RU2652102C1 - Вентильный электродвигатель - Google Patents
Вентильный электродвигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652102C1 RU2652102C1 RU2017119751A RU2017119751A RU2652102C1 RU 2652102 C1 RU2652102 C1 RU 2652102C1 RU 2017119751 A RU2017119751 A RU 2017119751A RU 2017119751 A RU2017119751 A RU 2017119751A RU 2652102 C1 RU2652102 C1 RU 2652102C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- winding
- stator
- permanent magnets
- pitch
- star
- Prior art date
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000004904 shortening Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может найти применение при создании вентильных электродвигателей для регулируемых электроприводов. Технический результат - уменьшение зубцовых пульсаций электромагнитного момента, вихревых токов в массиве постоянных магнитов и снижение их нагрева, вызванного обмоточными и зубцовыми гармониками магнитодвижущей силы обмотки статора. Вентильный электродвигатель содержит ротор с постоянными магнитами, статор с уложенной в его пазы обмоткой, выполненной по схеме соединения «звезда-треугольник». При этом обмотка, соединенная в треугольник, выполнена с укороченным шагом обмотки, а величина укорочения составляет одну треть от диаметрального шага обмотки. 7 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, и может найти применение при создании вентильных электродвигателей для регулируемых электроприводов.
Известен вентильный электродвигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, статор с многофазной обмоткой с общим числом фаз не менее девяти, разделенной на независимые каналы, объединяющие по три фазы. Катушки каждого независимого канала соединены в звезду [1].
Недостатком данного устройства является то, что в воздушном зазоре индуцируется значительная величина третьей гармоники магнитной индукции, что приводит к зубцовым пульсациям электромагнитного момента, возникновению вихревых токов в массиве постоянных магнитов и их нагреву.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению и взятым за прототип является вентильный электродвигатель производства ЗАО «ЧЭАЗ» 5ДВМ, содержащий статор с уложенной в его пазы простой петлевой распределенной обмоткой, соединенной в «звезду», и ротор с постоянными магнитами [2].
Недостатком данного вентильного электродвигателя также является наличие зубцовых пульсаций электромагнитного момента, возникновение вихревых токов в массиве постоянных магнитов и их нагрев.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение равномерности вращения магнитоэлектрического вентильного двигателя.
Техническим результатом заявляемого изобретения является уменьшение зубцовых пульсаций электромагнитного момента, уменьшение вихревых токов в массиве постоянных магнитов и снижение их нагрева, вызванного обмоточными и зубцовыми гармониками магнитодвижущей силы обмотки статора.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем ротор с постоянными магнитами, статор с уложенной в его пазы обмоткой, обмотка статора выполнена по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным шагом обмотки, соединенной в треугольник, при этом величина укорочения составляет одну треть от диаметрального шага обмотки.
Отличительной особенностью данного технического решения является то, что в вентильном электродвигателе обмотка статора выполнена по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным шагом обмотки, соединенной в треугольник, при этом величина укорочения составляет одну треть от диаметрального шага обмотки.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена конструкция заявляемого устройства (датчик положения ротора, подшипники и прочие элементы, не меняющие сущность изобретения, не представлены); на фиг. 2 - применяемая в заявляемом устройстве схема обмотки статора вентильного двигателя, имеющая параметры: z=24; 2р=4; на фиг. 3 - электрическая принципиальная схема обмотки «звезда-треугольник», состоящей из двух обмоток: Aj - Xj; Bj - Yj; Cj - Zj; j=1, 2; на фиг. 4 - кривая МДС простой петлевой обмотки, соединенной по схеме «звезда»; на фиг. 5 - кривая МДС обмотки соединенной по схеме «звезда-треугольник», имеющей число полюсов и пазов соответственно 2р=4 и z=24; на фиг. 6 - кривая пульсаций электромагнитного момента вентильного двигателя с простой петлевой распределенной обмоткой, соединенной по схеме «звезда»; на фиг. 7 - пульсации электромагнитного момента вентильного двигателя с обмоткой статора, выполненной по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным шагом обмотки.
Заявляемое устройство состоит из ротора 1 с постоянными магнитами (на чертеже не показаны), корпуса 2 статора, активного сердечника 3 статора и обмотки 4 статора, соединенной по схеме «звезда-треугольник», с укороченным на одну треть шагом обмотки, соединенной в треугольник.
Работа заявляемого вентильного двигателя осуществляется следующим образом. На обмотку 4 статора подается напряжение питания, которое формируется системой управления в зависимости от положения ротора 1 с постоянными магнитами. Возбуждение происходит от постоянных магнитов ротора 1. Магнитный поток, создаваемый обмоткой статора, замыкается по активному сердечнику 3 статора. Формируемый вектор магнитного поля статора приводит во вращение ротор вентильного двигателя.
Обмотка 4, имеющая параметры: z=24; 2p=4, уложена в пазы статора и соединена по схеме «звезда-треугольник», при этом часть обмотки, соединенная в треугольник, укладывается с укороченным шагом обмотки на одну треть. В данном случае при наличии третьей гармоники магнитной индукции в воздушном зазоре исключается появление третьей гармоники электродвижущей силы в каждой фазе обмотки и, следовательно, исключается появление тока тройной частоты в части обмотки, соединенной в треугольник.
Снижение электродвижущей силы обмотки, индуцируемой основной частотой, как показывается в рассмотренном ниже варианте выполнения обмотки для вентильного двигателя с номинальным моментом 50 Нм, будет невелико: коэффициент укорочения при типовом укорочении шага обмотки составлял 0,966, при укорочении шага на примет значение 0,866.
Известно, что магнитодвижущая сила простой петлевой распределенной обмотки двигателя 5ДВМ, соединенной в «звезду», можно представить двумя совокупностями высших гармонических составляющих с номерами ν [3]
где ν=6k-1, k=1, 2, 3, ….
где ν=6k+1, k=1, 2, 3, ….
Высшие гармоники с остальными нечетными номерами (номерами, кратными трем: ν=3k, k=1, 2, 3, …) отсутствуют.
Здесь обозначено:
α' - угол сдвига соседних катушек катушечной группы в каждой обмотке;
q=2q' - число пазов на полюс и фазу в объединенной обмотке;
I, w - ток и число витков соответствующей обмотки, причем
Гармоники первой совокупности, согласно формуле (1), перемещаются со скоростью встречно скорости основной гармоники , второй совокупности согласно формуле (2) перемещаются со скоростью в направлении скорости основной гармоники.
Первая совокупность гармонических составляющих с номерами ν=6k-1, k=1, 2, 3, …, вызванная обеими обмотками, будет равна
Вторая совокупность гармонических составляющих с номерами ν=6k+1, k=1, 2, 3, …, вызванная также обеими обмотками, будет равна
Несложно убедиться, что для нечетных чисел k=2n-1, n=1, 2, 3, …, имеем
т.е. гармоники магнитодвижущей силы с номерами ν=5 и 7, 17 и 19, 29 и 31 и т.д. будут находиться в противофазе, вследствие чего они пропадают.
Для четных чисел k=2n, n=1, 2, 3, …, из формул (3), (4) получим
т.е. гармоники МДС с номерами ν=11 и 13, 23 и 25, 35 и 37 и т.д. будут находиться в фазе друг к другу и могут фиксироваться как одна гармоника с удвоенной амплитудой.
На фиг. 5 построена кривая магнитодвижущей силы для простой петлевой распределенной обмотки с параметрами (z=24; 2р=4; q=2; ). Ниже на фиг. 6 построена кривая магнитодвижущей силы для обмотки, соединенной по схеме «звезда-треугольник». Видим, что кривая МДС обмотки, соединенной по схеме «звезда-треугольник», по сравнению с кривой обмотки двигателя 5ДВМ, имеет большее количество переходных ступеней, что делает ее более близкой по форме к синусоиде.
Несинусоидальный характер напряжений и токов вентильного двигателя вызывает пульсации его электромагнитного момента.
Переменная составляющая электромагнитного момента вентильного двигателя с инвертором тока может быть определена по формуле [4]
где Ψd0=-L a dIƒ0+LdId0; Ψq0=LqIq0;
ϕ1 - угол между первыми гармониками напряжения и тока якоря; знак (+) для угла ϑ1 соответствует двигательному режиму, (-) - генераторному; Im1 - амплитуда первой гармоники тока якоря; γ - угол коммутации инвертора.
По формуле (5) построена кривая ΔM=ΔM(t), приведенная на фиг. 6, для вентильного двигателя 5ДВМ215 с номинальным моментом 70 Нм, с простой петлевой распределенной обмоткой, соединенной в «звезду», работающего в номинальном режиме. Видим, что размах пульсаций электромагнитного момента составляет примерно 6 Нм.
При изготовлении заявляемого двигателя с обмоткой статора, соединенной по схеме «звезда-треугольник», с укороченным шагом обмотки, соединенной в треугольник, будем иметь две элементарные машины половинной мощности, у которых обмотки смещены на 30 электрических градусов, а токи имеют фазовый сдвиг также на 30 электрических градусов.
Переменные осевые токи второй элементарной машины будут вычисляться по формулам
При подстановке этих токов в формулу (5) для переменной составляющей момента получим зависимость, изображенную на фиг. 7. Видим, что количество пульсаций момента на периоде переменного тока увеличилось вдвое по сравнению с фиг. 6, но размах пульсаций уменьшился примерно до 2,4 Нм (уменьшился в 2,5 раза).
Таким образом, заявляемое изобретение позволяет уменьшить зубцовые пульсации электромагнитного момента, уменьшить вихревые токи в массиве постоянных магнитов и снизить их нагрев, вызванный обмоточными и зубцовыми гармониками магнитодвижущей силы обмотки статора.
Источники информации
1. Патент №2185701 от 20.07.2002. Вентильный электродвигатель с постоянными магнитами на роторе для системы электродвижения транспортных средств.
2. БКЖИ.521571.001 РЭ, Руководство по эксплуатации «Двигатели вентильные 5 ДВМ».
3. Сергеев П.С. Электрические машины. М.: Госэнергоиздат, 1962. - 280 с.
4. Аракелян А.К., Афанасьев А.А., Чиликин М.Г. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором. М.: Энергия, 1977. - 224 с.
Claims (1)
- Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, статор с уложенной в его пазы обмоткой, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным шагом обмотки, соединенной в треугольник, при этом величина укорочения составляет одну треть от диаметрального шага обмотки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017119751A RU2652102C1 (ru) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | Вентильный электродвигатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017119751A RU2652102C1 (ru) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | Вентильный электродвигатель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2652102C1 true RU2652102C1 (ru) | 2018-04-25 |
Family
ID=62045474
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017119751A RU2652102C1 (ru) | 2017-06-06 | 2017-06-06 | Вентильный электродвигатель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2652102C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU199690U1 (ru) * | 2020-06-29 | 2020-09-15 | Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" | Вентильный электродвигатель |
RU200394U1 (ru) * | 2020-07-16 | 2020-10-22 | Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" | Вентильный электродвигатель |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020093266A1 (en) * | 2001-01-18 | 2002-07-18 | Buening Duane Joseph | Stator winding pattern for reduced magnetic noise |
RU2187186C2 (ru) * | 1999-06-09 | 2002-08-10 | Артамонов Сергей Викторович | Комбинированная обмотка электрической машины переменного тока |
US20090072652A1 (en) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Denso Corporation | Electric rotating machine |
US20140084736A1 (en) * | 2012-09-25 | 2014-03-27 | Asmo Co., Ltd. | Stator for rotating electric machine |
RU149269U1 (ru) * | 2013-10-09 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Привод электротранспорта |
US20160056679A1 (en) * | 2013-04-02 | 2016-02-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Stator for rotary electric machine |
-
2017
- 2017-06-06 RU RU2017119751A patent/RU2652102C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2187186C2 (ru) * | 1999-06-09 | 2002-08-10 | Артамонов Сергей Викторович | Комбинированная обмотка электрической машины переменного тока |
US20020093266A1 (en) * | 2001-01-18 | 2002-07-18 | Buening Duane Joseph | Stator winding pattern for reduced magnetic noise |
US20090072652A1 (en) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Denso Corporation | Electric rotating machine |
US20140084736A1 (en) * | 2012-09-25 | 2014-03-27 | Asmo Co., Ltd. | Stator for rotating electric machine |
US20160056679A1 (en) * | 2013-04-02 | 2016-02-25 | Mitsubishi Electric Corporation | Stator for rotary electric machine |
RU149269U1 (ru) * | 2013-10-09 | 2014-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") | Привод электротранспорта |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU199690U1 (ru) * | 2020-06-29 | 2020-09-15 | Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" | Вентильный электродвигатель |
RU200394U1 (ru) * | 2020-07-16 | 2020-10-22 | Акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" | Вентильный электродвигатель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Okada et al. | Analysis of a vernier motor with concentrated windings | |
Nikam et al. | A high-torque-density permanent-magnet free motor for in-wheel electric vehicle application | |
EP3376650A1 (en) | Permanent magnet starter-generator with magnetic flux regulation | |
EP3346590B1 (en) | Double stator permanent magnet machine with magnetic flux regulation | |
CN105207436B (zh) | 一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机 | |
Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
Liu et al. | A family of vernier permanent magnet machines utilizing an alternating rotor leakage flux blocking design | |
CN106899159B (zh) | 一种双△绕组交流发电机 | |
Bitsi et al. | An induction machine with wound independently-controlled stator coils | |
US9000648B2 (en) | Asymmetrical reluctance machine | |
US20170005555A1 (en) | Asymmetric salient permanent magnet synchronous machine | |
CN107196477A (zh) | 旋转电机 | |
JP2015509697A (ja) | 同期式の電気機械 | |
CN105186749B (zh) | 一种环形轭部双绕组混合励磁永磁电动机 | |
RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
Xu et al. | Design of a novel 6/5 segmental rotor type switched reluctance motor | |
CN105141104A (zh) | 一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机 | |
Jia et al. | Design considerations and parameter optimization of stator wound field synchronous machines based on magnetic the gear effect | |
RU105540U1 (ru) | Модульная электрическая машина | |
RU2709024C1 (ru) | Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой | |
RU2716489C2 (ru) | Электромеханический преобразователь | |
Meeker et al. | Doubly salient synchronous generator for gas turbine engines | |
RU2667661C1 (ru) | Способ изготовления усовершенствованной магнитоэлектрической машины | |
WO2009051515A1 (fr) | Machine électrique synchrone | |
Gao et al. | Winding layers and slot/pole combination in fractional slot/pole PMSM—Effects on motor performance |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190607 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200520 |