RU2123754C1

RU2123754C1 - Inductor electric machine

Info

Publication number: RU2123754C1
Application number: RU94027494A
Authority: RU
Inventors: В.В. Жуловян; О.И. Новокрещенов; Г.А. Шаншуров
Original assignee: Новосибирский государственный технический университет
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1998-12-20
Also published as: RU94027494A

Abstract

FIELD: electric machine engineering. SUBSTANCE: inductor electric machine has toothed stator with number z_p of poles and m-phase bobbin winding, inert ferromagnetic rotor and converter. Semi-phases of m-phase winding are put on poles of stator. In correspondence with invention machine is inserted with two semiconductor elements connected in aiding with formation of midpoint between them and two unlike poles. Converter includes excitation circuit supply module and armature circuit supply module. Ends of each semi-phase of m- phase winding of stator are connected to unlike poles of semiconductor elements, starts of semi-phases and midpoint between semiconductor elements are connected to armature circuit supply module and unlike poles of semiconductor elements are linked to excitation circuit supply module with provision for flow of excitation current in semi-phases of m-phase winding of stator and of summary current of semi-phases of armature through midpoint. EFFECT: enhanced efficiency of employment of space of inductor electric machine during operation both with constant and variable rotational speed. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, а именно к индукторным электрическим машинам с зубчатым статором и зубчатым ротором. The invention relates to the field of electrical engineering, namely to induction electric machines with a gear stator and a gear rotor.

Известны индукторные электрические машины, работающие на принципе электромагнитной редукции и содержащие статор с явновыраженными полюсами, на которых выполнены радиальные зубцы, зубчатый ротор. На статоре установлена обмотка возбуждения, охватывающая каждый полюсный наконечник статора, формируя магнитный поток возбуждения, и многофазная обмотка переменного тока (патент США N 4075521, кл. H 02 K 3/00, опубл. 1976). Known induction electric machines operating on the principle of electromagnetic reduction and containing a stator with distinct poles, which are made of radial teeth, a gear rotor. An excitation coil is installed on the stator, covering each pole tip of the stator, forming a magnetic field flux, and a multiphase AC winding (US Pat. No. 4,075,521, class H 02 K 3/00, publ. 1976).

У проведенного аналога две системы обмоток, якорная и возбуждения, размещенные в одних и тех же пазах, что снижает использование электрической машины. The analogue carried out has two winding systems, the armature and the excitation, located in the same grooves, which reduces the use of an electric machine.

Наиболее близкая к предлагаемому, являющаяся прототипом, индукторная электрическая машина, которая состоит из зубчатого статора с явновыраженными полюсами и безобмоточного ротора с радиальными зубцами. Катушечная m-фазная обмотка, содержащая полуфазы и выполненная из катушек, размещенных на полюсах статора, представляет собой совмещенную обмотку возбуждения и якоря. Обмотка статора подключена к преобразователю /патент России N 2009599, кл. H 02 K 19/24, H 02 K 19/06, опубл. 1994/. Closest to the proposed, which is a prototype, an induction electric machine, which consists of a gear stator with clearly defined poles and a windingless rotor with radial teeth. Coil m-phase winding containing half-phases and made of coils placed at the poles of the stator, is a combined field winding and armature. The stator winding is connected to the converter / patent of Russia N 2009599, class. H 02 K 19/24, H 02 K 19/06, publ. 1994 /.

Питание совмещенной обмотки от преобразователя пульсирующим переменным током определяет строгую зависимость между постоянной составляющей тока и первой, основной гармоникой тока, что ограничивает использование объема электрической машины. The power supply of the combined winding from the converter by pulsating alternating current determines a strict relationship between the DC component of the current and the first, main harmonic of the current, which limits the use of the volume of the electric machine.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание индукторной электрической машины с улучшенным использованием объема. The analysis of the prior art indicates that the object of the invention is the creation of an inductor electric machine with improved use of volume.

Это достигается тем, что явнополюсный с числом полюсов Z₀ зубчатый статор с m-фазной катушечной обмоткой, содержащей полуфазы, катушки которых размещены на полюсах статора, безобмоточный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, содержит индукторная электрическая машина, в которую введен полупроводниковый делитель, включающий в себя два полупроводниковых элемента, включенных согласно, среднюю точку между ними и два разноименных полюса, при этом преобразователь содержит модуль питания цепи возбуждения и модуль питания якорной цепи, к которому подключены начала полуфаз m-фазной катушечной обмотки, а концы каждой полуфазы, принадлежащей одной фазе, соединены с разноименными полюсами полупроводникового делителя, при этом средняя точка полупроводникового делителя также включена на модуль питания якорной цепи, разноименные полюса полупроводникового делителя подключены к модулю питания цепи возбуждения.This is achieved in that the salient-pole to the number of poles Z ₀ toothed stator with m-phase coil winding comprising a semi-phase, coils are arranged on the stator poles, bezobmotochny toothed rotor and a converter that is connected to the stator winding comprises inductor electric machine, which introduced a semiconductor divider, including two semiconductor elements connected according to the midpoint between them and two opposite poles, while the Converter contains a power module of the excitation circuit and m the anchor circuit power supply, to which the beginning of the half-phases of the m-phase coil winding are connected, and the ends of each half-phase belonging to one phase are connected to the opposite poles of the semiconductor divider, while the midpoint of the semiconductor divider is also connected to the anchor circuit power module, the opposite poles of the semiconductor divider connected to the power module of the excitation circuit.

На фиг. 1 изображена индукторная электрическая машина например двухфазное исполнение машины; на фиг. 2 - индукторная электрическая машина - трехфазное исполнение машины; на фиг. 3 приведена конструктивная схема электрической машины; на фиг. 4 показаны электромеханические характеристики электрической машины в двигательном режиме. In FIG. 1 shows an induction electric machine, for example, a two-phase design of a machine; in FIG. 2 - induction electric machine - three-phase execution of the machine; in FIG. 3 shows a structural diagram of an electric machine; in FIG. 4 shows the electromechanical characteristics of an electric machine in motor mode.

Индукторная электрическая машина содержит катушечную обмотку 1, состоящую из полуфаз 2 и 3, 4 и 5 /фиг. 1/, образующих однофазно-двухфазную отмотку, и из полуфаз 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, образующих однофазно-трехфазную обмотку /фиг. 2/. Обмотка 1 подключена к источнику питания - преобразователю 12. The inductor electric machine comprises a coil winding 1 consisting of half phases 2 and 3, 4 and 5 / Fig. 1 /, forming a single-phase-two-phase winding, and from half-phases 6 and 7, 8 and 9, 10 and 11, forming a single-phase-three-phase winding / Fig. 2 /. Winding 1 is connected to a power source - converter 12.

Преобразователь 12 содержит два модуля: модуль питания якорной цепи 13 и модель питания цепи возбуждения 14. The Converter 12 contains two modules: the power supply module of the anchor circuit 13 and the power model of the excitation circuit 14.

Начала полуфаз 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки и начала полуфаз 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки подключены к модулю питания 13 якорной цепи преобразователя 12. Концы каждой полуфазы 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки, принадлежащие одной фазе 2-3, 4-5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки, 6-7, 8-9, 10-11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки соединены с разноименными полюсами 15 и 16 полупроводникового делителя 17. Полупроводниковый делитель 17 содержит два полупроводниковых элемента 18 и 19 /фиг.1 и 2/, которые включены согласно, и среднюю точку 20 между ними. Средняя точка 20 полупроводникового делителя 17 подключена к модулю питания якорной цепи 13 преобразователя 12. The beginning of the half phases 2, 3, 4, 5 / Fig. 1 / two-phase winding and the beginning of the half-phases 6, 7, 8, 9, 10, 11 / Fig. 2 / three-phase windings are connected to the power module 13 of the anchor circuit of the converter 12. The ends of each half phase 2, 3, 4, 5 / Fig. 1 / two-phase winding and 6, 7, 8, 9, 10, 11 / Fig. 2 / three-phase windings belonging to a single phase 2-3, 4-5 / Fig. 1 / two-phase winding, 6-7, 8-9, 10-11 / Fig. 2 / three-phase windings are connected to the opposite poles 15 and 16 of the semiconductor divider 17. The semiconductor divider 17 contains two semiconductor elements 18 and 19/1 and 2 /, which are included according to, and a midpoint 20 between them. The midpoint 20 of the semiconductor divider 17 is connected to the power module of the anchor circuit 13 of the Converter 12.

Разноименные полюса 15 и 16 полупроводникового делителя 17 подключены к модулю питания цепи возбуждения 14 преобразователя 12. Unlike poles 15 and 16 of the semiconductor divider 17 are connected to the power module of the excitation circuit 14 of the Converter 12.

Катушки 21 обмотки 1 /фиг. 3/ расположены на явновыраженных полюсах 22 статора 23 индукторной электрической машины. В общем случае на внутренней поверхности полюсов 22 выполнены радиальные зубцы /на фиг. 3 не изображены/. Ротор 24 выполнен зубчатым безобмоточным. Coils 21 of the winding 1 / Fig. 3 / are located on the explicit poles 22 of the stator 23 of the induction electric machine. In the general case, radial teeth are made on the inner surface of the poles 22 / in FIG. 3 not shown. The rotor 24 is made toothed gearless.

Индукторная электрическая машина работает следующим образом. Модуль питания якорной цепи 13 преобразователя 12 /фиг. 1 и 2/ обеспечивает протекание в полуфазах 2, 3, 4, 5 /фиг.1/ двухфазной обмотки и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки тока ≈ I, содержащего основную рабочую гармонику тока переменной частоты, f₀, определяющей частоту вращения n_c индукторной электрической машины в двигательном режиме
n_c=f₀/Z₂,
где
Z₂ - число зубцов ротора 24 /фиг. 3/. В генераторном режиме наоборот - частота тока f₀ определяется частотой вращения n_с
f₀=Z₂•n_c
Модуль питания цепи возбуждения 14 преобразователя 12 обеспечивает протекание в полуфазах 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки тока подвозбуждения - I.Induction electric machine operates as follows. The power supply module of the anchor circuit 13 of the Converter 12 / Fig. 1 and 2 / ensures the flow in the half phases 2, 3, 4, 5 / Fig. 1/ of the two-phase winding and 6, 7, 8, 9, 10, 11 / Fig. 2 / three-phase current winding ≈ I, containing the main working harmonic of a variable frequency current, f ₀ , which determines the speed n _{c of the} induction electric machine in the motor mode
n _c = f ₀ / Z ₂ ,
Where
Z ₂ - the number of teeth of the rotor 24 / Fig. 3 /. In the generator mode, on the contrary, the current frequency f ₀ is determined by the rotation speed n _s
f ₀ = Z ₂ • n _c
The power supply module of the excitation circuit 14 of the Converter 12 provides a flow in half phases 2, 3, 4, 5 / Fig. 1 / two-phase winding and 6, 7, 8, 9, 10, 11 / Fig. 2 / three-phase winding current excitation - I.

Полупроводниковый делитель 17, обеспечивает протекание суммарного тока якоря ≈ I полуфаз 2, 3, 4, 5 /фиг.1/ и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ через среднюю точку 20 и возможность подключения к полюсам 15, 16 источника питания 14, обеспечивающего регулируемое напряжение - U и регулируемый ток возбуждения - I. The semiconductor divider 17, ensures the flow of the total armature current ≈ I of the half phases 2, 3, 4, 5 / Fig. 1/ and 6, 7, 8, 9, 10, 11 / Fig. 2 / through the midpoint 20 and the ability to connect to the poles 15, 16 of the power supply 14, providing an adjustable voltage - U and an adjustable excitation current - I.

Возможность изменения тока возбуждения - I в полуфазах 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ совмещенной обмотки 1 позволяет реализовать дополнительный канал регулирования индукторной электрической машины /помимо цепи якоря/, обеспечивая изменение как перегрузочной способности машины М_mm, так и потребляемой реактивной мощности -cosφ /фиг. 4/.The possibility of changing the excitation current - I in the half phases 2, 3, 4, 5 / Fig. 1 / and 6, 7, 8, 9, 10, 11 / Fig. 2 / combined winding 1 allows you to implement an additional control channel of the induction electric machine / in addition to the armature circuit /, providing a change in both the overload capacity of the machine M _mm and the consumed reactive power -cosφ / Fig. 4/.

Благодаря возможности регулирования перегрузочной способности и потребляемой реактивной мощности представляется возможным повысить использование объема электрической машины в двигательном режиме при работе как с постоянной, так и переменной частотой вращения. Due to the ability to control overload capacity and consumed reactive power, it seems possible to increase the use of the volume of an electric machine in the motor mode when working with both constant and variable speed.

Кроме того, расширяются функциональные возможности индукторной электрической машины, работающей в режимах генераторном, тормозном и в качестве электромагнитных муфт с электромагнитной редукцией. In addition, the functionality of the induction electric machine is expanded, operating in the generator, brake and as electromagnetic couplings with electromagnetic reduction.

Claims

Inductive electric machine containing a jagged stator with a number of poles z _{0 of a} gear stator with an m-phase coil winding containing half phases, coils of which are placed on the poles of the stator, a winding-free ferromagnetic gear rotor and a converter to which a stator winding is connected, characterized in that two connected according to the semiconductor element with the formation of a midpoint between them and two opposite poles, and the Converter contains a power module of the excitation circuit and the power module of the anchor chain the ends of each half-phase belonging to one phase of the m-phase stator winding are connected to the opposite poles of the stator windings connected according to the semiconductor elements, the beginning of the phases of the m-phase stator winding and the midpoint between the semiconductor elements are connected to the armature power supply module, and the opposite poles semiconductor elements - to the power module of the excitation circuit with the flow of the excitation current in the m-phase stator winding of the stator in half phases, and through the midpoint between the half conductor elements - total current of the armature half-phase.