RU2672032C1 - Asynchronous low-current engine with concentrated poles and power supply from electronic controlled source of current special trapezoidal form - Google Patents

Asynchronous low-current engine with concentrated poles and power supply from electronic controlled source of current special trapezoidal form Download PDF

Info

Publication number
RU2672032C1
RU2672032C1 RU2017140847A RU2017140847A RU2672032C1 RU 2672032 C1 RU2672032 C1 RU 2672032C1 RU 2017140847 A RU2017140847 A RU 2017140847A RU 2017140847 A RU2017140847 A RU 2017140847A RU 2672032 C1 RU2672032 C1 RU 2672032C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
pole
current
stator
low
Prior art date
Application number
RU2017140847A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Стексов
Анатолий Михайлович Стексов
Иван Михайлович Стексов
Original Assignee
Владимир Михайлович Стексов
Анатолий Михайлович Стексов
Иван Михайлович Стексов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Михайлович Стексов, Анатолий Михайлович Стексов, Иван Михайлович Стексов filed Critical Владимир Михайлович Стексов
Priority to RU2017140847A priority Critical patent/RU2672032C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2672032C1 publication Critical patent/RU2672032C1/en
Priority to PCT/RU2018/000745 priority patent/WO2019103654A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • 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
    • H02K17/30—Structural association of asynchronous induction motors with auxiliary electric devices influencing the characteristics of the motor or controlling the motor, e.g. with impedances or switches

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to low-speed asynchronous motors powered by an electronically controlled trapezoidal current source. Low-speed asynchronous motor powered from an electronically controlled trapezoidal current source comprises a stator with a two-phase multi-pole winding, each pole of which is concentrated on one tooth division with the same induction in the gap of each pole tooth and is located on the inner side of the stator in a periodic sequence, the north pole of the first phase – the north pole of the second phase – the south pole of the first phase – the south pole of the second phase (…-N1-N2-S1-S2), two electronically controlled current sources. Output of the first current source is connected to the output of the winding of the first phase, and the other one, respectively, to the output of the second phase. Electronic unit with two outputs generates periodic signals for setting the current of phases of a trapezoidal shape with a positive trapezium in the first and negative in the second half-periods shifted in time by a quarter of the period.EFFECT: increase of efficiency.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу. Аналогами являются, например, известные обычные многофазные асинхронные электродвигатели (1. Иванов-Смоленский В.А. Электрические машины. В 2-х Т. Том 1. - М.: Издательство МЭИ, 2004-656 с., с. 291-300., 2. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии. М.: Энергия, 1973, с 400). 3. Копылов И.П. Проектирование электрических машин книга 1. М., «Энергоатомиздат», 1993, с. 244,), в которых каждая фазная обмотка статора является распределенной и выполняемой таким образом, чтобы получить близкое к синусоидальному распределение магнитного поля в зазоре. При питании от сети синусоидального уравновешенного напряжения возникающее магнитное поле является вращающимся с мгновенным, близким к синусоидальному распределению индукции вдоль зазора. Кратное снижение скорости холостого хода, достигаемое увеличением числа пар полюсов при неизменном количестве зубцов статора, приводит к более значительному отклонению формы распределения индукции вдоль зазора от синусоидальной из-за уменьшения числа зубцов в полюсном делении и как следствие, ухудшению условий работы, обусловленное наличием старших гармоник. Наиболее близким по назначению аналогом является низкооборотный асинхронный двигатель (Сеньков А.П., Калмыков А.Н. Сеньков А.А. патент RU 2412518 С, от 05.02.2010, опубликовано 20.02.2011. Бюл. №5).The invention relates to electrical engineering, namely to an electric drive. Analogs are, for example, the well-known conventional multiphase asynchronous electric motors (1. Ivanov-Smolensky V.A. Electric machines. In 2 T. Volume 1. - M .: MEI Publishing House, 2004-656 p., Pp. 291-300 ., 2. Kopylov IP Electromechanical energy converters. M.: Energy, 1973, p. 400). 3. Kopylov I.P. Design of electrical machines book 1. M., "Energoatomizdat", 1993, p. 244,), in which each phase stator winding is distributed and performed in such a way as to obtain a nearly sinusoidal distribution of the magnetic field in the gap. When powered by a sinusoidal balanced voltage network, the resulting magnetic field is rotating with an instantaneous, close to the sinusoidal distribution of induction along the gap. A multiple decrease in idle speed, achieved by increasing the number of pole pairs with an unchanged number of stator teeth, leads to a more significant deviation of the shape of the distribution of induction along the gap from sinusoidal due to a decrease in the number of teeth in pole division and, as a consequence, worsening of working conditions due to the presence of higher harmonics . The closest in purpose analogue is a low-speed induction motor (Senkov A.P., Kalmykov A.N. Senkov A.A. patent RU 2412518 C, dated 05.02.2010, published 02.20.2011. Bull. No. 5).

Предлагаемый авторами изобретения (патент RU 2412518 С) низкооборотный асинхронный электродвигатель содержит статор с многофазной обмоткой и ротор с шихтованным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой. Фазы статора выполнены в виде кольцевых обмоток, соосных с ротором, каждая из которых расположена между двумя кольцевыми магнитопроводами с зубцами, выступающими в осевом направлении и направленными встречно. Каждому зубцу соответствует полюс, причем зубцы принадлежащие двум разным кольцевым магнитопроводам одной и той-же фазы создают противоположные полюса за счет прохождения линий магнитного поля через зазоры и ротор. Магнитопроводы фазы смещены относительно друг друга на угол π/z и между ними размещен тороидальный магнитопровод, а кольцевые магнитопроводы разных фаз смещены относительно друг друга на угол 2π/z⋅m, где z - число зубцов каждого из кольцевых магнитопроводов, m - число фаз. При протекании фазных токов создается вращающееся магнитное поле и вращающий момент.Proposed by the inventors (patent RU 2412518 C), a low-speed induction motor comprises a stator with a multiphase winding and a rotor with a lined magnetic circuit and a short-circuited winding. The stator phases are made in the form of ring windings coaxial with the rotor, each of which is located between two ring magnetic circuits with teeth protruding in the axial direction and directed counterclockwise. Each tooth corresponds to a pole, and the teeth belonging to two different annular magnetic circuits of the same phase create opposite poles due to the passage of magnetic field lines through the gaps and the rotor. The phase magnetic cores are offset relative to each other by an angle π / z and a toroidal magnetic circuit is placed between them, and the ring magnetic cores of different phases are offset relative to each other by an angle 2π / z⋅m, where z is the number of teeth of each of the ring magnetic cores, m is the number of phases. When phase currents flow, a rotating magnetic field and torque are created.

К недостатку относится равномерное распределение индукции вдоль зазора каждого полюса прямоугольной формы. В результате наряду с основной гармоникой распределения индукции в зазоре имеются значительные старшие гармоники, неблагоприятно влияющие на работу двигателя.The disadvantage is the uniform distribution of induction along the gap of each pole of a rectangular shape. As a result, along with the fundamental harmonic of the induction distribution, there are significant higher harmonics in the gap that adversely affect the operation of the engine.

Предлагаемое нами изобретение в отличие выше приведенных решений по обычным асинхронным электродвигателям (патент RU 2412518 С) позволяет создать, низкооборотный асинхронный электродвигатель, с большим числом пар полюсов и наибольшим вращающим моментом при подключении к электронному управляемому по частоте источнику тока трапециидальной формы.Our invention, in contrast to the above solutions for conventional induction motors (patent RU 2412518 C), allows you to create a low-speed induction motor with a large number of pole pairs and the highest torque when connected to an electronically controlled frequency source with a trapezoidal current source.

Низкооборотный асинхронный двигатель с питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапециидальной формы содержит статор с двухфазной многополюсной сосредоточенной обмоткой, каждый полюс которого представляется одним зубцовым делением расположенным на внутренней стороне статора в периодической последовательности: северный полюс первой фазы - северный полюс второй фазы - южный полюс первой фазы - южный полюс второй фазы (…-N1-N2-S1-S2-…), два электронных управляемых по частоте источника тока, выход первого соединен с выводом обмотки первой фазы, выход другого соответственно второй фазы (фиг. 1). Электронный блок 1 (фиг. 1) с двумя выходами формирует периодические сигналы задания тока фаз трапециидальной формы, регулируемых по частоте. Входной сигнал этого блока задает частоту выходного сигнала с положительной трапецией в первом и отрицательной во втором полупериодах, сдвинутых по времени на четверть периода (фиг. 2). Выходные сигналы подаются на входы электронных источников тока 2 и 3.A slow-speed asynchronous motor powered by an electronically controlled frequency source of a trapezoidal current source contains a stator with a two-phase multipolar concentrated winding, each pole of which is represented by one tooth division located on the inner side of the stator in a periodic sequence: the north pole of the first phase - the north pole of the second phase - the south pole the first phase - the south pole of the second phase (... -N1-N2-S1-S2- ...), two electronic frequency-controlled current sources, the output of the first is connected to vodom first phase coil, the other output, respectively, of the second phase (Fig. 1). The electronic unit 1 (Fig. 1) with two outputs generates periodic signals for setting the current of the phases of the trapezoidal shape, adjustable in frequency. The input signal of this block sets the frequency of the output signal with a positive trapezoid in the first and negative in the second half-periods, shifted in time by a quarter of the period (Fig. 2). The output signals are fed to the inputs of electronic current sources 2 and 3.

Главное отличие от прототипа низкооборотного асинхронного двигателя состоит в конструктивном переходе от кольцевой фазной обмотки статора к сосредоточенной на одном или нескольких зубцах, с питанием от источника периодического тока трапециидальной формы, управляемого по частоте.The main difference from the prototype of a low-speed induction motor consists in a constructive transition from an annular phase winding of a stator to a one focused on one or several teeth, powered by a frequency-controlled trapezoidal current source.

Сечение ярма магнитопровода статора и полого ротора выполняется равным наименьшему сечению зубца с целью уменьшения веса. Сосредоточенные обмотки зубцов выполняются всыпными и одинаковыми. Число стержней короткозамкнутого ротора должно быть большим или равным двум в полюсном делении.The cross section of the yoke of the stator magnetic circuit and the hollow rotor is equal to the smallest tooth section in order to reduce weight. The concentrated windings of the teeth are made loose and the same. The number of squirrel cage rotor rods must be greater than or equal to two in the pole division.

Изготовление всех узлов и деталей низкооборотного асинхронного электродвигателя с сосредоточенными полюсами возможно на технологическом оборудовании с применением оснастки и процессов, используемых для изготовления обычных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.The manufacture of all components and parts of a low-speed asynchronous electric motor with concentrated poles is possible on technological equipment using tools and processes used for the manufacture of conventional asynchronous squirrel-cage electric motors.

Сущность изобретения состоит в том, что в соответствии с диаграммой токов фаз (фиг. 2) в любую четверть периода в зазоре одного полюсного деления с линейно изменяющимся током обмотки при синхронной скорости создается магнитный поток, линейно изменяющийся в пределах от -Фmax до +Фmax. В контурах ротора, охватывающих магнитный поток этого полюса составленных двумя параллельными стержнями, находящихся в полюсных делениях соседних полюсов и замкнутых кольцами, индуцируется электродвижущая сила Еи The essence of the invention lies in the fact that in accordance with the phase current diagram (Fig. 2) in any quarter of the period in the gap of one pole division with a linearly varying winding current at a synchronous speed, a magnetic flux is created that varies linearly from -F max to + F max. An electromotive force E and

Figure 00000001
Figure 00000001

Т - период трапециидального колебания тока, В - индукция в зазоре, l - длина стержня, d - линейная длина дуги полюсного деления.T is the period of the trapezoidal current oscillation, B is the induction in the gap, l is the rod length, d is the linear length of the pole division arc.

Индуцируемая электродвижущая сила неизменна в течении всей четверти периода и максимальна при трапециидальной диаграмме тока.The induced electromotive force is unchanged throughout the entire quarter period and is maximum at the trapezoidal current diagram.

Под действием индуцированного тока в указанных стержнях возникает сила, действующая в одном и том-же направлении в соответствии с законами электромагнитной индукции и электромагнитного взаимодействия.Under the action of the induced current, a force arises in the indicated rods acting in the same direction in accordance with the laws of electromagnetic induction and electromagnetic interaction.

При вращении ротора с линейной скоростью в зазоре v в направлении действия силы в стержне возникает электродвижущая сила Еп, противоположная по знаку индуцируемойWhen the rotor rotates with a linear speed in the gap v in the direction of the force in the rod, an electromotive force E p appears, which is opposite in sign to the induced

Eп=BlvE p = Blv

Для двух стержней электродвижущая сила Еп удваиваетсяFor two rods, the electromotive force E p doubles

Сумма Еи и Епд при линейной синхронной скорости vc равна нулю, что позволяет представить ее какThe sum of E and and E pd at a linear synchronous speed v c is equal to zero, which allows us to represent it as

vc=4dƒv c = 4dƒ

ƒ - частота периодического трапециидального тока источника.ƒ is the frequency of the periodic trapezoidal current of the source.

Технический результат состоит в том, что позволяет создать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, обладающим низкой синхронной скоростью, с максимальным вращающим не пульсирующим моментом, а также в уменьшении веса низкооборотного асинхронного двигателя при неизменном внутреннем диаметре статора, без существенного изменения технологии изготовления.The technical result is that it allows you to create an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor with a low synchronous speed, with a maximum rotating non-pulsating moment, as well as to reduce the weight of a low-speed asynchronous motor with a constant inner diameter of the stator, without a significant change in manufacturing technology.

Область применения предлагаемого изобретения асинхронного двигателя с низкой синхронной скоростью и питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапециидальной формы, позволяет создать электропривод типа мотор-колесо с максимальным вращающим моментом на низких частотах вращения и наименьшим весом по сравнению с приведенными аналогами низкооборотных асинхронных двигателей, а также электроприводов разнообразных механизмов без понижающих редукторов.The scope of the invention of an asynchronous motor with a low synchronous speed and power from an electronically controlled frequency source of current of a trapezoidal shape, allows you to create an electric motor-wheel type with maximum torque at low speeds and lower weight compared to the above analogs of low-speed induction motors, and also electric drives of various mechanisms without reduction gears.

Claims (1)

Низкооборотный асинхронный двигатель, содержащий фазы статора в виде кольцевых обмоток, расположенных между двумя кольцевыми магнитопроводами с встречно направленными зубцами, причем кольцевые магнитопроводы смещены на равные углы фазного деления, отличающийся тем, что содержит статор с двухфазной многополюсной обмоткой, каждый полюс которой сосредоточен на одном зубцовом делении и расположен на внутренней стороне статора в периодической последовательности северный полюс первой фазы - северный полюс второй фазы - южный полюс первой фазы - южный полюс второй фазы (…-N1-N2-S1-S2-…), с питанием от электронных управляемых электронным блоком источников тока трапецеидальной формы, с положительной трапецией в первом и отрицательной во втором полупериодах, сдвинутых по времени на четверть периода.A low-speed asynchronous motor containing stator phases in the form of ring windings located between two ring magnetic circuits with opposing teeth, and the circular magnetic circuits are offset by equal angles of phase division, characterized in that it contains a stator with a two-phase multipolar winding, each pole of which is concentrated on one tooth division and is located on the inner side of the stator in a periodic sequence the north pole of the first phase - the north pole of the second phase - the south pole of the first phase - the south pole of the second phase (... -N1-N2-S1-S2- ...), powered by trapezoidal current sources electronically controlled by the electronic unit, with positive trapezoid in the first and negative in the second half-time, shifted in time by a quarter of the period.
RU2017140847A 2017-11-23 2017-11-23 Asynchronous low-current engine with concentrated poles and power supply from electronic controlled source of current special trapezoidal form RU2672032C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140847A RU2672032C1 (en) 2017-11-23 2017-11-23 Asynchronous low-current engine with concentrated poles and power supply from electronic controlled source of current special trapezoidal form
PCT/RU2018/000745 WO2019103654A1 (en) 2017-11-23 2018-11-14 Low-speed induction motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017140847A RU2672032C1 (en) 2017-11-23 2017-11-23 Asynchronous low-current engine with concentrated poles and power supply from electronic controlled source of current special trapezoidal form

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2672032C1 true RU2672032C1 (en) 2018-11-08

Family

ID=64103242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017140847A RU2672032C1 (en) 2017-11-23 2017-11-23 Asynchronous low-current engine with concentrated poles and power supply from electronic controlled source of current special trapezoidal form

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2672032C1 (en)
WO (1) WO2019103654A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU83001A1 (en) * 1949-01-11 1949-11-30 М.И. Коновалов Asynchronous motor
US3394276A (en) * 1965-01-28 1968-07-23 Cafici Giuseppe Asynchronous electric motor
RU2088029C1 (en) * 1995-01-10 1997-08-20 Чувашский государственный университет Split-phase ac motor
RU2283527C2 (en) * 2003-08-25 2006-09-10 Андрей Алексеевич Сеньков Low-speed induction motor
RU2412518C1 (en) * 2010-02-05 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Low-speed asynchronous electric motor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU83001A1 (en) * 1949-01-11 1949-11-30 М.И. Коновалов Asynchronous motor
US3394276A (en) * 1965-01-28 1968-07-23 Cafici Giuseppe Asynchronous electric motor
RU2088029C1 (en) * 1995-01-10 1997-08-20 Чувашский государственный университет Split-phase ac motor
RU2283527C2 (en) * 2003-08-25 2006-09-10 Андрей Алексеевич Сеньков Low-speed induction motor
RU2412518C1 (en) * 2010-02-05 2011-02-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" Low-speed asynchronous electric motor

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019103654A1 (en) 2019-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shuraiji et al. A novel partitioned stator flux reversal permanent magnet linear machine
US20110163623A1 (en) Electrical machines
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
US20150008777A1 (en) Synchronous electric machine
KR20180129759A (en) Snow fast slip synchronous machine
RU2672032C1 (en) Asynchronous low-current engine with concentrated poles and power supply from electronic controlled source of current special trapezoidal form
RU2719685C1 (en) Electric motor stator
RU203611U1 (en) Polyphase Synchronous Electric Motor
Kataoka et al. Design of high torque PM vernier motor
RU2095923C1 (en) Synchronous electric motor with integral multifunctional exciter without brushes
RU2704805C2 (en) Universal cascade multiphase axial magnetoelectric generator
Akita et al. Experimental characteristics of a line-start permanent magnet motor
RU2559197C2 (en) Multiphase ac electric machine
Li et al. A Linear-Rotating Axial Flux Permanent Magnet Generator for Direct Drive Wave Energy Conversion
RU2478250C1 (en) Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor
RU115130U1 (en) ELECTRIC MACHINE
KR101062154B1 (en) generator
RU180945U1 (en) MAGNETOELECTRIC MICRO-MOTOR
RU2723297C1 (en) Motor stator
RU203008U1 (en) IMPROVED FEEDBACK AC GENERATOR
RU2503117C2 (en) Rotary frequency changer (versions)
Dey et al. A novel magnetic geared switched reluctance motor with reduced number of air-gaps
RU2674465C2 (en) Source of direct current, installed on synchronous step engine, with increased output power
Chen et al. Modular stator structure permanent magnet synchronous machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20191124