RU2757423C1 - Синхронный электродвигатель - Google Patents
Синхронный электродвигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757423C1 RU2757423C1 RU2021108829A RU2021108829A RU2757423C1 RU 2757423 C1 RU2757423 C1 RU 2757423C1 RU 2021108829 A RU2021108829 A RU 2021108829A RU 2021108829 A RU2021108829 A RU 2021108829A RU 2757423 C1 RU2757423 C1 RU 2757423C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- magnetic circuits
- synchronous electric
- electric motor
- winding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/02—Synchronous motors
- H02K19/04—Synchronous motors for single-phase current
- H02K19/06—Motors having windings on the stator and a variable-reluctance soft-iron rotor without windings, e.g. inductor motors
-
- 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
- H02K3/12—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors arranged in slots
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/06—Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть применено в электромеханических системах с большими скоростями вращения, например, в компрессоростроении. Технический результат заключается в повышении энергетических характеристик при вращении с повышенной скоростью при питании от трехфазной сети. Технический результат достигается за счет введения неподвижной обмотки возбуждения 19, имеющей вид кольца с трапецеидальным сечением и питаемой переменным током, и выполнения кольцевой проточки ротора 18. В синхронном электродвигателе С-образные магнитопроводы 7-12 статора выполнены шихтованными из электротехнической стали, имеют плоские рабочие зазоры и объединены в единую конструкцию с помощью подшипниковых щитов 13, 14, выполненных из немагнитного материала. На С-образных магнитопроводах 7-12 имеются фазы 1-6 обмотки статора, питаемые переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе на угол, равный половине пространственного сдвига С-образных магнитопроводов. Ротор 18 выполнен из ферромагнитного материала, установлен на валу 17 и имеет форму цилиндра, смещенного относительно оси. 4 ил.
Description
Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть применено в электромеханических системах с большими скоростями вращения, например, в компрессоростроении.
Известен синхронный электродвигатель, имеющий шихтованный магнитопровод статора с многофазной обмоткой и реактивный ферромагнитный ротор. Обмотка статора получает питание от инвертора частоты, вырабатывающего систему напряжений согласно требуемой скорости вращения (Г.Б. Онищенко «Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. заведений». 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 288 с.) – [1].
Его недостатком является сложность схемы питания.
Известен синхронный электродвигатель, имеющий П-образные магнитопроводы статора с сосредоточенной многофазной обмоткой и реактивный ферромагнитный ротор с явно выраженными полюсами (патент РФ № 2159494, H02K19/06, H02K1/06, опубл. 20.11.2000) – [2].
Его недостатком является низкая скорость вращения. Например, при частоте питания 50 Гц, трех П-образных магнитопроводах статора и двух полюсах на роторе скорость вращения ротора составляет 1500 об/мин.
Известен синхронный электродвигатель, имеющий П-образные шихтованные магнитопроводы статора с многофазной сосредоточенной обмоткой, фазы обмотки питаются переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе на угол, меньший пространственного сдвига П-образных магнитопроводов, а ротор содержит два зубца, смещенных по оси и имеющих одинаковое угловое положение (патент РФ № 2499344, H02K19/06, H02K1/06, опубл. 20.11.2013) – [3].
Его недостатком является сложность конструкции и большой момент инерции ротора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по конструкции и достигаемому эффекту является синхронный электродвигатель, имеющий шихтованные магнитопроводы статора с многофазной сосредоточенной обмоткой, фазы которой питаются напряжениями, сдвинутыми по фазе на угол, меньший пространственного сдвига магнитопроводов, и ферромагнитный ротор, магнитопроводы статора имеют С-образную форму с плоскими рабочими зазорами, а цилиндрический ротор смещен относительно оси вращения (патент РФ № 2704308, H02K1/06, Н02К 19/06, Н02К 41/06, опубл. 28.10.2019) – [4].
Его недостатком являются низкие энергетические характеристики в связи с реактивной природой электромагнитного момента, пропорционального квадрату фазных токов обмотки.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении энергетических характеристик.
Технический результат достигается тем, что в синхронный электродвигатель, имеющий шихтованные магнитопроводы статора с многофазной сосредоточенной обмоткой, фазы которой питаются напряжениями, сдвинутыми по фазе на угол, вдвое меньший пространственного сдвига магнитопроводов, и ферромагнитный ротор, магнитопроводы статора имеют С-образную форму с плоскими рабочими зазорами и охватывают цилиндрический ротор, смещенный относительно оси вращения, введена неподвижная кольцевая обмотка возбуждения, имеющая трапецеидальное сечение и питаемая переменным током, а ротор имеет клинообразную проточку.
Сущность технического решения поясняется фиг. 1-4, где
Фиг. 1 – поперечное сечение электродвигателя;
Фиг. 2 – продольное сечение электродвигателя;
Фиг. 3 – графики фазных токов и тока возбуждения;
Фиг. 4 – зависимость электромагнитного момента от угла поворота ротора.
На фиг. 1 – 2 обозначено:
1 – 6 – первая – шестая фазы обмотки статора;
7 – 12 – первый – шестой магнитопроводы статора;
13, 14 – подшипниковые щиты;
15, 16 – подшипники;
17 – вал;
18 – ротор;
19 – обмотка возбуждения.
С-образные магнитопроводы 7-12 статора выполнены шихтованными из электротехнической стали и расположены под углом 60 градусов относительно друг друга. Они объединены в единую конструкцию с помощью подшипниковых щитов 13, 14, выполненных из немагнитного материала. На С-образных магнитопроводах 7-12 установлены фазы 1-6 обмотки статора. Ротор 18 выполнен из ферромагнитного материала. Он имеет форму цилиндра с клинообразной проточкой, смещенного относительно оси вала 17, опирающегося на подшипники 15, 16. Ротор входит в зазоры между магнитопроводами 7-12. На статоре установлена неподвижная обмотка возбуждения 19, имеющая форму кольца с трапецеидальным сечением и входящая в проточку ротора.
Синхронный электродвигатель работает следующим образом.
Фазы 1-6 обмотки статора питаются переменными токами, сдвинутыми по фазе на угол π/6:
Здесь ω – угловая частота питающих напряжений.
В рабочих воздушных зазорах возникает волна магнитной индукции, соответствующая углу π. За время, соответствующее половине периода синусоидального напряжения, волна магнитной индукции поворачивается на угол 2π. Эта волна вращается с угловой скоростью 2ω. Например, при частоте питания 50 Гц скорость вращения ротора составит 6000 об/мин.
Магнитная проводимость рабочего воздушного зазора для одного магнитопровода определяется формулой
где магнитная постоянная; S – площадь между магнитопроводом и ротором; δ – зазор между ними. Ротор стремится занять положение, при котором максимальная магнитная проводимость и максимум площади перекрытия соответствуют максимуму модулей МДС и магнитной индукции.
На фиг. 3 представлены графики фазных токов обмотки статора и тока возбуждения Видно, что ток возбуждения пропорционален сумме мгновенных значений фазных токов. В качестве аргумента взят угол поворота ротора
Электромагнитный момент определяется формулой
Здесь Λ k – магнитная проводимость между ротором и k-м магнитопроводом; w, w f – числа витков фаз обмотки статора и обмотки возбуждения.
Если
то
Была рассчитана моментная характеристика при следующих значения параметров:
Здесь Λ m – амплитуда переменных составляющих магнитных проводимостей Λ k .
Средний момент электродвигателя определяется выражением
Без обмотки возбуждения момент имеет постоянное значение М 0 = 75 Н⋅м. С обмоткой возбуждения момент изменяется по углу в пределах от 75 до 147,444 Н⋅м, а среднее значение момента – 123,296 Н⋅м.
График моментной характеристики показан на фиг. 4.
Момент состоит из двух компонент – из постоянного реактивного момента М 0 = 75 Н∙м и переменного активного момента, равного нулю в отдельных точках, когда ток возбуждения равен нулю. Показан средний момент М ср = 123,3 Н⋅м. Видна эффективность введения обмотки возбуждения.
Благодаря кольцевой проточке на роторе и выполнению обмотки возбуждения в виде кольца с трапецеидальным сечением возможно уменьшение ее среднего радиуса, что уменьшает ее длину, сопротивление и мощность потерь в ней.
Таким образом, благодаря установке на статоре кольцевой обмотки возбуждения с питанием переменным током, получен синхронный электродвигатель с повышенными энергетическими характеристиками.
Claims (1)
- Синхронный электродвигатель, имеющий шихтованные магнитопроводы статора с многофазной сосредоточенной обмоткой, фазы которой питаются напряжениями, сдвинутыми по фазе на угол, вдвое меньший пространственного сдвига магнитопроводов, и ферромагнитный ротор, магнитопроводы статора имеют С-образную форму с плоскими рабочими зазорами и охватывают цилиндрический ротор, смещенный относительно оси вращения, отличающийся тем, что введена неподвижная кольцевая обмотка возбуждения, имеющая трапецеидальное сечение и питаемая переменным током, а ротор имеет клинообразную проточку.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108829A RU2757423C1 (ru) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | Синхронный электродвигатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108829A RU2757423C1 (ru) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | Синхронный электродвигатель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757423C1 true RU2757423C1 (ru) | 2021-10-15 |
Family
ID=78286617
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021108829A RU2757423C1 (ru) | 2021-04-01 | 2021-04-01 | Синхронный электродвигатель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757423C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU752651A1 (ru) * | 1977-11-01 | 1980-07-30 | Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им. Серго Орджоникидзе | Унипол рный двигатель с кат щимс ротором |
RU2159494C1 (ru) * | 1999-04-12 | 2000-11-20 | Московский государственный авиационный институт (технический университет) | Вентильно-индукторный реактивный двигатель |
CA2830020A1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-09-20 | Concept & Design Ltd. | A planetary push-pull electric motor |
RU2499344C1 (ru) * | 2012-04-16 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Синхронный электродвигатель |
RU2704308C1 (ru) * | 2019-02-18 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Синхронный электродвигатель |
-
2021
- 2021-04-01 RU RU2021108829A patent/RU2757423C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU752651A1 (ru) * | 1977-11-01 | 1980-07-30 | Московский Ордена Ленина Авиационный Институт Им. Серго Орджоникидзе | Унипол рный двигатель с кат щимс ротором |
RU2159494C1 (ru) * | 1999-04-12 | 2000-11-20 | Московский государственный авиационный институт (технический университет) | Вентильно-индукторный реактивный двигатель |
CA2830020A1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-09-20 | Concept & Design Ltd. | A planetary push-pull electric motor |
RU2499344C1 (ru) * | 2012-04-16 | 2013-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" | Синхронный электродвигатель |
RU2704308C1 (ru) * | 2019-02-18 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Синхронный электродвигатель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2704308C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
US9300194B2 (en) | Electromagnetic device | |
RU2390086C1 (ru) | Бесконтактная редукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением | |
RU2757423C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2761085C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2437201C1 (ru) | Бесконтактная электрическая машина с аксиальным возбуждением | |
RU2757459C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2499344C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
BRPI0720940A2 (pt) | Máquina elétrica motriz ou geradora polifásica e uso da mesma | |
JP2009261204A (ja) | ロール形発電機 | |
RU2709024C1 (ru) | Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой | |
WO2009051515A1 (fr) | Machine électrique synchrone | |
RU2437200C1 (ru) | Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением | |
RU2478250C1 (ru) | Редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором | |
Liu et al. | Comparison study of doubly excited brushless reluctance machine with different rotor pole numbers | |
Spas et al. | Comparison of PM machines with concentrated windings for automotive application | |
RU174156U1 (ru) | Многостаторный асинхронный двигатель | |
RU2416858C1 (ru) | Электрическая редукторная машина с явнополюсным якорем | |
RU2603200C1 (ru) | Синхронный элекродвигатель с анизотропной магнитной проводимостью ротора | |
RU2772864C1 (ru) | Магнитный электродвигатель-генератор | |
RU2416860C1 (ru) | Бесконтактная редукторная магнитоэлектрическая машина с явнополюсным якорем | |
RU2773047C1 (ru) | Генератор с двухконтурной обмоткой статора и кольцевым дополнительным неподвижным электромагнитным контуром | |
Shuraiji | The effect of static and dynamic eccentricities on the performance of flux reversal permanent magnet machine | |
RU2437198C1 (ru) | Электрическая редукторная машина с аксиальным возбуждением |