RU2757459C1 - Синхронный электродвигатель - Google Patents
Синхронный электродвигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757459C1 RU2757459C1 RU2021106646A RU2021106646A RU2757459C1 RU 2757459 C1 RU2757459 C1 RU 2757459C1 RU 2021106646 A RU2021106646 A RU 2021106646A RU 2021106646 A RU2021106646 A RU 2021106646A RU 2757459 C1 RU2757459 C1 RU 2757459C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic circuits
- rotor
- angle
- phases
- synchronous electric
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (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. В предлагаемом синхронном электродвигателе С-образные магнитопроводы 5–8 статора выполнены шихтованными из электротехнической стали, имеют плоские рабочие зазоры и объединены в единую конструкцию с помощью корпуса 9 и подшипникового щита 10, выполненных из немагнитного материала. На С-образных магнитопроводах 5–8, расположенных под углом π/2 относительно друг друга, имеются фазы 1–4 обмотки статора, питаемые переменными напряжениями, сдвинутыми по фазе на угол π/4. Ротор 14 выполнен из ферромагнитного материала, установлен на валу 13 и имеет форму цилиндра, смещенного относительно оси вращения. За счет применения четырех магнитопроводов и четырех одинаковых фаз обмотки статора, а также за счет выполнения магнитопроводов трапецеидальной формы в зоне рабочего зазора достигается технический результат, заключающийся в повышении энергетических характеристик и упрощении конструкции при вращении с повышенной скоростью. 5 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 малой площадью магнитопроводов в зоне рабочих зазоров, а также сложность конструкции в связи с различием обмоточных данных фаз обмотки статора.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении энергетических характеристик и упрощении конструкции.
Технический результат достигается тем, что в синхронном электродвигателе, имеющем 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 и охватывают цилиндрический ротор, смещенный относительно оси вращения, применены четыре магнитопровода, расположенные под углом π/2, имеющие трапецеидальную форму в зоне рабочего зазора и содержащие четыре фазы обмотки, напряжения которых сдвинуты по фазе на угол π/4 относительно друг друга.
Сущность технического решения поясняется фиг. 1 – 5, где
Фиг. 1 – поперечное сечение электродвигателя;
Фиг. 2 – продольное сечение электродвигателя;
Фиг. 3 – векторная диаграмма фазных токов;
Фиг. 4 – графики фазных токов;
Фиг. 5 – положения ротора в различные моменты времени.
На фиг. 1 – 2 обозначено:
1 – 4 – фазы обмотки; 5 – 8 – магнитопроводы; 9 – корпус; 10 – подшипниковый щит; 11, 12 – подшипники; 13 – вал; 14 – ротор. Шихтованные магнитопроводы 5 – 8 выполнены из электротехнической стали, имеют С-образную форму и установлены на корпусе 9 и подшипниковом щите 10 под углом π/2 относительно друг друга. На них установлены фазы 1 – 4 обмотки статора.
Магнитопроводы 5 – 8 объединены в единую конструкцию с помощью корпуса 9 и подшипникового щита 10, выполненных из немагнитного материала. Ротор 14 выполнен из ферромагнитного материала. Он имеет форму цилиндра, смещенного относительно оси вала 13, опирающегося на подшипники 11, 12.
Синхронный электродвигатель работает следующим образом.
Фазы обмотки статора питаются переменными токами, сдвинутыми по фазе на угол π/4:
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 вместе с ротором вращается с угловой скоростью 2ω. Например, при частоте питания 50 Гц скорость вращения ротора составляет 6000 об/мин.
Ротор стремится занять положение, при котором максимальная магнитная проводимость и максимум площади перекрытия соответствуют максимуму модулей МДС и магнитной индукции.
На фиг. 4 представлены графики фазных токов обмотки статора . На фиг. 5 показаны положения ротора в моменты времени a, b, …, i. Точки a – i соответствуют моментам времени, сдвинутым по фазе на угол π/8. При этом зоны максимального модуля МДС и соответствующие положения ротора a – i сдвинуты на угол π/4, т.е. на вдвое больший угол. Видно, что между точками a и i интервал времени соответствует половине периода питающих токов, а ротор поворачивается на угол 2π. Он занимает положения, при которых угол между зоной максимума модуля МДС и продольной осью ротора составляет угол π/2, что соответствует максимуму реактивного момента при одном полюсе ротора.
Мощность магнитных потерь в магнитопроводах на гистерезис и вихревые токи определяется формулой
Здесь f – частота перемагничивания; m c – масса стали; B m – амплитуда магнитной индукции; η, ξ – коэффициенты потерь на гистерезис и вихревые токи. Уменьшение частоты f токов в обмотке статора в два раза при сохранении скорости вращения значительно снижает мощность магнитных потерь.
Применение четырех фаз обмотки статора облегчает формирование управляющих сигналов, например, от синусно-косинусного вращающегося трансформатора и в случае применения микропроцессорного контроллера.
Электродвигатель имеет четыре фазы с одинаковыми обмоточными данными, что упрощает конструкцию.
Электромагнитный момент определяется формулой
Здесь Λ k – магнитная проводимость между ротором и k-м магнитопроводом; w – число витков фаз обмотки статора.
Если
то
Здесь Λ m – амплитуда переменных составляющих магнитных проводимостей Λ k ; α – угол поворота ротора, отсчитываемый от оси фазы 1 до продольной оси ротора.
Электромагнитный момент электродвигателя с четырьмя фазами обмотки статора определяется выражением
Магнитная проводимость рабочего воздушного зазора для одного магнитопровода определяется формулой
где магнитная постоянная; S – площадь между магнитопроводом и ротором; δ – воздушный зазор между ними.
Выполнение магнитопроводов трапецеидальной формы в зоне рабочего зазора увеличивает максимальную площадь S, амплитуду Λ m переменных составляющих магнитных проводимостей Λ k и электромагнитный момент М.
Таким образом, благодаря применению четырех магнитопроводов, расположенных под углом π/2, имеющих трапецеидальную форму в зоне рабочего зазора и содержащих четыре одинаковые фазы обмотки статора, напряжения которых сдвинуты по фазе на угол π/4 относительно друг друга, получен синхронный электродвигатель с повышенными энергетическими характеристиками и упрощенной конструкцией.
Claims (1)
- 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 и охватывают цилиндрический ротор, смещенный относительно оси вращения, отличающийся тем, что применены четыре магнитопровода, расположенные под углом π/2, имеющие трапецеидальную форму в зоне рабочего зазора и содержащие четыре фазы обмотки, напряжения которых сдвинуты по фазе на угол π/4 относительно друг друга.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106646A RU2757459C1 (ru) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Синхронный электродвигатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021106646A RU2757459C1 (ru) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Синхронный электродвигатель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757459C1 true RU2757459C1 (ru) | 2021-10-18 |
Family
ID=78286666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021106646A RU2757459C1 (ru) | 2021-03-15 | 2021-03-15 | Синхронный электродвигатель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757459C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2356155C1 (ru) * | 2008-04-11 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева | Синхронный электродвигатель |
US20110030419A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Hitachi Appliances, Inc. | Self-starting permanent magnet synchronous motor and compressor and refrigeration cycle using the same |
RU2543522C2 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Механотроника" | Мехатронное устройство |
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 |
CN111541351A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-14 | 南京理工大学 | 一种双定子单转子轴向磁场混合励磁同步电机 |
-
2021
- 2021-03-15 RU RU2021106646A patent/RU2757459C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2356155C1 (ru) * | 2008-04-11 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева | Синхронный электродвигатель |
US20110030419A1 (en) * | 2009-08-07 | 2011-02-10 | Hitachi Appliances, Inc. | Self-starting permanent magnet synchronous motor and compressor and refrigeration cycle using the same |
RU2543522C2 (ru) * | 2013-07-23 | 2015-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Механотроника" | Мехатронное устройство |
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 |
CN111541351A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-14 | 南京理工大学 | 一种双定子单转子轴向磁场混合励磁同步电机 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2704308C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2604058C1 (ru) | Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией | |
EP2528207A1 (en) | Brushless electric machine | |
US8004133B2 (en) | Epitrochoidal electric motor | |
KR20130051398A (ko) | 전자기 장치 | |
WO2021025547A1 (ru) | Универсальный генератор-двигатель баялиева | |
RU2757459C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2311715C1 (ru) | Синхронная электрическая машина | |
RU2757423C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
Tatevosyan | The calculation of the magnetic field of the synchronous magnetoelectric generator | |
RU2499344C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2761085C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2545167C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
BRPI0720940A2 (pt) | Máquina elétrica motriz ou geradora polifásica e uso da mesma | |
WO2009051515A1 (fr) | Machine électrique synchrone | |
RU2188494C1 (ru) | Вентильный электродвигатель с встроенными датчиками скорости и углового положения ротора | |
RU124457U1 (ru) | Синхронная электрическая машина с осевым магнитным потоком | |
RU2478250C1 (ru) | Редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором | |
RU2059994C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU174156U1 (ru) | Многостаторный асинхронный двигатель | |
Liu et al. | Comparison study of doubly excited brushless reluctance machine with different rotor pole numbers | |
RU2802788C1 (ru) | Двухфазная синхронная вентильно-индукторная электрическая машина | |
RU2499343C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
JP2803299B2 (ja) | 永久磁石回転機 |