RU2141713C1

RU2141713C1 - Synchronous/asynchronous motor

Info

Publication number: RU2141713C1
Application number: RU97106862A
Authority: RU
Inventors: И.Г. Стрижков; В.В. Помазанов; В.Л. Стрижков
Original assignee: Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1997-04-24
Publication date: 1999-11-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; multiphase double-speed drives. SUBSTANCE: motor stator has multiphase pole-changing winding with numbers of pole pairs P₁:P₂; rotor winding is combination of high-speed three-phase winding with pole pair number P = P₁ and low-speed DC field winding with pole pair number P = P₂. Proposed double-speed motor runs at high speed as squirrel-phase induction motor and at low speed, as synchronous motor showing high stability in case of supply voltage fluctuations. EFFECT: high overload capacity of double-speed motor at low speed. 2 dwg

Description

Изобретение относится к многофазным электрическим машинам переменного тока и может быть использовано для привода различных машин и механизмов, требующего двухступенчатого регулирования скорости. The invention relates to multiphase electric AC machines and can be used to drive various machines and mechanisms requiring a two-stage speed control.

Известны примеры использования в полеводстве электротракторов, где в качестве тягового используется асинхронный электродвигатель с фазным ротором. На разных технологических операциях трактор должен иметь различную скорость передвижения и развивать различную мощность. Например, при пахоте трактор движется медленно и имеет высокую мощность, к тому же должен обладать высокой перегрузочной способностью; при разбрасывании сухих удобрений трактор движется быстрее и не развивает большой мощности. Examples of the use of electric tractors in field cultivation are known, where an asynchronous electric motor with a phase rotor is used as a traction motor. At different technological operations, the tractor must have a different speed of movement and develop different power. For example, when plowing, the tractor moves slowly and has high power, moreover, it must have high overload capacity; when spreading dry fertilizers, the tractor moves faster and does not develop much power.

Для привода электротрактора наиболее эффективным может быть двухскоростной электродвигатель, работающий на высшей ступени скорости в режиме асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, а на нижней ступени скорости в режиме синхронного двигателя, возбуждаемого постоянным током. To drive an electric tractor, a two-speed electric motor operating at the highest speed in the mode of an asynchronous short-circuited electric motor and at the lower speed in the mode of a synchronous motor excited by direct current can be most effective.

Широко известны двухскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (обмотка ротора типа "беличье колесо") с соотношением чисел пар полюсов 2:1 и постоянной мощностью на обоих ступенях. Widely known are two-speed squirrel-cage induction motors (squirrel-cage rotor winding) with a ratio of 2: 1 pole pair numbers and constant power at both stages.

[Радин В. И. и др. Электрические машины: Асинхронные машины. Учеб. для электромех. спец. вузов - М.: Высшая школа, 1988]. [Radin V.I. et al. Electric machines: Asynchronous machines. Textbook for electromech. specialist. universities - M .: Higher school, 1988].

Описанные двигатели не могут работать в режиме синхронного двигателя на низшей ступени скорости. The described motors cannot operate in synchronous motor mode at the lowest speed level.

Известны схемы совмещенных обмоток, создающих вращающие магнитное поле с числом пар полюсов P₁ при питании многофазным током и неподвижную волну магнитодвижущей силы P₂<P₁ при питании постоянным током. Такие обмотки применяются, в частности, в качестве статорных в совмещенных одномашинных асинхронно-синхронных преобразователях частоты. [Попов В.И. Электромашинные совмещенные преобразователи частоты. - М.: Энергия, 1980]. Однако преобразователь частоты не может использоваться как двухскоростной электродвигатель.Known schemes of combined windings creating a rotating magnetic field with the number of pole pairs P ₁ when powered by a multiphase current and a stationary wave of magnetomotive force P ₂ <P ₁ when powered by direct current. Such windings are used, in particular, as stator in combined single-machine asynchronous-synchronous frequency converters. [Popov V.I. Combined frequency converters. - M .: Energy, 1980]. However, the frequency converter cannot be used as a two-speed electric motor.

Наиболее близким к заявляемому устройству является синхронизированный асинхронный двигатель, содержащий статор с многофазной обмоткой и ротор с многофазной обмоткой, подключенной к выпрямительному устройству, питаемому от обмотки возбудителя. [Акцептованная заявка ФРГ N 2143864, кл. 21 D² 17, 1973].Closest to the claimed device is a synchronized induction motor containing a stator with a multiphase winding and a rotor with a multiphase winding connected to a rectifier device powered by the exciter winding. [Accepted application of Germany N 2143864, cl. 21 D ² 17, 1973].

Недостатком этого двигателя является неспособность работать на двух ступенях скорости. The disadvantage of this engine is the inability to operate at two speed levels.

Техническим решением задачи является, обеспечение двухступенчатого регулирования скорости электродвигателя, при высокоперегрузочной способности на низшей ступени скорости. The technical solution to the problem is to ensure two-stage speed control of the electric motor, with high-load capacity at the lowest speed level.

Задача достигается тем, что статорная обмотка электродвигателя выполнена полюсопереключаемой с соотношением пар полюсов P₁:P₂, а обмотка ротора выполнена совмещенной, совмещающей многофазную обмотку с P=P₁ и обмотку возбуждения постоянного тока с P=P₂, подключенную к двум контактным кольцам для соединения с возбудителем.The task is achieved in that the stator winding of the electric motor is made pole-switchable with the pole pair ratio P ₁ : P ₂ , and the rotor winding is combined, combining the multiphase winding with P = P ₁ and the DC excitation winding with P = P ₂ connected to two contact rings to connect with the pathogen.

Новизна заявляемого предложения заключается в том, что статор с обмоткой выполняется традиционным для двухскоростного двигателя, а ротор с многофазной обмоткой выполняется совмещенного типа, причем на высшей ступени скорости обмотка является многофазной, а на низшей ступени при питании постоянным током или выпрямленным током создает намагничивающую силу, неподвижную относительно ротора, что позволяет электродвигателю работать на высшей ступени как асинхронный, а на низшей ступени как синхронный. The novelty of the proposed proposal lies in the fact that the stator with the winding is traditional for a two-speed motor, and the rotor with a multiphase winding is of the combined type, and at the highest speed stage, the winding is multiphase, and at the lower stage when it is supplied with direct current or rectified current, it creates a magnetizing force, fixed relative to the rotor, which allows the electric motor to work at the highest stage as asynchronous, and at the lower stage as synchronous.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемая совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения. According to the patent and scientific literature, the claimed combination of features is not found, which allows us to judge the inventive step of the proposal.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. In FIG. 1 presents a schematic diagram of the proposed device.

Двигатель содержит двухскоростную многофазную обмотку - 1 на статоре с выводами 2. . . 10 для подключения к сети на различных ступенях скорости и ротор с обмоткой совмещенного типа - 11, которая выполнена как многофазная с двумя параллельными ветвями - 12 и 13 с раздельными нейтралями, причем нейтральные выводы присоединены к двум контактным кольцам для электрического соединения с возбудителем - 15, который может иметь традиционную конструкцию: статичную или с магнитным возбудителем и управляется собственными коммутационными аппаратами. The motor contains a two-speed multiphase winding - 1 on the stator with leads 2.. . 10 for connecting to the network at different speed levels and a rotor with a combined type winding - 11, which is made as multiphase with two parallel branches - 12 and 13 with separate neutrals, and the neutral terminals are connected to two contact rings for electrical connection with the exciter - 15, which can have a traditional design: static or with a magnetic exciter and is controlled by its own switching devices.

Работу двигателя в статичном режиме рассмотрим на примере трехфазной машины, имеющей на статоре полюсопереключаемую обмотку - 1 с соотношением пар полюсов P₁:P₂ = 1:2 и роторную обмотку - 11, совмещающую обмотку переменного тока - 12 с P=P₂ и обмотку возбуждения - 13 с P=P₂, схема которой представлена на фиг. 2 (в связи с широкой известностью, схема полюсопереключаемой обмотки статора не приводится).Let us consider the operation of the motor in static mode as an example of a three-phase machine having a pole-switched winding - 1 on the stator with a ratio of pole pairs P ₁ : P ₂ = 1: 2 and a rotor winding - 11, combining an alternating current winding - 12 with P = P ₂ and a winding excitation - 13 with P = P ₂ , a diagram of which is shown in FIG. 2 (due to wide popularity, the circuit of the pole-switched stator winding is not given).

Для работы на высшей ступени скорости клеммы - 8, 9, 10 подключают к трехфазному источнику (питающей сети), а клеммы - 2, 3, 4 и 5, 6, 7 закорачивают. Клеммы - 14 отключают от возбудителя. Статорная обмотка - 1 создает вращающиеся магнитное поле с P=Pi, которое наводит ЭДС и ток в обмотке ротора - 11, в результате чего ротор придет во вращение с некоторым скольжением. Двигатель работает как асинхронный; его трехфазная роторная обмотка является закороченной, а обе клеммы - 14 эквипотенциальны. To work at the highest speed level, the terminals - 8, 9, 10 are connected to a three-phase source (mains), and the terminals - 2, 3, 4 and 5, 6, 7 are short-circuited. Terminals - 14 disconnect from the pathogen. Stator winding - 1 creates a rotating magnetic field with P = Pi, which induces EMF and current in the rotor winding - 11, as a result of which the rotor will come into rotation with some slip. The engine runs as an asynchronous; its three-phase rotor winding is shorted, and both terminals are 14 equipotential.

При включении на нижнюю ступень скорости, клеммы - 2, 3, 4 подключаются к трехфазной сети, клеммы - 8, 9, 10 оставляют разомкнутыми, а клеммы - 5, 6, 7 соединяются с клеммами - 2, 3, 4, образуя схему "треугольник". Клеммы -14 подключают к источнику постоянного тока - возбудителю (возбудитель в рабочем состоянии). При этом статорная обмотка - 1 создает вращающуюся волну МДС с P=P₂, а обмотка ротора - 11 создает волну МДС с P=P₂ и неподвижную относительно ротора. Двигатель будет работать как синхронный. При регулировании тока возбуждения I_f можно существенно увеличить перегрузочную способность двигателя или минимизировать потребляемый из сети ток за счет доведения коэффициента мощности до единицы.When switched on to the lower speed stage, terminals - 2, 3, 4 are connected to a three-phase network, terminals - 8, 9, 10 are left open, and terminals - 5, 6, 7 are connected to terminals - 2, 3, 4, forming a circuit "triangle". Terminals -14 are connected to a direct current source - the pathogen (pathogen in working condition). In this case, the stator winding - 1 creates a rotating MDS wave with P = P ₂ , and the rotor winding - 11 creates an MDS wave with P = P ₂ and motionless relative to the rotor. The engine will work as synchronous. When regulating the excitation current I _f, it is possible to significantly increase the overload capacity of the motor or minimize the current drawn from the network by adjusting the power factor to unity.

Для запуска двигателя с работой на низшей ступени скорости, пуск осуществляется в две ступени: на первой ступени обмотки включаются аналогично пуску с P=P₁, а при достижении полусинхронной скорости (контролируется дополнительными устройствами) обмотки статора переключают на схему с P=P₂ и на обмотку ротора через клеммы - 14 подают ток возбуждения. Двигатель втягивается в синхронизм и далее работает в синхронном режиме.To start the engine with operation at the lower speed stage, the start is carried out in two stages: at the first stage, the windings are switched on similarly to starting with P = P ₁ , and when the semi-synchronous speed (controlled by additional devices) is reached, the stator windings are switched to the circuit with P = P ₂ and excitation current is supplied to the rotor winding through terminals - 14. The engine is pulled into synchronism and then runs in synchronous mode.

Известно множество полюсопереключаемых обмоток и множество схем совмещенных обмоток. Кроме традиционных, для таких обмоток применительно к предложенному устройству, должно соблюдаться следующее требование: обмотки должны удовлетворять дополнительному требованию совпадения чисел полюсов высшей и низшей ступеней статора с числами полюсов совмещенных обмоток ротора. There are many pole-switchable windings and many schemes of combined windings. In addition to traditional, for such windings in relation to the proposed device, the following requirement must be met: windings must satisfy the additional requirement that the numbers of poles of the higher and lower stages of the stator coincide with the numbers of poles of the combined rotor windings.

Необходимо отметить, что контактные кольца не являются необходимой принадлежностью предложенного устройства. При использовании безконтактного возбудителя (например, с вращающимся выпрямителем) соединение обмотки ротора и возбудителя может быть прямым. It should be noted that slip rings are not a necessary accessory of the proposed device. When using a contactless exciter (for example, with a rotating rectifier), the connection of the rotor winding and the exciter can be direct.

Claims

Synchronous asynchronous motor containing a stator with a multiphase winding and a rotor with a multiphase winding, characterized in that the stator winding of the electric motor is made pole-switchable with the ratio of pole pairs P ₁ : P ₂ , and the rotor winding is combined, combining the multiphase winding with P = P ₁ and a direct current excitation winding with P = P ₂ , which is connected to the pathogen.