СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02P1/50 H02K19/12 

Изобретение относится к электрическим машинам, более конкретно к синхронным двигателям.

Широкое применение на практике находят блоки трансформатор - синхронный двигатель и трансформатор - группа двигателей. Они используются, например, на насосных станциях [1].

Наиболее близким к предлагаемому устройству является синхронный двигатель с двойной якорной обмоткой, у которого на статоре расположены две трехфазные обмотки W₁ и W₂ с числами витков соответственно W₁ и W₂, причем W₁≠W₂ и обмотка возбуждения включена через выпрямительный мост последовательно с обмоткой W₂.

Этот двигатель принят за прототип.

Из недостатков прототипа выделим то обстоятельство, что якорные обмотки W₁ и W₂ имеют разное число витков, что усложняет технологию изготовления двигателя, поскольку его статорная обмотка должна иметь секции разной конструкции.

Кроме того, при изменении числа витков обмотки W₂ по отношению к W₁ только на 1 виток напряжение на обмотке возбуждения изменяется на значительную величину, поскольку для двигателей 100...1000 кВт на один виток обмотки статора приходится до 10...15 В напряжения. Т.е. напряжение на обмотке возбуждения можно изменять ступенчато с большим шагом. При необходимости иметь более плавное регулирование напряжения возбуждения необходимо обмотку W₂ дополнительно видоизменять, что делает ее нетехнологичной.

При практической реализации двигателя-прототипа выявился еще один существенный недостаток. При изготовлении обмоток секциями с равным шагом, вследствие того, что W₂ < W₁ не удается полностью заполнить все пазы статора, площадь паза, освободившуюся в результате "недоматывания" обмотки W₂, не удается полезно использовать. Это приводит к снижению мощности двигателя примерно на 5% в заданном габарите. Справедливо и обратное утверждение, что при заданной мощности вследствие неполной заполняемости паров, габарит машины увеличивается примерно на 5%.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления.

Достигается это тем, что в синхронный электродвигатель, содержащий основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, вторые выводы первой из которых соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены со вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый ключ - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго ключа и резистора, введен трехфазный трансформатор с первичной обмоткой для подключения к сети и двумя вторичными обмотками, одни выводы которых соединены в общую точку, вторые выводы одной вторичной обмотки пофазно соединены с первыми выводами основной статорной обмотки, а вторые выводы второй вторичной обмотки трансформатора - пофазно с первыми выводами дополнительной статорной обмотки синхронного двигателя.

На чертеже представлена схема привода.

Синхронный привод содержит силовой трехобмоточный трансформатор 1 и синхронный двигатель 2 с двойной якорной обмоткой. Схема соединения обмоток силового трансформатора может быть различной. Для определенности первичная обмотка 3 показана соединенной по схеме "треугольник", вторичные обмотки 4 и 5, имеющие различное выходное напряжение, показаны соединенными "звездой". К этим обмоткам подключены якорные (статорные) обмотки 6 и 7 двигателя, причем обмотка 6 соединена "звездой", а 7 включена как проходная, началом подключена к обмотке 5 трансформатора, а концами на вход выпрямителя 8, к выходу которого подключена обмотка возбуждения 9, расположенная на роторе. Ключ 10 предназначен для отключения обмотки 9 от цепи статорной обмотки 7 на период асинхронного пуска двигателя. Для обеспечения надлежащих условий пуска предназначены и неуправляемый вентиль 11, управляемый 12 и пусковой резистор 13.

Синхронный привод работает следующим образом. При пуске двигателя 10 закрыт, вследствие чего обмотки 5 и 7 не обтекаются током. Пуск осуществляется за счет тока в обмотке 6. Обмотка возбуждения 9 через открытый ключ 12 подключена к резистору 13. Двигатель разгоняется до подсинхронной скорости. По достижении подсинхронной скорости ключ 12 закрывается, 10 - открывается. Обмотки 7 и 9 обтекаются током, вследствие чего двигатель втягивается в синхронизм и в дальнейшем работает как возбужденный синхронный двигатель.

При изменении нагрузки происходит автоматическое изменение тока возбуждения. Например, при увеличении механической нагрузки, токи в якорных обмотках возрастают, в результате чего возрастает ток и в обмотке возбуждения 9, поскольку она включена последовательно с обмоткой 7.

Напряжение на обмотке возбуждения определяется не только соотношением чисел витков обмоток статора 6 и 7, но и напряжениями обмоток трансформатора 4 и 5. При этом появляется возможность изготовления обмоток 6 и 7 идентичными. Статорная обмотка в этом случае не будет отличаться от традиционной секционной обмотки синхронного двигателя. Технология изготовления такой обмотки станет проще, чем у прототипа, поскольку обмотка изготавливается из одинаковых секций, а заполнение паза - оптимальным, что позволит на указанные выше 5% снизить габариты двигателя.

Следует указать, что идентичность обмоток 6 и 7 не является обязательной. Меняя одновременно параметры обмоток 5 и 7, можно получить семейство приводов с примерно одинаковыми свойствами.

Использование: в синхронных двигателях. Сущность: в синхронный двигатель введен трехфазный трансформатор 1 с первичной обмоткой 3 для подключения к сети и двумя вторичными обмотками 4,5, соединенными с якорными обмотками 6,7 синхроннного двигателя соответственно. Это обеспечивает идентичность якорных обмоток, а напряжение на обмотке 9 возбуждения определяется не только соотношением чисел витков обмоток 6,7, но и напряжением обмоток 4,5 трансформатора. 1 ил.

СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, вторые выводы первой из которых соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый ключ - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго ключа и резистора, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, введен трехфазный трансформатор с первичной обмоткой для подключения к сети и двумя вторичными обмотками, одни выводы которых соединены в общую точку, вторые выводы одной вторичной обмотки пофазно соединены с первыми выводами основной статорной обмотки, а вторые выводы другой вторичной обмотки трансформатора - пофазно с первыми выводами дополнительной статорной обмотки синхронного двигателя.