RU1794271C - Электрическа машина - Google Patents

Abstract

Использование: электрические машины дл  электроприводов повышенной надежности , генераторы переменного тока, преобразователи рода тока. Сущность изобретени : электрическа  машина содержит два коаксиально размещенных статора с обмотками , полый цилиндрический ротор с обмоткой возбуждени , размещенный между статорами, и унипол рный возбудитель, причем ротор электрической машины выполнен как единое целое с ротором возбудител  и установлен на магнитных опорах вращени , 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к электромашиностроению , в частности к двух корным электрическим машинам переменного или. посто нно-переменного токов, примен емых в качестве электропривода повышенной надежности, а тйкже могут быть использованы в качестве генераторов переменного тока или преобразователей рода тока.

Известны двух корные электрические машины переменно-посто нного тока, используемые о качестве электрогенераторов, например генератор синхронный трехфазного тока типа МСК-2 5500-1500, по ТУ 16- 512.448-78, кл. Н 02 К 19/38, 19/36, 16/04, прин тый за прототип. В прототипе подлине корпуса статора установлены два независимых магнитопровода с обмотками  корей переменного тока. На едином валу ротора установлены два независимых индуктора с обмотками возбуждени  посто нного тока. Ротор установлен на подшипниках скольжени .

. Основные недостатки прототипа следующие: большие масса и габариты, повышенные потери из-за наличи  двух индукторов с двум  обмотками возбуждени .

Цель изобретени  - уменьшение массо- габаритов, расширение функционального назначени .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в отличие от прототипа электрическа  машина выполнена с  кор ми переменного тока, размещенными на внешнем и внутреннем коаксиально установленных статорах, с совмещенным индуктором, выполненным в виде провод щего полого цилиндра, разделенного с одного торца вдоль образующей на длине активных частей  корей на изолированные части с числом, равный числу полюсов  корей, жестко механически сочлененные с ферромагнитным кольцом, снабженным кольцевой герметичной камерой с размещенным в ней другим ферромагнитным кольцом, установленным с возможностью свободного вращени , с пазами, заполненными немагнитным провод щим материалом, замкнутым по торцам короткозамыкающи- ми кольцами, снабженными жидкометалли- ческими контактами, соединенными с соответствующими част ми провод щего полого цилиндра, пазы обращены к цилиндрической поверхности ферромагнитного диска , снабженного пазами с числом, равным

Ё

VI

Ч

-U

го VI

00

числу пазов другого ферромагнитного кольца , и кольцевой унипол рной обмоткой возбуждени  и размещенного на торце одного из статоров; кроме того, провод щий полый цилиндр выполнен из ферромагнитного материала с высокопровод щими немагнитными стержн ми, замкнутыми с торца короткозамыкающим кольцом; кроме того, подшипниковые опоры выполнены электромагнитными , на торцах провод а1его полого цилиндра установлены ферромагнитные кольца, разделенные в радиальном направлении немагнитными вставками, снабженные на внешней и внутренней цилиндрических поверхност х кольцевым рифлением, размещенные внутриЗ-образного магнитопровода, снабженного основной и дополнительной унипол рными обмотками возбуждени  и кольцевым рифлением на ответных ферромагнитному кольцу поверхност х; кроме того, установлены страховочные опоры в виде подшипников качени , снабженных корытообразными кольцами , заполненными смазочным материалом, и размещенных на ос х, параллельных оси вращени  торцов провод щего полого цилиндра , вблизи его цилиндрической поверхности; кроме того, кольцевые рифлени  3-образного магнитопровода заполнены немагнитным ан- тифрикционным материалом; кроме того, од- на из обмоток  корей переменного тока снабжена полупроводниковым коммутато- ром вентильной машины.

Отличительные признаки изобретени :  кор  переменного тока размещены на внешнем л внутреннем коаксиально установленных статорах, индукторы совмещены и выполнены в виде полого провод щего цилиндра, разделенного с одного торца вдоль цилиндра, на длине активных частей  корей на изолированные части с числом, равным числу полюсов  корей, жестко механически и электрически соединенные с  корем унипол рного возбудител ;  корь унипол рного возбудител  размещен в герметичной кольцевой камере,выполненной в ферромагнитном кольце, установленном на индукторе; провод щий полый цилиндр выполнен из ферромагнитного материала, заполненного продольными высокопроизвод щими стержн ми; подшипниковые опоры выполнены электромагнитными; страховочные опоры выполнены на подшипниках качени  с корытообразными кольцами, заполненными смазкой , и размещены на ос х, параллельных оси вращени  полого цилиндра; одна из обмоток  корей снабжена полупроводниковым коммутатором вентильной машины.

На фиг. 1 изображена конструктивна  схема электрической машины; на фиг,2 сечение А-А на фиг. 1 (индуктор синхронной машины); на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1 (унипол рный возбудитель); на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1 (магнитна  опора). Электрическа  машина содержит внешний магнитопровод 1 с обмоткой  кор  2 и выходными клеммами 3, внутренний магнитопровод 4 с обмоткой 5 и выходными клеммами 6 или полупроводниковым коммутатором 7

0

с выходными клеммами посто нного тока,

индуктор 8 с унипол рным возбудителем 9, магнитными опорами ,10, страховочными опорами 11, валом 12.

Индуктор (ротор) 8 синхронной машины

5 выполнен в виде ферромагнитного цилиндра 13 с немагнитными высокопровод щими (медными) стержн ми-14 и разделен вдоль образующей изол цией 15 на части с числом , равным числу полюсов, замкнутые с

0 торца короткозамыкающим кольцом 16. Индуктор 8 может быть также выполнен из полого провод щего немагнитного цилиндра , из алюминиевой поковки. При этом цилиндр 8 разрезаетс  только с торца

5 унипол рного возбудител  9 на длине до конца внешнего 1 и внутреннего 4 магнито- проводов (на длине активных частей  корей ). Короткозамыкающее кольцо 16 отсутствует, его функцию выполн ет нераз0 резанна  часть полого цилиндра 8.

Унипол рный возбудитель 9 состоит из дополнительного ферромагнитного кольца 17, жестко механически закрепленного на индукторе 8 с герметичной кольцевой каме5 рой 18с размещенным в ней другим ферромагнитным кольцом 19, установленным с возможностью свободного вращени , с пазами 20, заполненными немагнитным высокопровод щим материалом (медью) 21,

0 замкнутыми по торцам короткозамыкающи- ми кольцами 22, снабженными жидкометал- лическими контактами, соединенными с соответствующими пол рност ми с высокопровод щими стержн ми 14 индуктора 8.

5 Пазы 20 обращены к цилиндрической поверхности ферромагнитного диска 23, снабженного пазами 24 с числом, равным числу пазов другого ферромагнитного кольца 19, и унипол рной обмоткой воз0 буждени  25.

Магнитные опоры 10 выполнены электромагнитными . На торцах высокопровод щего цилиндра 8 установлены ферромагнитные 5 кольца 26, снабженные на внешней и внут-: ренней цилиндрических поверхност х кольцевым рифлением (выступами и впадинами), размещенные внутри 3-образного магнитопровода 27, снабженного основной 28 и дополнительной 29 унипол рными обмотками

возбуждени  и кольцевым рифлением на ответных ферромагнитному кольцу 26 поверхност м . Основна  28 и дополнительна  29 унипол рные обмотки возбуждени  установлены выше и ниже аксиальной оси сим- метрииЗ-образного магнитопровода 27. Ферромагнитные кольца 26 разделены в радиальном направлении немагнитными вставками 30. Страховочные опоры 11 выполнены о виде подшипников качени  и размещены на ос х, параллельных оси вращени  индуктора 8. Подшипники качени  снабжены корытообразными кольцами 31 и заполнены смазочным материалом.

Устройство работает следующим образом .

Работа в сети переменного тока, режим работы двигательный.

При подаче тока в унипол рную обмотку 28 возбуждени  магнитных опор 10 вЗ-об- разном магнитопроводе 27 возникает два магнитных потока. Первый магнитный поток проходит в радиальном направлении ферромагнитное кольцо 26 и замыкаетс  через его цилиндрические поверхности. Второй магнитный поток проходит в аксиальном направлении ферромагнитное кольцо 26 и замыкаетс  через его торцовую поверхность и торцовую поверхность 3-образного магнитопровода 27. При прохождении первого и второго магнитных потоков в воздушных зазорах цилиндрических поверхностей ферромагнитного кольца 26 возникают магнитные силы, которые стрем тс  совместить магнитные оси кольцевых выступов рифлений ферромагнитного кольца 26 и ответных сторон3-образного магнитопровода 27, тем самым создаетс  аксиальна  сила магнитной опоры. Кроме того, между цилиндрическими поверхност ми ферромагнитного кольца 26 иЗ-образного магнитопровода 27 возникают радиальные силы магнитного т - жени . Величина первого магнитного потока не зависит от радиального положени  ферромагнитного кольца 26 в магнитопроводе 27, поскольку результирующий магнитный зазор дл  этого магнитного потока определ етс  только суммой величин наружного и внутреннего воздушных зазоров ферромагнитного кольца 26. Это справедливо только в случае отсутстви  магнитного потока по окружности ферромагнитного кольца 26. Дл  этой цели ферромагнитное кольцо 26 разделено немагнитными вставками 30. При вышеизложенных услови х радиальные магнитные силы с внешней и внутренней поверхностей ферромагнитного кольца 16, создаваемые первым магнитным потоком , равны между собой, в св зи с чем одностороннее магнитное т жение от первого

й

магнитного потока отсутствует. Второй магнитный поток при неравномерных наружном и внутреннем воздушных зазорах создает одностороннюю силу магнитного

5 т жени , однако ее величина может достигать несущественных значений за счет выбранного соотношени  площадей цилиндрической поверхности ферромагнитного кольца 26 и его торцовой поверхности.

10 При прохождении второго магнитного потока в воздушном зазоре торца ферромагнитного кольца 26 и торца 3-образногб магнитопровода 27 возникают две составл ющие магнитной силы - радиальна  и ак

15 спальна . Радиальна  составл юща  этой силы стремитс  совместить магнитные оси торца ферромагнитного кольца 26 и ответной стороны Э-образного магнитопровода 27, тем самым создаетс  радиальна  (подь-.

20 емна ) сила магнитной опоры. Аксиальна  составл юща  этой силы  вл етс  силой одностороннего т жени  и должна составл ть лишь часть от аксиальной силы магнитной опоры. Это достигаетс  выбросом соотно25

шени  площадей цилиндрических поверхностей и торцовой площади ферромагнитного кольца 26.

При подаче тока в дополнительную обмотку 29 возбуждени  возникают два допол0 нительных магнитных потока. В зависимости от направлени  магнитного потока он может увеличивать первый основной магнитный поток в воздушном зазоре цилиндрических поверхностей ферромагнитного кольца 26,

5 одновременно ослабл   его торцовой магнитный поток, или наоборот. Это позвол ет регулировать соотношение аксиальной и радиальной сил магнитной опоры и снижать отрицательный эффект одностороннего маг0 нитного т жени  от второго магнитного потока . Тем самым достигаетс  регулирование величин радиальной и аксиальной«сил магнитных опор.

Увеличение тока в унипол рных обмот5 ках 28 и 29 возбуждени  происходит до тех пор, пока индуктор 8 не всплывет на магнитных опорах и наружный и внутренний воздушные зазоры ферромагнитного кольца 26 не достигнут требуемых значений. Затем

0 производитс  включение обмоток  корей 2 и 5 в сеть переменного тока. При этом индуктор 8 придет во вращение с частотой, близкой к синхронной частоте вращени  электромагнитного пол  в воздушном зазо5 ре электрической машины. При подаче возбуждени  в унипол рную обмотку 25 возбуждени  в унипол рном возбудителе 9 возникает унипол рный магнитный поток, основной путь замыкани  которого проходит по зубцам ферромагнитного диска 23,

зубцам ферромагнитного кольца 22, ферромагнитному кольцу 17. Между зубцами ферромагнитного диска 23 и ферромагнитного кольца 22 возникает магнитна  сила, удерживающа  ферромагнитное кольцо 22 неподвижным относительно ферромагнитного диска 23. Под действием унипол рного магнитного потока на короткозамыкающих кольцах 22, и их жидкометаллических контактах изведетс  унипол рна  ЭДС, Под действием этой ЭДС по замкнутой цепи, образованной индуктором 8 и унипол рным возбудителем 9, потечет посто нный ток и в индукторе 8 возбудитс  магнитный поток, при этом индуктор 8 вт нетс  в синхронизм с электромагнитным поле обмоток  корей 2 и 5 электрической машины. Получение заданного значени  тока возбуждени  индуктора 8 достигаетс  регулированием величины тока возбуждени  в унипол рной обмотке 25 возбуждени .

Работа в сети посто нно-переменного тфка.

При работе в сети посто нно-переменного тока обмотка  кор , например 5 снабжена коммутатором 7, Коммутатор 7 представл ет силовой инвертор, выполн емый на управл емых полупроводниковых приборах (тиристорах). Тиристоры управл ютс  отдатчика углового положени  индуктора 8 (ротора) (ДПР) относительно осей фаз посредством вспомогательных полупроводниковых формирователей-усилителей пр моугольных импульсов, преобразующих сигналы ДПР, При подведении посто нного напр жени  к выходным зажимам коммутатора 7 работа ДПР обеспечивает бесконтактное включение элементов коммутатора 7 в такой последовательности, чтобы в секци х обмотки  кор  5 ток имел неизменное направление в зоне данной магнитной пол рности . При этом частота вращени  индуктора 8 поддерживаетс  посто нной, соответствующей заданной частоте напр жени  в обмотке  кор  2, клеммы 3. Величина выходного напр жени  на клеммах.3 регулируетс  током возбуждени  в индукторе 8, а входного напр жени  - углом управлени  тиристором

коммутатора 7. Дл  обеспечени  надежной работы в аварийных ситуаци х электрическа  машина снабжаетс  страховочными опорами 11, которые могут устанавливатьс  и по торцам индуктора 8 на статоре электрической машины. Надежную смазку страхо- вочныхопор 11 можно обеспечить установкой

на наружной поверхности подшипников качени  корытообразных колец 31, надежно удерживающих смазку при вращении под-. .шипников. Оси вращени  страховочных опор параллельны оси вращени  индуктора

8 и должны находитьс  в непосредственной близости к цилиндрической поверхности индуктора 8. Число страховочных опор по

окружности индуктора 8 выбираетс  из конструктивных соображений .(не менее трех). Дл  повышени  надежности при ударах в аварийных режимах целесообразно канавки рифлений магнитных опор заполнить антифрикционным немагнитным материалом. . В зависимости от разработанной конструкции элетктрической машины обмотки  корей 2 и 5 могут включатьс  параллельно или последовательно,

. Преимущество предлагаемого изобретени  по сравнению с прототипом заключаетс  в уменьшении массогабаритов и расширении диапазона регулировани , так как  кори переменного тока размещены на

внешнем и внутреннем коаксиально установленных статорах, индукторы совмещены , выполнены в виде полого провод щего цилиндра и снабжены магнитными опорами , возбудитель выполнен унипол рным с

 корем, размещенным в герметичной полости ферромагнитного кольца, жестко закрепленного на совмещенном индукторе, одна из обмоток  корей снабжена управл емым полупроводниковым коммутатором.

Claims (3)

1. Формула изобретени  1. Электрическа  машина, содержаща  статор с двум   кор ми переменного тока, два индуктора с обмотками возбуждени , подшипниковые опоры, отличающа с  тем, что, с целью уменьшени  массогабаритов , расширени  функционального назначе- ни , она выполнена с  кор ми переменного тока, размещенными на внешнем и внутреннем коаксиально установленных статорах, с совмещенным индуктором, выполненным в виде провод щего полого цилиндра, разделенного с одного торца вдоль образующей на длине активных частей  корей на изолированные части с числом, равным числу полюсов  корей, жестко механически сочлененные с ферромагнитным кольцом, снабженным кольцевой герметичной камерой с размещенным в ней другим ферромагнитным кольцом, установленным с возможностью свободного вращени , с пазами, заполненными немагнитным провод щим материалом, замкнутым по торцам короткозамыкающими кольцами, снабженными жидкометзллическими контактами, соединенными с соответствующими част ми провод щего полого цилиндра , пазы обращены к цилиндрической поверхности ферромагнитного диска, снабженного пазами с числом, равным числу пазов другого ферромагнитного кольца, и кольцевой унипол рной обмоткой возбуждени  и размещенного на торце одного из статоров.

   2. Машина по п.1, отличающа с  тем, что провод щий полый цилиндр выполнен из ферромагнитного материала с высокопровод щими немагнитными стержн ми, замкнутыми с торца короткозмыкающим кольцом.
2. 3. Машина по п.1, о т л и ч а ю щ але  тем, что подшипниковые опоры выполнены, электромагнитными, на торцах провод щего полого цилиндра установлены ферромагнитные кольца, разделенные в радиальном направлении немагнитными вставками, снабженные на внешней и внутренней цилиндрических поверхност х кольцевым
3. 0

   5

   0

   рифлением, размещенные внутри 3-образ- ного магнитопровода, снабженного основной и дополнительной унипол рными обмотками возбуждени  и кольцевым рифлением на ответных ферромагнитному кольцу поверхност х.

   А. Машина гто п.1,-отличающа с  тем, что установлены страховочные опоры в виде подшипников качени , снабженных корытообразными кольцами, заполненными смазочным материалом, и размещенных на ос х, параллельных оси вращени  торцов , провод щего полого цилиндра, вблизи его цилиндрической поверхности.

   5. Машина по п.1,отличающа с  тем, что кольцевые рифлени  3-образного магнитопровода заполнены немагнитным антифрикционным материалом.

   6. Машина по п.1, отличающа с  тем, что одна из обмоток  корей переменного тока снабжена полупроводниковым коммутатором вентильной машины.

   tiZt76it