RU145561U1

RU145561U1 - DESIGN OF A SYNCHRONOUS REACTIVE MOTOR

Info

Publication number: RU145561U1
Application number: RU2014116840/07U
Authority: RU
Inventors: Светлана Андреевна Мартынова; Андрей Борисович Захаренко; Александр Александрович Дульцев
Original assignee: Светлана Андреевна Мартынова; Андрей Борисович Захаренко; Александр Александрович Дульцев
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2014-09-20

Abstract

1. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя, состоящего из зубчатого статора, в пазах которого расположена трехфазная обмотка (m=3) зубчатого ротора, вращающегося в подшипниках, отличающаяся тем, что число пар полюсов ротора p, число зубцов статора Z связаны соотношениями:при этом Z=y·m·k, а также y, k - целые положительные числа.2. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что k≥1.3. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что при четном k катушечные группы одной и той же фазы обмотки статора соединены параллельно.4. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что катушечные группы одной и той же фазы обмотки статора соединены последовательно.5. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что при четном k≥2 катушечные группы одной и той же фазы обмотки статора соединены последовательно-параллельно.6. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что обмотка статора соединена в звезду.7. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что обмотка статора соединена в треугольник.8. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что обмотка статора питается от сети переменного тока.9. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что обмотка статора питается от управляемого инвертора.10. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя по п.1, отличающаяся наличием датчика углового положения ротора.11. Конструкция синхронного реактивн�1. The design of a synchronous jet electric motor, consisting of a gear stator, in the grooves of which there is a three-phase winding (m = 3) of the gear rotor rotating in the bearings, characterized in that the number of pairs of rotor poles p, the number of stator teeth Z are related by: = y · m · k, and also y, k are positive integers. 2. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that k≥1.3. The synchronous jet motor design according to claim 1, characterized in that for even k, the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in parallel. The synchronous jet motor design according to claim 1, characterized in that the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in series. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that for even k≥2, the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in series-parallel. The synchronous jet motor design according to claim 1, characterized in that the stator winding is connected to a star. A synchronous jet electric motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is connected in a triangle. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is powered by an alternating current main. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is powered by a controlled inverter. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized by the presence of a rotor angular position sensor. Synchronous Reactor Design

Description

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к конструкции электрических машин, и может быть использовано в специальных электроприводах в качестве низкооборотных электродвигателей. Плоская конструкция электродвигателя с подшипником большого диаметра и отверстием внутри статора пригодна для приводов специальных устройств космического назначения, в частности, направленных антенно-фидерных систем.The utility model relates to electrical engineering, in particular to the design of electrical machines, and can be used in special electric drives as low-speed electric motors. The flat design of the electric motor with a large-diameter bearing and a hole inside the stator is suitable for drives of special devices for space purposes, in particular, directional antenna-feeder systems.

Известен вентильный реактивный электродвигатель (Беспалов В.Я., Котеленец Н.Ф. Электрические машины: учебное пособие для студ. высших учеб. заведений - М.: Издательский центр «Академия», 2010 - с 229-232), состоящий из зубчатого статора, в пазах которого расположена многофазная обмотка, зубчатого ротора, вращающегося в подшипниках. Для обеспечения коммутации фаз обмотки статора с целью максимизации вращающего момента электродвигатель снабжен датчиком углового положения ротора.Known valve jet motor (Bespalov V.Ya., Kotelenets NF Electric machines: a manual for students. Higher educational institutions - M .: Publishing center "Academy", 2010 - from 229-232), consisting of a gear stator in the grooves of which there is a multiphase winding of a gear rotor rotating in bearings. To ensure switching phases of the stator winding in order to maximize torque, the electric motor is equipped with a rotor angular position sensor.

Недостатком аналога Вентильный реактивный электродвигатель является то, что оптимальные соотношения числа зубцов статора и полюсов ротора, не выбраны.The disadvantage of the analog valve jet motor is that the optimal ratio of the number of teeth of the stator and the poles of the rotor are not selected.

Известен электромеханический преобразователь (Патент на изобретение РФ 2441308, автор Захаренко А.Б., МПК H02K 19/10) содержащий, по меньшей мере, одну статорно-роторную пару, в которой статор состоит из сердечников из материала с высокой магнитной проницаемостью, торцами прикрепленных к опорному статорному кольцу и ориентированных параллельно основному магнитному потоку, и между которыми расположены проводники многофазной обмотки, ротор выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного и внутреннего индукторов - магнитопроводов из материала с высокой магнитной проницаемостью в форме полых цилиндров, закрепленных с возможностью вращения относительно статора, несущих расположенные по окружностям полюса с чередующейся полярностью, обращенные через рабочие зазоры к статору и охватывающие его, при этом полярность полюсов, расположенных на внутреннем и наружном индукторах друг напротив друга, согласная, отличающийся тем, что число пар полюсов p, число сердечников статора Z связаны соотношениями:A known electromechanical converter (Patent for the invention of the Russian Federation 2441308, author Zakharenko AB, IPC H02K 19/10) containing at least one stator-rotor pair, in which the stator consists of cores of a material with high magnetic permeability, ends attached to the supporting stator ring and oriented parallel to the main magnetic flux, and between which the conductors of the multiphase winding are located, the rotor is made in the form of two coaxially located external and internal inductors - magnetic circuits made of mat Series with high magnetic permeability in the form of hollow cylinders, rotatably mounted relative to the stator, bearing alternating poles located around the circumference of the pole, facing the stator through working gaps and covering it, while the polarity of the poles located on the inner and outer inductors opposite each other , consonant, characterized in that the number of pole pairs p, the number of stator cores Z are related by the relations:

- для двухфазной обмотки (m=2):- for a two-phase winding (m = 2):

для Z=y·m·k p=(y-1)·k, (y+1)·k, где y - четное число, y≥4;for Z = y · m · k p = (y-1) · k, (y + 1) · k, where y is an even number, y≥4;

k - целое положительное число;k is a positive integer;

- для трехфазной обмотки (m=3) для Z=y·m·k:- for a three-phase winding (m = 3) for Z = y · m · k:

p=y·k, (y+1)·k,p = yk, (y + 1) k, где y=1;where y = 1; p=(y+1)·k, (y+2)·k,p = (y + 1) · k, (y + 2) · k, где y=3, 4;where y = 3,4; p=(y+2)·k, (y+3)·k,p = (y + 2) · k, (y + 3) · k, где y=5;where y = 5; p=(y+3)·k, (y+4)·k,p = (y + 3) · k, (y + 4) · k, где y=7, 8 *;where y = 7, 8 *; p=(y+4)·k, (y+5)·k,p = (y + 4) · k, (y + 5) · k, где y=9;where y = 9; p=(y+5)·k, (y+6)·k,p = (y + 5) k, (y + 6) k, где y=11,where y = 11

при этом y, k - целые положительные числа.moreover, y, k are positive integers.

Недостатком прототипа Электромеханический преобразователь является консольное крепление индукторов ротора, которое вследствие наличия силы магнитного притяжения между статором и ротором не позволяет увеличить диаметр машины. А увеличение диаметра благотворно сказалось бы на увеличении электромагнитной мощности. Кроме того, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой, наилучшим для m=3, Z=24, y=8, k=1 являются варианты с 2p=22, и 2p=24. Совпадение Z и 2p недопустимо из-за получения нежелательно устойчивого положения сердечников статора напротив магнитов ротора. Таким образом, соотношение, отмеченное «*» не является верным, его следует уточнить.The disadvantage of the prototype Electromechanical converter is a cantilever mounting of the rotor inductors, which, due to the presence of magnetic force between the stator and the rotor, does not allow to increase the diameter of the machine. An increase in diameter would have a beneficial effect on the increase in electromagnetic power. In addition, based on the choice of the MDS with the maximum amplitude as the main harmonic, the best options for m = 3, Z = 24, y = 8, k = 1 are the options with 2p = 22, and 2p = 24. The coincidence of Z and 2p is unacceptable due to the undesirably stable position of the stator cores opposite the rotor magnets. Thus, the ratio marked with "*" is not true, it should be clarified.

Следует отметить, что сердечники, прикрепленные к ярму (или выполненные с ним как единое целое, как в настоящей полезной модели) и между которыми расположены проводники многофазной обмотки обычно называют зубцами [Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины в 2х томах. Учебник для вузов. - М.: Издательство МЭИ, 2004.]. Понятие «сердечник» в настоящей полезной модели включает в себя ярмо с зубцами, как в вышеупомянутом учебнике.It should be noted that the cores attached to the yoke (or made with it as a whole, as in the present utility model) and between which the multiphase winding conductors are located, are usually called teeth [Ivanov-Smolensky A.V. Electric cars in 2 volumes. Textbook for high schools. - M.: Publishing House MPEI, 2004.]. The term “core” in this utility model includes a yoke with teeth, as in the aforementioned textbook.

Целью настоящей полезной модели является уточнение оптимальных соотношений между числом Z зубцов статора и числом 2p полюсов ротора для синхронного реактивного электродвигателя.The purpose of this utility model is to clarify the optimal ratios between the number Z of stator teeth and the number 2p of rotor poles for a synchronous jet motor.

Техническим результатом настоящей полезной модели является максимизация электромагнитного момента и электромагнитной мощности низкооборотного синхронного реактивного электродвигателя за счет выбора числа полюсов ротора упомянутого электродвигателя, правильно согласованного с числом периодов гармоники МДС с максимальной среди высших гармоник амплитудой, т.е. с числом зубцов статора.The technical result of this utility model is to maximize the electromagnetic moment and electromagnetic power of a low-speed synchronous jet electric motor by selecting the number of rotor poles of the mentioned electric motor, which is correctly matched with the number of periods of the MDS harmonic with the maximum amplitude among the highest harmonics, i.e. with the number of stator teeth.

Для достижения технического результата необходимо выполнение следующих соотношений между числом пар полюсов ротора p и числом зубцов статора Z для трехфазной обмотки (m=3):To achieve a technical result, it is necessary to fulfill the following relations between the number of pairs of rotor poles p and the number of stator teeth Z for a three-phase winding (m = 3):

p=y·k, (y+1)·k,p = yk, (y + 1) k, где y=1;where y = 1; p=(y+1)·k, (y+2)·k,p = (y + 1) · k, (y + 2) · k, где y=3, 4;where y = 3,4; p=(y+2)·k, (y+3)·k,p = (y + 2) · k, (y + 3) · k, где y=5;where y = 5; p=(y+3)·k, (y+4)·k,p = (y + 3) · k, (y + 4) · k, где y=7,where y = 7, p=(y+3)·k, (y+5)·k,p = (y + 3) · k, (y + 5) · k, где y=8;where y = 8; p=(y+4)·k, (y+5)·k,p = (y + 4) · k, (y + 5) · k, где y=9;where y = 9; p=(y+5)·k, (y+6)·k,p = (y + 5) k, (y + 6) k, где y=11.where y = 11.

при этом Z=y·m·k, а также y, k - целые положительные числа.moreover, Z = y · m · k, and also y, k are positive integers.

Например, исходя из выбора в качестве основной гармоники МДС с максимальной амплитудой, для m=3, Z=24, y=8, k=1, необходимы следующие оптимальные соотношения p=(y+3)·k, (y+5)·k, то есть 2p=22, и 2p=26.For example, based on the choice of the MDS with the maximum amplitude as the main harmonic, for m = 3, Z = 24, y = 8, k = 1, the following optimal ratios p = (y + 3) · k, (y + 5) are required K, i.e., 2p = 22, and 2p = 26.

Настоящая полезная модель поясняется фигурами чертежей:The present utility model is illustrated by the figures of the drawings:

Фиг.1. Конструкция синхронного реактивного электродвигателя.Figure 1. The design of a synchronous jet motor.

Фиг.2. Конструкция активной части трехфазного синхронного реактивного электродвигателя.Figure 2. The design of the active part of a three-phase synchronous jet motor.

Фиг.3. Конструкция активной части двухфазного синхронного реактивного электродвигателя (четверть поперечного сечения).Figure 3. The design of the active part of a two-phase synchronous jet motor (a quarter of the cross section).

Конструкция синхронного реактивного электродвигателяSynchronous Jet Motor Design

Сердечник 1 статора (якоря) прикреплен к корпусу 2. Сердечник 1 выполнен из магнитомягкого материала. Сердечник 1 статора шихтован из электротехнической стали, корпус 2 статора выполнен из немагнитного материала. На зубцах 3 статора размещена m-фазная катушечная обмотка 4. На фигуре 2 показана трехфазная обмотка (m=3), буквами А, В, С обозначены начала соответствующих фаз. Катушечная обмотка 4 также может иметь другое число фаз, например, m=2. Катушки обмотки 4 статора наматываются из обмоточного провода, например, медного эмаль-провода. Катушки обмотки 4 статора последовательно соединяются в катушечные группы (на фигуре 2 в катушечной группе каждой фазы по 3 катушки). Для увеличения надежности катушечная группа, либо фаза в целом, может наматываться непрерывным проводом. Следует отметить, что при k≥1 катушечные группы между собой могут соединяться последовательно или параллельно. Кроме того, катушечные группы могут образовывать параллельные ветви (соединяться последовательно-параллельно) по нескольку последовательно соединенных катушечных групп в случае, если k=4, 6, 8, 10 … - четное число больше двух. Трехфазная обмотка 4 статора (m=3) может быть соединена в звезду (как показано на фиг.2), а также в треугольник. На немагнитном основании 5 закрепляется сердечник ротора 6. Ротор вращается относительно статора благодаря подшипнику 7. Подшипник 7 может быть выполнен в виде подшипника качения, например, шарикового.The core 1 of the stator (anchor) is attached to the housing 2. The core 1 is made of soft magnetic material. The stator core 1 is lined from electrical steel, the stator housing 2 is made of non-magnetic material. On the teeth 3 of the stator there is an m-phase coil winding 4. The figure 2 shows a three-phase winding (m = 3), the letters A, B, C indicate the beginning of the corresponding phases. Coil winding 4 may also have a different number of phases, for example, m = 2. The stator winding coils 4 are wound from a winding wire, for example, copper enamel wire. The stator winding coils 4 are connected in series into coil groups (in figure 2, in the coil group of each phase there are 3 coils). To increase reliability, the coil group, or the phase as a whole, can be wound with a continuous wire. It should be noted that at k≥1 the coil groups can be connected to each other in series or in parallel. In addition, the coil groups can form parallel branches (connected in series-parallel) for several series-connected coil groups in case k = 4, 6, 8, 10 ... - an even number is more than two. The three-phase stator winding 4 (m = 3) can be connected in a star (as shown in figure 2), as well as in a triangle. On the non-magnetic base 5 the rotor core 6 is fixed. The rotor rotates relative to the stator due to the bearing 7. The bearing 7 can be made in the form of a rolling bearing, for example, a ball bearing.

Принцип действия синхронного реактивного электродвигателяThe principle of operation of a synchronous jet motor

На зажимы каждой фазы катушечной обмотки 4 статора синхронного реактивного электродвигателя подается переменное напряжение, по обмотке 4 протекает ток, вызывая вращающуюся МДС и магнитный поток статора. Магнитный поток каждой катушки обмотки 4 статора (якоря) проходит через воздушные зазоры между статором и ротором, зубцы 3 и ярмо сердечника 1 статора и замыкается по сердечнику 6 ротора. Обычно две гармоники МДС статора имеют наибольшую амплитуду. Ротор выполнен с числом полюсов (выступов), равным числу периодов одной из этих гармоник. При протекании электрического тока в обмотке 4 статора происходит силовое взаимодействие магнитного потока обмотки 4 с явнополюсным ротором за счет разности магнитной проводимости между зубцом статора и полюсом (выступом) ротора, а также между зубцом статора и междуполюсным промежутком ротора. Перемещаясь, волна МДС статора создает вращающий момент, действующий на статор и ротор. Ротор вращается, поскольку статор закреплен. При вращении ротора синхронный реактивный электродвигатель будет отдавать механическую мощность в нагрузку.At the terminals of each phase of the coil winding 4 of the stator of the synchronous jet motor, an alternating voltage is applied, current flows through the winding 4, causing a rotating MDS and a magnetic flux of the stator. The magnetic flux of each coil of the stator winding 4 (anchors) passes through the air gaps between the stator and the rotor, teeth 3 and the yoke of the stator core 1 and closes along the rotor core 6. Typically, the two harmonics of the MDS stator have the largest amplitude. The rotor is made with the number of poles (protrusions) equal to the number of periods of one of these harmonics. When an electric current flows in the stator winding 4, the magnetic flux of the winding 4 interacts forcefully with the explicit pole rotor due to the difference in the magnetic conductivity between the stator tooth and the rotor pole (protrusion), as well as between the stator tooth and the interpolar gap of the rotor. Moving, the MDS stator wave creates a torque acting on the stator and rotor. The rotor rotates because the stator is fixed. When the rotor rotates, the synchronous jet motor will give mechanical power to the load.

Питание обмотки 4 статора осуществляется от сети переменного тока, либо от инвертора. В случае питания от инвертора для наиболее эффективной работы синхронного реактивного электродвигателя вводится обратная связь по положению ротора. Положение ротора определяется по показаниям датчика углового положения ротора. В качестве датчика углового положения ротора может использоваться синусно-косинусный вращающийся трансформатор.The stator winding 4 is powered by an alternating current main or from an inverter. In the case of power from the inverter, for the most efficient operation of the synchronous jet electric motor, feedback on the position of the rotor is introduced. The rotor position is determined by the readings of the rotor angular position sensor. As a sensor of the angular position of the rotor, a sine-cosine rotating transformer can be used.

Claims

1. The design of a synchronous jet motor consisting of a gear stator, in the grooves of which there is a three-phase winding (m = 3) of a gear rotor rotating in bearings, characterized in that the number of pairs of rotor poles p, the number of stator teeth Z are related by the relations:

p = yk, (y + 1) k, where y = 1; p = (y + 1) · k, (y + 2) · k, where y = 3,4; p = (y + 2) · k, (y + 3) · k, where y = 5; p = (y + 3) · k, (y + 4) · k, where y = 7; p = (y + 3) · k, (y + 5) · k, where y = 8; p = (y + 4) · k, (y + 5) · k, where y = 9; p = (y + 5) k, (y + 6) k, where y = 11

moreover, Z = y · m · k, and also y, k are positive integers.

2. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that k≥1.

3. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that for even k, the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in parallel.

4. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in series.

5. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that for even k≥2, the coil groups of the same phase of the stator winding are connected in series-parallel.

6. The design of the synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is connected to a star.

7. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is connected in a triangle.

8. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is powered by an alternating current network.

9. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in that the stator winding is powered by a controlled inverter.

10. The design of a synchronous jet motor according to claim 1, characterized in the presence of a rotor angular position sensor.

11. The design of a synchronous jet electric motor according to claim 10, characterized in that a sine-cosine rotary transformer is used as a sensor for the angular position of the rotor.