchroniczny o rozruchu asynchronicznym i dzielonym uzwojeniu stojana, mający zastosowanie w układach napędowych, w których konieczne jest uzyskanie dużych wartości momentu rozruchowego przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej sprawności oraz współczynnika mocy o charakterze pojemnościowym.

Znane są z opisów literaturowych min Mihail V. CISTELECAN1, Mihail POPESCU, Leonard MELCESCU, Tiberiu TUDORACHE, Three Phase Line Start Claw Poles Permanent Magnet Motor with Pole Changing Winding, Boyd, J.H.: Line start permanent magnet motor, U.S. Patent Nr 5,952,757/1999, Chu, Ming-Tsung et al: Rotor structure of line start permanent magnet synchronous motor, U.S. Patent Nr 6,844,652/2005, Cistelecan M., Popescu M., Nitigus, V.: A.C. three-phase line-start permanent magnet motor, Romanian Patent, RO 121623, filled 21.07.2005, issued 28.12.2007, Gerald B. Kliman: Permanent magnet line start motor having magnets outside the starting cage, U.S. Patent Nr 5,548,172/1996, Gerald B. Kliman: Controllable flux permanent magnet motor, U.S. Patent Nr 6,025,666/2000, Stephens, Ch. M.: Starting and synchronizing system for line-start permanent magnet motor, U.S. Patent Nr. 5,859,513/1999, Miller TJE: Synchronization of line-start permanent-magnet a.c. motor, IEEE Trans. On PAS, PAS-103, No.7, July 1984, pp.1822-1828, konstrukcje silników synchronicznych magnetoelektrycznych przystosowanych do rozruchu asynchronicznego. W stojanie tych silników umieszczone jest uzwojenie wytwarzające wirujące pole magnetyczne. We wirniku znajdują się natomiast magnesy trwałe oraz uzwojenie klatkowe. Stosowane są różne sposoby rozmieszczenia magnesów i klatki rozruchowej wewnątrz wirnika. Znane są sposoby mające na celu polepszenie parametrów rozruchowych polegające na przełączeniu liczby par biegunów uzwojenia stojana oraz na zmianie układu połączeń uzwojeń fazowych w gwiazdę i trójkąt. Przy czym w pierwszym rozwiązaniu proces rozruchu silnika o prędkości synchronicznej pracy n_s1 dokonuje się poprzez przełączenie uzwojenia stojana tak, aby prędkość synchroniczna wirowania pola magnetycznego n_s2 była większa od docelowej prędkości synchronicznej n_s1. W trakcie rozruchu, po osiągnięciu przez wirnik prędkości zbliżonej do prędkości synchronicznej pracy n_s1, dokonuje się przełączenia uzwojenia stojana na układ o większej liczbie par biegunów - wzniecający pole wirujące o prędkości synchronicznej ns1. W drugim rozwiązaniu rozruchu dokonuje się przy uzwojeniu silnika połączonym w trójkąt, a po osiągnięciu przez wirnik prędkości zbliżonej do prędkości synchronicznej pracy n_s1 dokonuje się przełączenia uzwojenia stojana w gwiazdę.

Podstawowymi wadami klasycznych sposobów dokonywania rozruchu maszyn synchronicznych o magnesach trwałych i klatce rozruchowej we wirniku są:

- brak możliwości pracy ze współczynnikiem mocy o charakterze pojemnościowym,

- niewystarczające parametry rozruchowe - zbyt mały moment rozruchowy i zdolność do synchronizacji, przy wysokich wartościach sprawności oraz współczynnika mocy,

- niska wartość współczynnika mocy (często mniejsza od 0.9) przy wysokich wartościach momentu rozruchowego oraz dobrej zdolności do synchronizacji,

- znaczne wartości prądów rozruchowych, często przekraczające wartości dopuszczalne.

Istotą wynalazku jest magnetoelektryczny silnik synchroniczny o rozruchu asynchronicznym i dzielonym uzwojeniu stojana składający się z wału maszyny, magnesów trwałych, pakietu wirnika, prętów klatki rozruchowej, pakietu stojana, korpusu silnika, cewek uzwojenia głównego oraz uzwojenia pracy, pierścieni zwierających, wewnątrz korpusu silnika zamontowany na stałe jest pakiet stojana maszyny, a wewnątrz pakietu stojana silnika umieszczony jest pakiet wirnika w sposób umożliwiający jego obrót wewnątrz pakietu stojana wokół osi wału maszyny, zaś wewnątrz pakietu wirnika umieszczone są na stałe magnesy trwałe oraz pręty klatki rozruchowej, przy czym pręty klatki rozruchowej połączone są na stale z pierścieniami zwierającymi w sposób gwarantujący połączenie elektryczne wszystkich prętów klatki rozruchowej, natomiast pakiet wirnika osadzony jest na stałe na wale maszyny, charakteryzujący się tym, że w żłobkach stojana umieszczone są cewki uzwojenia głównego oraz cewki uzwojenia pracy, cewki uzwojenia głównego oraz uzwojenia pracy, które połączone są w trójfazowe uzwojenie główne oraz trójfazowe uzwojenie pracy.

Dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku uzyskano następujące efekty technicznoużytkowe:

• możliwość uzyskiwania dużych wartości momentu rozruchowego oraz polepszonej zdolnośc i do synchronizacji przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej sprawności oraz wartości współczynnika mocy,

PL 224 016 B1 • możliwość pracy ze współczynnikiem mocy o charakterze pojemnościowym przy jednoczesnym zachowaniu bardzo dobrych właściwości rozruchowych, • możliwość, poprzez właściwy dobór stosunku liczby zwojów uzwojenia głównego i pracy maszyny, dowolnego kształtowania właściwości rozruchowych oraz wartości parametrów funkcjonalnych — sprawności i współczynnika mocy, • uniwersalność - rozwiązania zastosowane w zaprezentowanej konstrukcji silnika można z powodzeniem wykorzystać we wszystkich typach silników synchronicznych z magnesami trwałymi i klatką rozruchową we wirniku.

Czterobiegunowy magnetoelektryczny silnik synchroniczny o rozruchu asynchronicznym i dzielonym uzwojeniu stojana według wynalazku uwidoczniono na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia widok podstawowych części silnika, fig. 2 widok połączeń czołowych uzwojenia stojana, fig. 3 przedstawia widok wirnika, fig. 4 przedstawia przekrój nieuzwojonej części magnetycznie czynnej silnika, fig. 5 przedstawia widok wybranych żłobków stojana z umieszczonymi cewkami uzwojeń. Schemat połączenia uzwojeń silnika do sieci zasilającej zaprezentowano na fig. 6.

Magnetoelektryczny silnik synchroniczny o rozruchu asynchronicznym i dzielonym uzwojeniu stojana według wynalazku składający się z wału maszyny 1 magnesów trwałych 2 pakietu wirnika 3 prętów klatki rozruchowej 4 pakietu stojana 5 korpusu silnika 6 cewek uzwojenia głównego 7 oraz uzwojenia pracy 8 pierścieni zwierających charakteryzujący się tym, że wewnątrz korpusu silnika 6 zamontowany na stałe jest pakiet stojana maszyny 5, w żłobkach stojana 10 umieszczone są cewki uzwojenia głównego 7 oraz cewki uzwojenia pracy 8, cewki uzwojenia głównego 7 oraz uzwojenia pracy 8 połączone są w trójfazowe uzwojenie główne 13 oraz trójfazowe uzwojenie pracy 12 zgodnie ze schematem połączeń nie będącym przedmiotem zgłoszenia patentowego, wewnątrz pakietu stojana silnika 5 umieszczony jest pakiet wirnika 3, nie będący przedmiotem zgłoszenia, w sposób umożliwiający jego obrót wewnątrz pakietu stojana wokół osi wału maszyny 1, wewnątrz pakietu wirnika 3 umieszczone są na stałe magnesy trwałe 2 oraz pręty klatki rozruchowej 4. Pręty klatki rozruchowej 4 połączone są na stałe i pierścieniami zwierającymi 9 w sposób gwarantujący połączenie elektryczne wszystkich prętów klatki rozruchowej 4, pakiet wirnika 3 osadzony jest na stałe na wale maszyny 1. Liczbę zwojów uzwojenia pracy 12 dobiera się tak, aby suma sił elektromotorycznych indukowanych na biegu jałowym maszyny podczas wirowania wirnika 17 z prędkością synchroniczną ns1 w uzwojeniu głównym 13 i uzwojeniu pracy 12 była większa od wartości fazowej napięcia trójfazowego układu zasilającego 16.

Rozruchu maszyny dokonuje się poprzez bezpośrednie załączenie trójfazowego układu zasilającego 16 na trójfazowe uzwojenie główne 13 poprzez zwarcie styków A 14 aparatury łączeniowej 15, natomiast styki B 11 aparatury łączeniowej 15 pozostawia się otwarte do czasu osiągnięciu przez wirnik maszyny 17 prędkości synchronicznej wynikającej z liczby par biegunów uzwojenia głównego 13. Dalej, jednocześnie poprzez otwarcie styków A 14 aparatury łączeniowej 15 i zwarcie styków B 11 aparatury łączeniowej 15 dokonuje się włączenia w szereg z trójfazowym uzwojeniem głównym 13 trójfazowego uzwojenia pracy 12.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Magnetoelektryczny silnik synchroniczny o rozruchu asynchronicznym i dzielonym uzwojeniu stojana składający się z wału maszyny, magnesów trwałych, pakietu wirnika, prętów klatki rozruchowej, pakietu stojana, korpusu silnika, cewek uzwojenia głównego oraz uzwojenia pracy, pierścieni zwierających, wewnątrz korpusu silnika zamontowany na stałe jest pakiet stojana maszyny, a wewnątrz pakietu stojana silnika umieszczony jest pakiet wirnika umożliwiający jego obrót wewnątrz pakietu stojana wokół osi wału maszyny, zaś wewnątrz pakietu wirnika umieszczone są na stałe magnesy trwałe oraz pręty klatki rozruchowej, przy czym pręty klatki rozruchowej połączone są na stałe z pierścieniami zwierającymi w sposób gwarantujący połączenie elektryczne wszystkich prętów klatki rozruchowej, natomiast pakiet wirnika osadzony jest na stałe na wale maszyny, znamienny tym, że w żłobkach stojana (10) umieszczone są cewki uzwojenia głównego (7) oraz cewki uzwojenia pracy (8), cewki uzwojenia głównego (7) oraz uzwojenia pracy (8), które połączone są w trójfazowe uzwojenie główne (13) oraz trójfazowe uzwojenie pracy (12).