RU2656884C2 - Способ формирования механической характеристики асинхронной машины с фазным ротором и бесколлекторная асинхронная машина на основе этого способа - Google Patents
Способ формирования механической характеристики асинхронной машины с фазным ротором и бесколлекторная асинхронная машина на основе этого способа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656884C2 RU2656884C2 RU2016137725A RU2016137725A RU2656884C2 RU 2656884 C2 RU2656884 C2 RU 2656884C2 RU 2016137725 A RU2016137725 A RU 2016137725A RU 2016137725 A RU2016137725 A RU 2016137725A RU 2656884 C2 RU2656884 C2 RU 2656884C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- rods
- phase
- areas
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 16
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005662 electromechanics Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
- H02K17/18—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having double-cage or multiple-cage rotors
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
- H02K3/50—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto
- H02K3/51—Fastening of winding heads, equalising connectors, or connections thereto applicable to rotors only
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электромеханического преобразования энергии, а именно в асинхронных машинах. Техническим результатом является автоматическое формирование оптимальной механической характеристики на всех режимах без применения реостатов, дросселей, реакторов, коммутационной аппаратуры, а также каких-либо электронных устройств. В способе формирования механической характеристики асинхронной машины с фазным ротором области ротора, прилегающие к областям с максимальным изменением поля статора, размагничивают, а области ротора, прилегающие к областям с минимальным изменением поля статора, дополнительно намагничивают путем создания дополнительных полюсов. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в системах электромеханического преобразования энергии, а именно в асинхронных машинах.
Известна асинхронная машина с фазным ротором, содержащая статор с трехфазной симметричной обмоткой и ротор с трехфазной симметричной обмоткой, имеющей выводы на вращающиеся кольца и щеточный узел, предназначенные для присоединения внешних регулируемых сопротивлений, формирующих семейство искусственных механических характеристик (Патент Великобритании №20425 от 15 декабря 1890).
Недостатками указанной машины являются сложность конструкции, большие габариты машины и регулировочных сопротивлений, коммутационных аппаратов, а также пониженная надежность.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ формирования механической характеристики асинхронного электродвигателя с фазным ротором, подразумевающий включение в каждую фазу ротора посредством контактных колец и щеточного узла, расположенных вне машины индуктивностей (дросселей или реакторов) с автоматическим изменением их сопротивления в зависимости от частоты протекающего тока, определяемой частотой ЭДС, равной частоте скольжения. При этом обеспечивается плавность регулирования и поддержание вращающего момента на уровне максимального при уменьшении скорости вращения и перегрузках. ("Электрические машины: Асинхронные машины.: Учебник для электромех. спец. вузов. Под ред. И.П. Копылова - М.: Высш. школа, 1988, с. 127").
Недостатком этого способа являются большие габариты и низкая надежность как самой машины с кольцами и щеточным узлом, так и регулировочных дросселей, мощность которых должна быть сопоставима с мощностью машины.
Целью предлагаемого решения является создание бесщеточной асинхронной электрической машины с фазным ротором, в которой происходит автоматическое формирование оптимальной механической характеристики на всех режимах без применения реостатов, дросселей, коммутационной аппаратуры, а также каких-либо электронных устройств.
Поставленная цель достигается использованием сопротивления самих фазных обмоток ротора, меняющегося в зависимости от частоты скольжения. При этом с целью расширения диапазона изменения сопротивления фазной обмотки снижают магнитный поток в области образования максимальной ЭДС стержней ротора, а с целью получения максимального взаимодействия статора и ротора, для доведения момента на валу Ms до значения Mmax, ротор дополнительно намагничивают за счет образования дополнительных полюсов ротора, поле которых согласно с полем статора.
Формирование механической характеристики осуществляется с помощью нагрузочных сопротивлений фаз, образованных в роторе машины в виде стержней или витков, составляющих стержни обмотки ротора, число которых равно половине числа пазов Z2/2, вторая половина стержней или витков, составляющих стержни, представляет собой индукторы ЭДС. Индукторные и нагрузочные стержни соединены попарно, образуя отдельные контуры-рамки. Полные сопротивления рамок определяются частотой индуцируемой ЭДС, которая изменяется от частоты питающей сети практически до нуля в двигательном режиме и от нуля до частоты питающей сети и выше при работе в генераторном режиме (частота скольжения S).
При таком изменении частоты полное сопротивление рамок плавно изменяется в десятки раз, обеспечивая плавное изменение частоты вращения в зависимости от нагрузки, режимов работы (генераторный или двигательный) и других факторов. Причем при изменении сопротивления рамок до достижения перегибов механической характеристики обеспечивается равенство Ms моменту Mmax.
Технический результат предложенного способа и созданной на его основе машины заключается в том, что механическая характеристика в переходных режимах формируется автоматически и до точек перегибов обеспечивается равенство текущих моментов Ms максимальному моменту Mmax.
Конструкция машины по сравнению с прототипом упрощается за счет исключения контактных колец и щеточного узла, уменьшаются габариты, повышается надежность.
Указанный технический результат достигается за счет того, что подведенная к статору машины энергия переменного тока создает в нем первичное вращающееся магнитное поле, которое благодаря индукторной связи с ротором наводит в его фазных генераторных стержнях обмотки ЭДС, вызывающую электрический ток в нагрузочных стержнях фазы, не имеющих собственной наведенной ЭДС. Нагрузочные стержни, соединенные с генераторными стержнями, образуют отдельные фазы и меняют свое реактивное сопротивление в зависимости от частоты наведенной ЭДС. Кроме того, нагрузочные стержни формируют продольное первичному (статорному) магнитное поле, обеспечивая тем самым максимальное взаимодействие первичного и вторичного полей, для установления максимального момента на валу во всем диапазоне скольжений. По этой причине ток в роторе всегда снижен и никогда не достигает значений тока короткого замыкания, благодаря чему ослабляется поперечная составляющая вторичного магнитного поля, особенно на пуске и в перегрузочных режимах. Такое ослабление магнитного поля снижает насыщенность стали пакета, улучшая условия возбуждения в генераторном режиме, а также улучшает условия саморегулирования.
На Фиг. 1 изображена механическая характеристика машины с пунктирным наложением семейства частных характеристик для переходных точек при разгоне машины в двигательном режиме и торможении в генераторном режиме.
На Фиг. 2а, Фиг. 2б изображен пример схемы соединения стержней ротора двухполюсной машины с 10 пазами на фоне магнитных полюсов статора и дополнительных полюсов ротора.
На Фиг. 3 изображен пример схемы соединения стержней на лобовых частях ротора двухполюсной машины с 22 пазами.
На Фиг. 4 изображен пример схемы соединения стержней на лобовых частях ротора четырехполюсной машины с 22 пазами.
Конструктивное исполнение, показанное на Фиг. 2а и Фиг. 2б по заявляемому способу, представляет собой асинхронную машину с фазным ротором, содержащую статор с трехфазной симметричной обмоткой 1 и ротор 2 с однослойной обмоткой. Каждая из фаз 3, количество которых равно Z2/2, представляет собой два стержня 4, 4а, выполненных в виде одиночных массивных стержней или нескольких проводников, образующих единый стержень. Один из стержней является генераторным 4, а второй - нагрузочным 4а. Стержни соединены между собой перемычками 5 и образуют фазные рамки 3. Рамки устанавливаются на роторе машины с любым числом пар полюсов статора и любым четным количеством пазов ротора, причем генераторные стержни рамок располагаются в зоне максимума 6 (Фиг. 2) индуцируемой статором ЭДС, а нагрузочные в зоне минимума 7 так, чтобы образовать на роторе новые магнитные полюса 8 с полем, параллельным первичному полю статора 7, усиливая тем самым поле на ограниченном участке ротора, противостоящем первичному полю статора с целью доведения текущего момента Ms до значений максимального Mmax и выше во всем диапазоне изменения скольжения.
Машина работает следующим образом.
При включении в сеть переменного тока с чередованием фаз через обмотки статора начинают протекать токи, создающие вращающееся магнитное поле. Магнитное поле статора имеет ярко выраженную полюсную структуру в местах размещения частей обмотки с максимумом тока и с отсутствием поля в местах размещения обмоток со значениями тока, равными нулю при переходе сетевого напряжения через ноль. В этой области магнитное поле меняет свою полярность. Противостоящие этой области статора стержни ротора оказываются под воздействием интенсивно меняющегося поля, что приводит к индуцированию в них максимума ЭДС. А стержни, которые расположены в области под полюсами со слабым изменением поля, имеют минимальную наведенную ЭДС. Благодаря тому, что первые стержни играют роль генераторов ЭДС и соединены в рамки со стержнями без ЭДС, играющими роль нагрузочных, в рамках начинает протекать ток, определяемый полным сопротивлением рамки на частоте сети. Причем каждая из рамок образует отдельную фазу ротора с частотой тока, равной частоте питающей сети у неподвижной машины. Последовательное соединение генераторного и нагрузочного стержней ослабляет протекающий в рамке ток за счет введенного второго стержня без ЭДС, и результирующее поле каждой рамки оказывается ослабленным. Ослабленное магнитное поле приводит к квадратичному увеличению магнитной проницаемости стали пакета и такому же увеличению сопротивления рамки. Однако рамки разных фаз со стороны нагрузочных стержней перекрывают друг друга, благодаря чему часть ротора, противостоящая магнитному полюсу статора, дополнительно намагничивается, что обеспечивает формирование полюсов ротора, противостоящих полюсам статора и, в конечном итоге, увеличивает силы магнитного взаимодействия между полями ротора и статора до уровня Mmax. Вращающееся первичное поле захватывает вторичное и увлекает ротор в сторону вращения первичного поля. Ротор начинает вращение при максимальных значениях сопротивления рамок, так как у неподвижной машины сопротивление рамки определяется частотой ЭДС, равной частоте питающей сети. Когда ротор начинает вращаться, частота индуцированной ЭДС снижается и в рамках действует разностная частота, называемая частотой скольжения. Сопротивление рамок плавно уменьшается пропорционально частоте скольжения во всем диапазоне переходного режима от момента включения до выхода на установившийся режим. Вращающий момент Ms при этом всегда близок к максимальному до перегиба характеристики на естественном для машины максимальном моменте.
Далее работа машины осуществляется на естественной характеристике вплоть до подсинхронной скорости без нагрузки (режим холостого хода). Частота ЭДС генераторных стержней приближается к нулю, и сопротивление рамок приближается к значению только активной составляющей.
При подведении к валу внешнего вращающего момента, согласного с вращением машины, частота вращения вала возрастает и преодолевает синхронную. При этом частота ЭДС в стержнях переходит через ноль и вновь увеличивается. Машина начинает создавать тормозной момент внешнему источнику механической мощности, а дополнительные полюса ротора начинают намагничивать статор, благодаря чему ЭДС на статорных обмотках увеличивается и возникает ток передачи электрической мощности от машины в сеть. Машина переходит в генераторный режим. При этом частота ЭДС в рамках всегда будет равна разностной частоте, т.е. частоте скольжения, благодаря чему в сеть будет отдаваться только синхронная с сетью энергия, а для возбуждения машина будет расходовать опережающую энергию от сети. Тормозной момент для этих режимов также будет поддерживаться автоматически на уровне близком к моменту максимальному.
Claims (2)
1. Способ формирования механической характеристики бесщеточной асинхронной машины с фазным ротором по п. 2, заключающийся в изменении сопротивления фазных обмоток ротора, отличающийся тем, что с целью автоматического регулирования сопротивления фазной обмотки в переходных режимах для обеспечения максимального момента во всех точках характеристики, области ротора, прилегающие к областям с максимальным изменением поля статора, размагничивают, а области ротора, прилегающие к областям с минимальным изменением поля статора, дополнительно намагничивают путем создания дополнительных полюсов.
2. Асинхронная бесщеточная машина, содержащая статор с трехфазной симметричной обмоткой и ротор с однослойной обмоткой, отличающаяся тем, что обмотка ротора выполнена в виде одиночных массивных стержней или нескольких проводников, образующих единый стержень, концы стержней соединены проводниками попарно в рамки и образуют отдельные фазы ротора, число которых равно половине любого четного числа пазов ротора, причем в каждой паре один из стержней, находясь в зоне максимума индуцируемой эдс, является источником эдс, а второй стержень, находясь в зоне минимума индуцируемой эдс, является нагрузочным сопротивлением, а каждый нагрузочный стержень одной фазы совместно с нагрузочными стержнями других фаз образуют дополнительные полюса с магнитным потоком, параллельным первичному полю статора для любого числа пар полюсов статора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016137725A RU2656884C2 (ru) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Способ формирования механической характеристики асинхронной машины с фазным ротором и бесколлекторная асинхронная машина на основе этого способа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016137725A RU2656884C2 (ru) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Способ формирования механической характеристики асинхронной машины с фазным ротором и бесколлекторная асинхронная машина на основе этого способа |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016137725A RU2016137725A (ru) | 2018-03-23 |
RU2016137725A3 RU2016137725A3 (ru) | 2018-03-23 |
RU2656884C2 true RU2656884C2 (ru) | 2018-06-07 |
Family
ID=61708226
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016137725A RU2656884C2 (ru) | 2016-09-21 | 2016-09-21 | Способ формирования механической характеристики асинхронной машины с фазным ротором и бесколлекторная асинхронная машина на основе этого способа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656884C2 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2168497A (en) * | 1984-12-18 | 1986-06-18 | Toshiba Kk | Load state detecting apparatus of an induction motor |
EP0698795A3 (en) * | 1994-08-22 | 1997-04-09 | Liberty Technologies Inc | Method and apparatus for determining the mechanical characteristics of multi-phase electric motors |
RU2103785C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1998-01-27 | Валерий Павлович Матвеичев | Электрический двигатель |
JPH10234166A (ja) * | 1997-02-19 | 1998-09-02 | Hitachi Ltd | 誘導電動機の回転子 |
RU2143121C1 (ru) * | 1998-06-02 | 1999-12-20 | Ульяновский государственный технический университет | Способ определения характеристик асинхронного двигателя и устройство для его реализации |
US6619300B2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-09-16 | Robert Victor Marcon | Flavor enhanced protective dental floss |
RU2391680C1 (ru) * | 2008-12-15 | 2010-06-10 | Научно-производственное объединение "ЭЛСИБ" Открытое акционерное общество | Способ определения параметров и рабочих характеристик асинхронного двигателя без сопряжения с нагрузочным устройством |
CN104090236A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-08 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 一种感应电动机静态特性的研究方法 |
RU2552384C2 (ru) * | 2009-08-19 | 2015-06-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Короткозамкнутый ротор с пусковым стержнем |
-
2016
- 2016-09-21 RU RU2016137725A patent/RU2656884C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2168497A (en) * | 1984-12-18 | 1986-06-18 | Toshiba Kk | Load state detecting apparatus of an induction motor |
EP0698795A3 (en) * | 1994-08-22 | 1997-04-09 | Liberty Technologies Inc | Method and apparatus for determining the mechanical characteristics of multi-phase electric motors |
RU2103785C1 (ru) * | 1996-03-20 | 1998-01-27 | Валерий Павлович Матвеичев | Электрический двигатель |
JPH10234166A (ja) * | 1997-02-19 | 1998-09-02 | Hitachi Ltd | 誘導電動機の回転子 |
RU2143121C1 (ru) * | 1998-06-02 | 1999-12-20 | Ульяновский государственный технический университет | Способ определения характеристик асинхронного двигателя и устройство для его реализации |
US6619300B2 (en) * | 2000-12-18 | 2003-09-16 | Robert Victor Marcon | Flavor enhanced protective dental floss |
RU2391680C1 (ru) * | 2008-12-15 | 2010-06-10 | Научно-производственное объединение "ЭЛСИБ" Открытое акционерное общество | Способ определения параметров и рабочих характеристик асинхронного двигателя без сопряжения с нагрузочным устройством |
RU2552384C2 (ru) * | 2009-08-19 | 2015-06-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Короткозамкнутый ротор с пусковым стержнем |
CN104090236A (zh) * | 2014-06-30 | 2014-10-08 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 一种感应电动机静态特性的研究方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016137725A (ru) | 2018-03-23 |
RU2016137725A3 (ru) | 2018-03-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Knight et al. | Design and analysis of brushless doubly fed reluctance machines | |
US6326713B1 (en) | A.C. electrical machine and method of transducing power between two different systems | |
Chalmers | Electric motor handbook | |
JP4792066B2 (ja) | 交流励磁同期発電機及び交流励磁同期発電システム | |
Kioskeridis et al. | Maximum efficiency in single-pulse controlled switched reluctance motor drives | |
US20150008777A1 (en) | Synchronous electric machine | |
Saeed et al. | Design and analysis of dual rotor multi-tooth flux switching machine for wind power generation | |
Pérez-Loya et al. | Demonstration of synchronous motor start by rotor polarity inversion | |
JP6755435B1 (ja) | 回転子および回転電機 | |
RU2656884C2 (ru) | Способ формирования механической характеристики асинхронной машины с фазным ротором и бесколлекторная асинхронная машина на основе этого способа | |
Ghasemian et al. | A comparative analysis of permanent magnet flux reversal generators with distributed and concentrated winding | |
Zhang et al. | Design and performance analysis of segmental rotor type 12/8 switched reluctance motor | |
RU2393613C1 (ru) | Способ повышения эффективности работы асинхронной короткозамкнутой электрической машины и асинхронная короткозамкнутая электрическая машина (варианты) | |
US10770999B2 (en) | Brushless, self-excited synchronous field-winding machine | |
Liptak et al. | Equivalent circuit of switched reluctance generator based on DC series generator | |
Zhang et al. | A segmental rotor type 12/8 switched reluctance motor: Concept, design and analysis | |
CN101976923A (zh) | 二次谐波励磁的混合励磁永磁电机 | |
Zhu et al. | Performance analysis on a surface-mounted permanent magnet synchronous generator with hybrid excitation based on equivalent magnetic circuit | |
CN104638860A (zh) | 谐波自励混合磁极交流励磁机 | |
Hamouda et al. | A New Constructed Geometry of a Switched Reluctance Motor for Reduced Torque Ripple. | |
RamKumar et al. | Selection of pole numbers for a 1 kW switched reluctance generator for wind energy conversion by electromagnetic considerations | |
RU2503117C2 (ru) | Электромашинный преобразователь частоты (варианты) | |
CN200997553Y (zh) | 具有双电励调压功能的永磁中频无刷三相同步发电机 | |
US20050179331A1 (en) | Energy conversion apparatus with induction machine and method for operating the same | |
RU2031516C1 (ru) | Асинхронный регулируемый двигатель |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180922 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190924 |