RU2761085C1 - Синхронный электродвигатель - Google Patents
Синхронный электродвигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761085C1 RU2761085C1 RU2021110275A RU2021110275A RU2761085C1 RU 2761085 C1 RU2761085 C1 RU 2761085C1 RU 2021110275 A RU2021110275 A RU 2021110275A RU 2021110275 A RU2021110275 A RU 2021110275A RU 2761085 C1 RU2761085 C1 RU 2761085C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- magnetic circuits
- winding
- excitation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/02—Synchronous motors
- H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
- H02K19/12—Synchronous motors for multi-phase current characterised by the arrangement of exciting windings, e.g. for self-excitation, compounding or pole-changing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники, в частности к синхронным электродвигателям с реактивным ротором. В синхронном электродвигателе С-образные магнитопроводы 7-12 статора выполнены шихтованными из электротехнической стали, имеют плоские рабочие зазоры, расположены под углом π/3 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 π/6. Ротор 18 выполнен из ферромагнитного материала, установлен на валу 17 и имеет форму цилиндра, смещенного относительно оси. За счет выполнения кольцевой проточки ротора 18, введения неподвижной обмотки возбуждения 19, имеющей вид кольца с трапецеидальным сечением и питаемой переменным током, и выполнения соотношений
где амплитуды токов обмоток статора и возбуждения; их активные сопротивления; коэффициенты, определяющие средний электромагнитный момент достигается технический результат, заключающийся в повышении энергетических характеристик при вращении с повышенной скоростью при питании от трехфазной сети. 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 цилиндрический ферромагнитный ротор, смещенный относительно оси вращения, магнитопроводы статора имеют С-образную форму с плоскими рабочими зазорами и охватывают ротор, введена неподвижная кольцевая обмотка возбуждения, имеющая трапецеидальное сечение и питаемая переменным током, ротор имеет клинообразную проточку, а питание обмоток статора и возбуждения осуществляется по соотношениям
где амплитуды токов обмоток статора и возбуждения; их активные сопротивления; коэффициенты, определяющие средний электромагнитный момент
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 - зависимости амплитуды тока возбуждения и электромагнитного момента от амплитуды токов обмотки статора при фиксированной мощности электрических потерь.
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 вместе с ротором вращается с угловой скоростью 2ω. Например, при частоте питания 50 Гц скорость вращения ротора составляет 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 измеряемый от оси фазы 1 до продольной оси 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
Здесь Λ m - амплитуда переменных составляющих магнитных проводимостей Λ k . Средний момент электродвигателя определяется выражением
Для повышения энергетических характеристик решена задача математического программирования - найти амплитуды токов I m , I fm , создающих требуемый момент М 0 при минимальной мощности потерь:
Из первого уравнения следует
Приравнивая производную от последнего выражения нулю, получаем
На фиг. 4 представлены зависимости амплитуды тока возбуждения и среднего момента М 0 от амплитуды токов обмотки статора при следующих параметрах:
Оптимальные значения амплитуд токов , среднего по углу момента М 0 и коэффициент эффективности обмотки возбуждения - в таблице. Коэффициент определялся по формуле
Здесь М с - момент двигателя без обмотки возбуждения, М с = 1875 Н⋅м.
R f , Ом | I 0 m , A | I f 0 m , A | M 0, Н⋅м | η, % |
1 | 8,15 | 12,96 | 3795 | 102,43 |
2 | 8,49 | 8,35 | 3064 | 63,43 |
3 | 8,70 | 6,35 | 2756 | 47,01 |
4 | 8,86 | 5,18 | 2581 | 37,66 |
5 | 8,98 | 4,40 | 2466 | 31,53 |
Видно, что с уменьшением активного сопротивления обмотки возбуждения R f оптимальное значение амплитуды тока возбуждения, ее эффективность η и оптимальный момент M 0 возрастают.
Благодаря кольцевой проточке на роторе и выполнению обмотки возбуждения в виде кольца с трапецеидальным сечением возможно уменьшение ее среднего радиуса, что уменьшает ее сопротивление и мощность потерь в ней.
Таким образом, благодаря тому, что на статоре установлена кольцевая обмотка возбуждения с питанием переменным током, и оптимальному соотношению между токами обмотки статора и возбуждения, получен синхронный электродвигатель с повышенными энергетическими характеристиками.
Claims (3)
- 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 цилиндрический ферромагнитный ротор, смещенный относительно оси вращения, магнитопроводы статора имеют С-образную форму с плоскими рабочими зазорами и охватывают ротор, отличающийся тем, что введена неподвижная кольцевая обмотка возбуждения, имеющая трапецеидальное сечение и питаемая переменным током, ротор имеет клинообразную проточку, а питание обмоток статора и возбуждения осуществляется по соотношениям
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110275A RU2761085C1 (ru) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Синхронный электродвигатель |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110275A RU2761085C1 (ru) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Синхронный электродвигатель |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2761085C1 true RU2761085C1 (ru) | 2021-12-03 |
Family
ID=79174204
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021110275A RU2761085C1 (ru) | 2021-04-13 | 2021-04-13 | Синхронный электродвигатель |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761085C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1418864A1 (ru) * | 1985-11-22 | 1988-08-23 | Воронежский Политехнический Институт | Реверсивна электромеханическа передача |
DE4400443C1 (de) * | 1994-01-10 | 1994-11-03 | Weh Herbert | Transversalflußmaschine mit Zylinderrotor |
RU2414039C1 (ru) * | 2010-01-14 | 2011-03-10 | Владимир Михайлович Чернухин | Модульная синхронная электрическая машина |
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
- 2021-04-13 RU RU2021110275A patent/RU2761085C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1418864A1 (ru) * | 1985-11-22 | 1988-08-23 | Воронежский Политехнический Институт | Реверсивна электромеханическа передача |
DE4400443C1 (de) * | 1994-01-10 | 1994-11-03 | Weh Herbert | Transversalflußmaschine mit Zylinderrotor |
RU2414039C1 (ru) * | 2010-01-14 | 2011-03-10 | Владимир Михайлович Чернухин | Модульная синхронная электрическая машина |
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 |
---|---|---|
US3992641A (en) | Polyphase disc reluctance motor | |
JPS59129558A (ja) | 可変速回転電機 | |
JP4629659B2 (ja) | 1個の固定子と少なくとも1個の回転子を有する同期電機及び関連制御装置 | |
Zulu et al. | Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines | |
RU2704308C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
KR20150114941A (ko) | 전기 기계 | |
RU2437196C1 (ru) | Электрическая машина двойного вращения | |
RU2390086C1 (ru) | Бесконтактная редукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением | |
Dück et al. | Design and analysis of axial-flux permanent magnet synchronous machines as traction drives for electric vehicles | |
RU2437202C1 (ru) | Магнитоэлектрическая бесконтактная машина с аксиальным возбуждением | |
RU2437201C1 (ru) | Бесконтактная электрическая машина с аксиальным возбуждением | |
RU2761085C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
CN112713668A (zh) | 一种定子极宽不均匀分布的三相双凸极电机 | |
RU2757423C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2652102C1 (ru) | Вентильный электродвигатель | |
Long et al. | Investigation of a novel brushless electrically excited synchronous machine with arc-shaped rotor structure | |
RU2499344C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
RU2757459C1 (ru) | Синхронный электродвигатель | |
BRPI0720940A2 (pt) | Máquina elétrica motriz ou geradora polifásica e uso da mesma | |
RU2709024C1 (ru) | Электромеханический преобразователь энергии с зубцовой концентрической обмоткой | |
JP2002262531A (ja) | 直流発電機 | |
WO2009051515A1 (fr) | Machine électrique synchrone | |
Kohara et al. | Vibration comparison of current superimposition variable flux machine and switched reluctance machine | |
RU2437200C1 (ru) | Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением | |
RU2478250C1 (ru) | Редукторная магнитоэлектрическая машина с полюсным зубчатым индуктором |