RU2173927C1 - Управляемый каскадный электрический привод - Google Patents
Управляемый каскадный электрический приводInfo
- Publication number
- RU2173927C1 RU2173927C1 RU2000118199A RU2000118199A RU2173927C1 RU 2173927 C1 RU2173927 C1 RU 2173927C1 RU 2000118199 A RU2000118199 A RU 2000118199A RU 2000118199 A RU2000118199 A RU 2000118199A RU 2173927 C1 RU2173927 C1 RU 2173927C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- electric motor
- stator
- shaft
- housing
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000005294 ferromagnetic Effects 0.000 claims description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 8
- 230000001808 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 101700074959 MEX1 Proteins 0.000 description 2
- 101700079142 MEX2 Proteins 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 2
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000010201 Exanthema Diseases 0.000 description 1
- 206010037844 Rash Diseases 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 201000005884 exanthem Diseases 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Использование: в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях. Технический результат заключается в регулировании скорости и момента при постоянной механической мощности, снимаемой с вала. Магнитные системы двух электродвигателей выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на одном валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса. Одной стороной статор первого электродвигателя присоединен к корпусу. На другой его стороне между его трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт. Ротор первого электродвигателя, расположенный на подшипнике, с одной стороны имеет два кольца малого и большого диаметров из немагнитного материала, а с другой стороны - кольцеобразные щели, расположенные напротив колец. Статор второго электродвигателя, на котором установлены скользящие контакты, расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца, заходящий в щель большого диаметра ротора электродвигателя. Ротор второго электродвигателя жестко соединен с валом. Между ротором первого и статором второго электродвигателей расположена металлическая деталей в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора первого электродвигателя. Выходным элементом является общий вал. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам с несколькими роторами и статорами и электроприводу, и может быть эффективно применено в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях.
Известен асинхронный многоскоростной электродвигатель (см. Москаленко В. В. Электрический привод. М. : Высшая школа, 1991, с.144), представляющий собой обычную асинхронную машину цилиндрического исполнения с короткозамкнутым ротором. Статорная обмотка данного электродвигателя состоит из двух одинаковых секций (полуобмоток). За счет разных схем их соединения может быть изменено число пар полюсов p асинхронного двигателя. В соответствии с формулой
ω0 = 2πf1/p = 2πn1,
где ω0 и n1 - угловая скорость вращения и частота вращения магнитного поля;
f1 - частота питающей сети,
это техническое решение позволяет изменять угловую скорость вращения магнитного поля и тем самым регулировать угловую скорость вращения асинхронного двигателя.
ω0 = 2πf1/p = 2πn1,
где ω0 и n1 - угловая скорость вращения и частота вращения магнитного поля;
f1 - частота питающей сети,
это техническое решение позволяет изменять угловую скорость вращения магнитного поля и тем самым регулировать угловую скорость вращения асинхронного двигателя.
Однако такая конструкция не позволяет сохранить механическую мощность PMEX на валу постоянной при различных значениях p. Поэтому данный многоскоростной асинхронный электродвигатель в режиме с числом пар полюсов p/2 имеет завышенные габаритные размеры по сравнению с двигателем такой же угловой скорости вращения ω и такого же момента М, а стоимость такого привода в результате велика. Использование обмоток с переключением числа пар полюсов вызывает усложнение, связанное с применением силовой коммутационной аппаратуры. Также ухудшаются энергетические показатели двигателя и увеличиваются массогабаритные параметры.
Наиболее близким к изобретению по физической сущности и достигаемому результату является каскадный электрический привод (см. патент N 2050672, 1995 г. , авторы Чесноков Г.А., Колесников Д.П., Котов В.А., Иванов В.А.), содержащий два соединенных соосно электродвигателя, каждый из которых включает внутренний магнитопровод, установленный на валу, и наружный магнитопровод, причем пара одноименных магнитопроводов электродвигателей жестко соединены между собой, а один из одноименных магнитопроводов другой пары установлен неподвижно, тогда как второй магнитопровод другой пары установлен с возможностью вращения и является выходным элементом привода. Для получения угловой скорости вращения 2 ω и момента М внутренние магнитопроводы электродвигателей соединяют между собой жестко, а с наружного магнитопровода одного из них снимают измененную скорость 2ω и момент М. Механическая мощность, снимаемая с наружного магнитопровода, PMEX = (2ω)M = 2ωM. Если необходимо получить момент 2M и угловую скорость вращения ω, наружные магнитопроводы электродвигателей соединяют между собой жестко, а с внутреннего магнитопровода снимают момент 2M и угловую скорость вращения ω. Механическая мощность, снимаемая с внутреннего магнитопровода, PMEX = ω(2M) = 2ωM. Механические мощности, снимаемые с разных выходных элементов (внешний и внутренний магнитопроводы), равны.
Однако конструкция такого каскадного электрического привода сложна из-за необходимости штамповки листов цилиндрических внутренних и наружных магнитопроводов. Стоимость такого электропривода велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке. Недостатком также являются большие габариты данной установки, так как соответствующие внутренний и внешний магнитопроводы расположены в своем отдельном корпусе и тот факт, что одинаковая механическая мощность снимается с разных выходных элементов - внутреннего и внешнего магнитопроводов.
Предлагаемое изобретение лишено вышеуказанных недостатков и решает задачу обеспечения возможности регулирования скорости и момента при постоянной механической мощности, снимаемой с вала.
Для этого управляемый каскадный электрический привод содержит два соединенных соосно электродвигателя, магнитные системы которых выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на одном валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор первого электродвигателя присоединен к корпусу, а на другой стороне статора между его трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, ротор первого электродвигателя, расположенный на подшипнике, с одной стороны имеет два кольца малого и большого диаметров из немагнитного материала, а с другой стороны - кольцеобразные щели, расположенные напротив колец, статор второго электродвигателя, на котором установлены скользящие контакты, расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца, заходящий в щель большего диаметра ротора первого электродвигателя, ротор второго электродвигателя жестко соединен с валом, а между ротором первого и статором второго электродвигателей расположена металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора первого электродвигателя, причем выходным элементом является общий вал.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого управляемого каскадного электрического привода в разрезе, на фиг. 2 - магнитная система ротора первого электродвигателя, на фиг. 3 - общий вид и вид сбоку магнитной системы статора второго электродвигателя.
Управляемый каскадный электрический привод содержит (см. фиг. 1): корпус 1, горизонтально расположенный на подшипниках 2 вал 3, на котором расположены четыре магнитопровода с соответствующим чередованием: статор 4 и ротор 5 первого аксиального электродвигателя, статор 6 и ротор 7 второго аксиального электродвигателя, имеющие собственные обмотки, соответственно 8,9,10 и 11. Ротор 5 и статор 6 расположены на валу на подшипниках 12 и 13, тогда как статор 4 жестко соединен с корпусом, например, болтами, а ротор 7 жестко соединен с валом 3. Статор 6 имеет выступ 14 в виде широкого тонкого кольца для создания в процессе работы жесткого соединения с ротором 5. Между статором 6 и ротором 5 расположена металлическая деталь 15 в виде полого стакана. На роторе 5 с одной стороны расположены два кольца малого 16 и большого 17 диаметров из немагнитного материала, а с другой стороны имеются кольцеобразные щели 18 и 19, расположенные соответственно напротив колец 16 и 17. Одной стороной статор 4 присоединен к корпусу, а на другой стороне статора имеются расположенные в нем катушки управляемых муфт 20,21, находящиеся напротив колец 16 и 17. Своим выступом 14 статор 6 входит в щель 19 ротора 5, металлическая деталь 15 входит в щель 18 ротора 5, а свободное пространство щелей 19 и 18 заполнено ферромагнитным порошком 22. На статоре 6 второго электродвигателя расположены скользящие контакты 23, на которые подается напряжение питающей сети.
Ферромагнитный порошок 22, расположенный в щелях 18 и 19 (фиг. 2), может быть защищен от высыпания, например постоянными магнитами.
Выступ 14 статора 6 (фиг. 3) выполнен из того же материала, что и сам магнитопровод (статор 6).
Управляемый каскадный электрический привод работает следующим образом.
Для получения двойной угловой скорости вращения и момента М на валу 3 необходимо сначала на катушку 21 управляемой муфты, а потом и на скользящие контакты 23, подать напряжение питающей сети. При подключении катушки 21 управляемой муфты к напряжению сети создается магнитное поле, силовые линии которого проходят по магнитопроводу статора 4 вокруг катушки 21 далее через зазор попадают в магнитопровод ротора 5 и проходят вокруг кольца 17 из немагнитного материала, пересекая при этом щель 19, в которой располагаются выступ 14 статора 6 и ферромагнитный порошок 22, далее проходит между кольцами 17 и 16, потом через зазор и опять в магнитопровод статора 4. Под действием магнитного поля ферромагнитный порошок твердеет и создается тем самым жесткое соединение ротора 5 и статора 6. Далее обмотка 8 статора 4 подключается к питающей сети и создается вращающееся магнитное поле, частота вращения которого n1. Если ротор 5 неподвижен или вращается с частотой np1, меньшей n1, то вращающееся поле индуктирует в проводниках ротора 5 электродвижущую силу и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент, увлекающий ротор 5 за вращающимся магнитным полем с частотой вращения
np1 = (l-s1)n1,
где s1 - скольжение первого аксиального электродвигателя.
np1 = (l-s1)n1,
где s1 - скольжение первого аксиального электродвигателя.
После осуществления пуска первого аксиального электродвигателя на трехфазную обмотку 10 статора 6, вращающегося с частотой вращения np1, через скользящие контакты 23 подается напряжение питающей сети. Создается вращающееся магнитное поле, частота вращения которого
nc2=n1+np1=n1+(l-s1)n1= (2-s1)n1,
где n1 - частота вращения магнитного поля статора 6.
nc2=n1+np1=n1+(l-s1)n1= (2-s1)n1,
где n1 - частота вращения магнитного поля статора 6.
Если ротор 7 неподвижен или вращается с частотой np2, меньшей nc2, то вращающееся поле индуктирует в проводниках ротора 7 электродвижущую силу и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент, увлекающий ротор 7 за вращающимся магнитным полем с частотой вращения.
np2= (l-s2)nc2=(l-s2)(2-s1)n1= (2-s1-s2+s2s1-s2)n1= [(2-s1-s2)-s2(l-s1)] n1,
где s2 - скольжение второго аксиального электродвигателя.
где s2 - скольжение второго аксиального электродвигателя.
Так как величина s2(l-s1) очень мала, то выражение для частоты вращения ротора 7 принимает вид np2=(2-s1-s2)n1.
По известной формуле мощность PMEX1, снимаемая с вала 3, будет равна
где ωp2 и ω0 - угловые скорости вращения вала 3 и магнитного поля;
М - момент вращающегося магнитопровода 7 (ротора).
где ωp2 и ω0 - угловые скорости вращения вала 3 и магнитного поля;
М - момент вращающегося магнитопровода 7 (ротора).
Для получения момента 2M и одинарной угловой скорости вращения на валу 3 необходимо отключить обмотку 21 и скользящие контакты 23 от напряжения питающей сети, затормозить статор 6, а потом подать напряжение питающей сети на катушку 20 управляемой муфты и скользящие контакты 23. Обмотка 21 отключается от питания, и ферромагнитный порошок размагничивается, разрушая жесткую связь между ротором 5 и статором 6. Когда на катушку 20 управляемой муфты подается питающее напряжение, она создает магнитное поле, силовые линии которого проходят по магнитопроводу статора 4 вокруг катушки 20, далее через зазор попадают в магнитопровод ротора 5 и проходят вокруг кольца 16 из немагнитного материала, пересекая при этом щель 18, в которой располагаются выступ металлической детали в виде стакана 15 и ферромагнитный порошок 22, далее проходит под кольцом 16, потом через зазор и опять в магнитопровод статора 4. Под действием магнитного поля ферромагнитный порошок твердеет и создается тем самым жесткое соединение ротора 5 с валом 3. Статор 6 тормозится, например, управляемой муфтой. Ротор 5 продолжает вращаться с частотой np1=(l-s1)n1. Так как статор 6 стал неподвижным, то его магнитное поле стало вращаться с частотой n1, а ротор 7 под действием электромагнитного момента М будет вращаться с частотой np2(l-s2)n1. На валу 3 будет иметь место частота вращения
np1,2=0.5(np1+np2)=0.5[(l-s1)n1+ (l-s1)n1]=0.5(2-s1-s2)n1.
np1,2=0.5(np1+np2)=0.5[(l-s1)n1+ (l-s1)n1]=0.5(2-s1-s2)n1.
Тогда по известной формуле мощность PMEX2, снимаемая с вала 3, будет равна
где ωp1,2 - угловая скорость вращения вала 3;
2M - двойной момент, созданный роторами 6 и 7.
где ωp1,2 - угловая скорость вращения вала 3;
2M - двойной момент, созданный роторами 6 и 7.
В результате выводов получаем равенство механических мощностей
PMEX1=PMEX2.
PMEX1=PMEX2.
Таким образом, данная конструкция позволяет снять с общего вала, который является выходным элементом электропривода, равные механические мощности для разных вариантов работы управляемого каскадного электрического привода - это двойная угловая скорость вращения вала при моменте М на валу и одинарная угловая скорость вращения вала при моменте 2M на валу.
Claims (1)
- Управляемый каскадный электрический привод, содержащий два соединенных соосно электродвигателя, отличающийся тем, что магнитные системы двух электродвигателей выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на общем валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор первого электродвигателя жестко соединен с корпусом, а на другой его стороне между его трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, находящиеся напротив двух колец малого и большого диаметров из немагнитного материала расположенного на подшипнике ротора первого электродвигателя, с другой стороны которого выполнены кольцеобразные щели, свободное пространство которых заполнено ферромагнитным порошком, статор второго электродвигателя расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца из того же материала, что и сам статор, и заходит в щель большого диаметра ротора первого электродвигателя, обеспечивая при подключении к сети одной катушки управляемой муфты жесткую связь ротора первого электродвигателя и статора второго электродвигателя, ротор которого жестко соединен с валом, причем между ротором первого и статором второго электродвигателя расположена металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора первого электродвигателя, обеспечивающая при подаче напряжения питающей сети в другую катушку управляемой муфты жесткую связь ротора первого электродвигателя с общим валом, который является выходным, а на статоре второго электродвигателя расположены скользящие контакты, на которые подается напряжение питающей сети.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2173927C1 true RU2173927C1 (ru) | 2001-09-20 |
Family
ID=
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461947C1 (ru) * | 2011-07-06 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО КубГТУ) | Управляемый каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом |
RU2483415C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Аксиальный каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом |
RU2556862C1 (ru) * | 2014-07-21 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Управляемый каскадный асинхронный электропривод с общим ротором |
RU2779431C1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Управляемый каскадный синхронный электрический привод |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МОСКАЛЕНКО В.В. Электрический привод. -M.: Высшая школа, 1991, с. 144 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2461947C1 (ru) * | 2011-07-06 | 2012-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО КубГТУ) | Управляемый каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом |
RU2483415C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Аксиальный каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом |
RU2556862C1 (ru) * | 2014-07-21 | 2015-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Управляемый каскадный асинхронный электропривод с общим ротором |
RU2779431C1 (ru) * | 2022-03-31 | 2022-09-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") | Управляемый каскадный синхронный электрический привод |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0189652B1 (en) | Synchronous ac motor | |
KR100247210B1 (ko) | 2개의 영구자석 회전자를 갖는 동기전동기 | |
US10749390B2 (en) | Line-start synchronous reluctance motor with improved performance | |
CN101981785A (zh) | 旋转电机 | |
EP1237257A3 (en) | Machine tool | |
US20110101811A1 (en) | Reconfigurable Inductive to Synchronous Motor | |
CN105827078A (zh) | 混合励磁轴向磁通调制式复合结构电机 | |
RU2604058C1 (ru) | Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией | |
CN108712043B (zh) | 一种定子永磁偏置五自由度无轴承异步电机 | |
WO2009149251A1 (en) | Pulsed multi-rotor constant air gap switched reluctance motor | |
JPH0522916A (ja) | 永久磁石形同期電動機 | |
CN210405045U (zh) | 轴向并列复合电机 | |
RU2173927C1 (ru) | Управляемый каскадный электрический привод | |
USRE29775E (en) | Controlled rotor motor | |
US3078381A (en) | Permanent magnet rotor for a dynamoelectric machine | |
RU2246167C1 (ru) | Торцевая электрическая машина | |
JP2000125493A (ja) | 磁石式電動機及び発電機 | |
GB1148304A (en) | Dynamo electric machines | |
CN210629312U (zh) | 径向磁场复合型双定子电机 | |
CN103078419A (zh) | 一种新型永磁电机 | |
RU2085010C1 (ru) | Индукторная электрическая машина | |
CN2170597Y (zh) | 无换向器电机 | |
CN210608876U (zh) | 一种径向磁场复合型电机 | |
WO2023080110A1 (ja) | 磁気ギアードモーターおよび磁気ギアードモーターの製造方法 | |
RU2483415C1 (ru) | Аксиальный каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом |