RU2559197C2 - Многофазная электрическая машина переменного тока - Google Patents
Многофазная электрическая машина переменного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559197C2 RU2559197C2 RU2013156383/07A RU2013156383A RU2559197C2 RU 2559197 C2 RU2559197 C2 RU 2559197C2 RU 2013156383/07 A RU2013156383/07 A RU 2013156383/07A RU 2013156383 A RU2013156383 A RU 2013156383A RU 2559197 C2 RU2559197 C2 RU 2559197C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- electric machine
- multiphase
- modules
- electric
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к многофазным электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано в бытовой технике, где требуется применение компактных электрических машин с высокими энергетическими показателями. Предлагаемая многофазная электрическая машина переменного тока содержит ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, и модульность обмотки статора связана с числом зубцов статора соотношением:
Zs=2·m·M, где Zs - число зубцов статора, m - количество фаз,
M=p=1, 2, 3 … до технологически возможного значения - количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется как
Ω=2·π·f/M, где f - частота питающей сети, M - количество модулей.
В результате достигается технический результат: повышение удельного момента и кпд за счет высокой магнитной связи между контурами и возможности модульного построения конструкции. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к многофазным электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано в бытовой технике, где требуется применение компактных электрических машин с высокими энергетическими показателями, а также в качестве замены серийным синхронным и асинхронным машинам в механизмах со стандартизированной линейкой скоростей вращения.
Известны многофазные электрические машины переменного тока синхронного и асинхронного типа, содержащие ротор и статор, с размещенной на нем распределенной обмоткой, скорость вращения создаваемого бегущего поля которых определяется как:
Ω=2·π·f/p,
где f - частота питающей сети, p - число пар полюсов поля статора [Электрические машины: учебник для вузов / Иванов-Смоленский - Москва: Изд-во Энергия, 1980, стр. 365-374, 491-508].
Недостатком данных электрических машин является то, что вылет лобовых частей обмотки статора занимает в среднем 1/3-1/2 от длины сердечника магнитопровода статора, что ухудшает массогабаритные показатели электрической машины, а разработка данных классов машин на низкие скорости вращения приводит к усложнению конструкции и технологии изготовления.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многофазная машина переменного тока (синхронный электродвигатель) [Патент на изобретение RU №2047936 C1 от 10.11.95], являющаяся прототипом изобретения и содержащая зубчатый статор с m-фазной сосредоточенной обмоткой, каждая катушка которой охватывает один зубец статора, и ротор с чередующимися по полярности полюсами 2p, у которого число полюсов ротора 2р и число зубцов статора Zc связаны соотношением 2·p=θ·(m·Zrp+1), где θ=1, 2, 3 … - число повторяющихся частей многофазной электрической машины, в каждой из которых содержится m катушечных групп, a Zrp=1, 2, 3 … - число катушек в катушечной группе, состоящей из последовательно-встречно соединенных катушек. А также при m=3 и Zrp четном катушечные группы каждой фазы соединены между собой встречно, а при Zrp нечетном - согласно, при m=2 и Zrp, равном любому целому числу, катушечные группы фазы соединены между собой встречно.
Недостатками этой электрической машины синхронного типа являются низкие значения удельного момента и кпд из-за слабой магнитной связи между катушечными группами.
Задачей изобретения является повышение удельного момента и кпд.
Поставленная задача достигается за счет того, что в многофазной электрической машине переменного тока, содержащей ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, модуль электрической машины состоит из двух частей, каждая из которых содержит обмотку, соединенную в «звезду», при этом обе «звезды» одного модуля соединены в электрическом плане встречно, а число зубцов статора и количество модулей связаны соотношением:
Zc=2·m·M,
где Zs - число зубцов статора,
m - количество фаз,
М=р=1, 2, 3 … до технологически возможного значения - количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется как
Ω=2·π·f/M,
где f - частота питающей сети,
M - количество модулей.
На фиг. 1 представлена многофазная электрическая машина переменного тока на примере электрических машин переменного тока различных типов, а именно: a) - синхронная электрическая машина с явнополюсной конструкцией ротора с постоянными магнитами (m=3, M=1, n=3000 об/мин); b) - асинхронная электрическая машина с короткозамкнутым ротором (m=3, M=2, n=1500 об/мин); c) - синхронная электрическая машина с явнополюсным ротором с обмоткой возбуждения (m=3, M=4, n=750 об/мин). На фиг. 2 приведена схема электрическая соединения обмоток статора для модуля 3-фазной машины. На фиг. 3 изображена картина распределения токов и м.д.с. трехфазной обмотки статора.
Многофазная электрическая машина переменного тока (фиг. 1a), содержит 3-фазную обмотку (m=3), состоящую из катушек 1 в количестве 6 шт. (M=1), каждая из которых размещена на одном из зубцов магнитопровода 2 статора. Диаметрально противоположенные пары катушек модуля запитаны от одной из фаз и включены согласно друг другу. Магнитопровод 2 статора содержит полузакрытые пазы. Ротор 3 выполнен безобмоточным составным с чередующимися по полярности постоянными магнитами 4, расположенными радиально на наконечниках полюсов (на роторе 1 пара полюсов и совпадает с количеством полюсов поля статора).
Многофазная электрическая машина переменного тока (фиг. 1b), содержит статор с 3-фазной обмоткой (m=3), состоящей из катушек 1 в количестве 12 шт. (M=2), каждая из которых размещена на одном из зубцов магнитопровода 2 статора. Каждая фаза охватывает 4 катушки, сдвинутые на 90 пространственных градусов друг относительно друга (сдвиг между фазами 30 пространственных градусов для приведенной конструкции). Диаметрально противоположенные пары катушек модуля включены согласно друг другу. Магнитопровод 2 статора содержит полузакрытые пазы. Ротор 3 выполнен короткозамкнутым с беличьей клеткой.
Многофазная электрическая машина (фиг. 1c) содержит статор с 3-фазной обмоткой (m=3), состоящей из катушек 1 в количестве 24 шт. (M=4), каждая из которых размещена на одном из зубцов магнитопровода 2 статора. Каждая фаза охватывает 6 катушек, сдвинутых на 90 пространственных градусов друг относительно друга (сдвиг между фазами 15 пространственных градусов для приведенной конструкции). Диаметрально противоположенные пары катушек модуля запитаны от одной из фаз и включены согласно друг другу. Магнитопровод 2 статора содержит полузакрытые пазы. Ротор 3 выполнен явнополюсным с размещенной на нем обмоткой возбуждения.
Предложенная многофазная электрическая машина переменного тока, представляющая собой, например, синхронную электрическую машину, приведенную на фиг. 1a, работает следующим образом:
При подключении обмотки 1, размещенной на зубцах магнитопровода статора 2, к 3-фазной питающей сети переменного тока с частотой f, как показано на фиг.2, по катушкам начинает протекать система токов. Токи в катушках статора меняются с течением времени и создают вращающееся бегущее поле. Характер кривой м.д.с. и распределения токов в момент времени, когда токи в фазах B и C имеют величину половины тока фазы A, представлен на фиг. 3. Бегущее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов 4 ротора 3 и создает электромагнитный момент, который приводит ротор 3 во вращение, при этом положение его полюсов относительно токов статора не изменяется аналогично принципу действия классической синхронной машины с постоянными магнитами. Скорость поля, созданного обмоткой статора, определяется по формуле n=60*f/p (об/мин), где f - частота питающей сети, p - число пар полюсов поля обмотки статора.
В силу особенности механизма создания бегущего магнитного поля заявляемая электрическая машина переменного тока может быть выполнена как в синхронном, так и в асинхронном исполнениях. Как в случае синхронной электрической машины, в случае асинхронной электрической машины взаимодействие полей статора и ротора, имеющих одинаковое число полюсов, создает электромагнитный момент, вращающий ротор.
В отличие от прототипа, предлагаемая многофазная электрическая машина переменного тока обладает более высокими значениями удельного момента и кпд за счет высокой магнитной связи между контурами и возможности модульного построения ее конструкции, в которой количество зубцов магнитопровода статора и число модулей связаны соотношением:
Zs=2·m·M,
где Zs - число зубцов статора,
m - количество фаз,
M=p=1, 2, 3 … до технологически возможного - число модулей (повторяющихся частей многофазной электрической машины переменного тока), при этом каждый модуль состоит из двух частей, обмотки которых соединены в «звезды» и подключены параллельно друг другу согласно фиг. 2, а скорость вращения поля, созданного обмоткой статора, определяется как:
Ω=2·π·f/M,
где f - частота питающей сети, M - число модулей.
Кроме того, заявляемая электрическая машина может быть по принципу действия как синхронного, так и асинхронного типа и позволяет работать в широком диапазоне скоростей (от 3000 об/мин до 300 об/мин и ниже) и имеет меньший уровень шума и вибраций, за счет предложенного распределения фаз по обмоткам статора, которое исключает появление в кривой м.д.с. третьей гармоники, тем самым уменьшая появление негативных раскачивающих пульсаций момента при работе.
Claims (1)
- Многофазная электрическая машина переменного тока, содержащая ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, отличающаяся тем, что модуль электрической машины состоит из двух частей, каждая из которых содержит обмотку, соединенную в «звезду», при этом обе «звезды» одного модуля соединены в электрическом плане встречно, а число зубцов статора и количество модулей связаны соотношением:
Zs=2·m·M,
где Zs - число зубцов статора,
m - количество фаз,
M=p=1, 2, 3 … до технологически возможного значения - количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется как
Ω=2·π·f/M,
где f - частота питающей сети,
M - количество модулей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013156383/07A RU2559197C2 (ru) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Многофазная электрическая машина переменного тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013156383/07A RU2559197C2 (ru) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Многофазная электрическая машина переменного тока |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013156383A RU2013156383A (ru) | 2015-06-27 |
RU2559197C2 true RU2559197C2 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=53497116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013156383/07A RU2559197C2 (ru) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | Многофазная электрическая машина переменного тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2559197C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2672562C1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-11-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Многофазный синхронный генератор с однополупериодным выпрямителем |
US10903770B1 (en) | 2020-01-14 | 2021-01-26 | Adventech, Llc | Enhanced reverse-winding induction motor designs, systems, and methods |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU497685A1 (ru) * | 1971-11-15 | 1975-12-30 | Физико-Энергетический Институт Ан Латвийской Сср | Многофазна электрическа машина двойного питани |
US4446416A (en) * | 1979-08-14 | 1984-05-01 | Wanlass Cravens Lamar | Polyphase electric machine having controlled magnetic flux density |
SU1374356A1 (ru) * | 1986-06-27 | 1988-02-15 | Московский автомеханический институт | Многофазна электрическа машина |
RU2047936C1 (ru) * | 1986-01-02 | 1995-11-10 | Бродовский Владимир Николаевич | Синхронный электродвигатель |
US8093857B1 (en) * | 2011-09-28 | 2012-01-10 | Revolution Motor Technology, LLC | Polyphase electric motor |
-
2013
- 2013-12-18 RU RU2013156383/07A patent/RU2559197C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU497685A1 (ru) * | 1971-11-15 | 1975-12-30 | Физико-Энергетический Институт Ан Латвийской Сср | Многофазна электрическа машина двойного питани |
US4446416A (en) * | 1979-08-14 | 1984-05-01 | Wanlass Cravens Lamar | Polyphase electric machine having controlled magnetic flux density |
RU2047936C1 (ru) * | 1986-01-02 | 1995-11-10 | Бродовский Владимир Николаевич | Синхронный электродвигатель |
SU1374356A1 (ru) * | 1986-06-27 | 1988-02-15 | Московский автомеханический институт | Многофазна электрическа машина |
US8093857B1 (en) * | 2011-09-28 | 2012-01-10 | Revolution Motor Technology, LLC | Polyphase electric motor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2672562C1 (ru) * | 2017-11-29 | 2018-11-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Многофазный синхронный генератор с однополупериодным выпрямителем |
US10903770B1 (en) | 2020-01-14 | 2021-01-26 | Adventech, Llc | Enhanced reverse-winding induction motor designs, systems, and methods |
US11018612B1 (en) | 2020-01-14 | 2021-05-25 | Adventech, Llc | Methods for networks of efficiently powered electrical devices |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013156383A (ru) | 2015-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Okada et al. | Analysis of a vernier motor with concentrated windings | |
Li et al. | Elimination of even-order harmonics and unipolar leakage flux in consequent-pole PM machines by employing NS-iron–SN-iron rotor | |
US10033302B2 (en) | Rotary solar converter | |
Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
JP4441584B1 (ja) | 逆起電力発電モータ | |
JP2015509697A (ja) | 同期式の電気機械 | |
Kang et al. | Harmonic winding factors and MMF analysis for five-phase fractional-slot concentrated winding PMSM | |
KR20150114941A (ko) | 전기 기계 | |
RU2559197C2 (ru) | Многофазная электрическая машина переменного тока | |
CN205430012U (zh) | 一种三相双凸极电机结构 | |
Seo et al. | General characteristic of fractional slot double layer concentrated winding synchronous machine | |
CN116207892B (zh) | 一种混合励磁电机 | |
Jia et al. | Design considerations and parameter optimization of stator wound field synchronous machines based on magnetic the gear effect | |
RU2412519C1 (ru) | Реактивная машина | |
CN109599962A (zh) | 一种新分相形式的双凸极电机 | |
CN107733197A (zh) | 一种永磁直驱电机 | |
Soualmi et al. | Comparative study of permanent-magnet synchronous machines with concentrated windings for railway application | |
Valavi et al. | Investigation of magnetic field and radial force harmonics in a hydrogenerator connected to a three-level NPC converter | |
Gao et al. | Winding layers and slot/pole combination in fractional slot/pole PMSM—Effects on motor performance | |
JP2016158460A (ja) | 回転電機 | |
Awah et al. | Pole number effects on the output of a double stator machine having magnets on the inner stator | |
Wu et al. | An analytical method of calculating back-emf in dual consequent hybrid excitation synchronous machine | |
Syed et al. | Analysis of flux focusing double stator and single rotor axial flux permanent magnet motor | |
RU2436221C1 (ru) | Бесконтактная магнитоэлектрическая машина с аксиальным возбуждением | |
CN108847739B (zh) | 交流电机的电枢绕组和交流电机 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171219 |