СИНХРОННО-АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H02K17/26 H02K17/12 

Изобретение относится к многофазным электрическим машинам переменного тока и может быть использовано для привода различных машин и механизмов, требующего двухступенчатого регулирования скорости.

Известны примеры использования в полеводстве электротракторов, где в качестве тягового используется асинхронный электродвигатель с фазным ротором. На разных технологических операциях трактор должен иметь различную скорость передвижения и развивать различную мощность. Например, при пахоте трактор движется медленно и имеет высокую мощность, к тому же должен обладать высокой перегрузочной способностью; при разбрасывании сухих удобрений трактор движется быстрее и не развивает большой мощности.

Для привода электротрактора наиболее эффективным может быть двухскоростной электродвигатель, работающий на высшей ступени скорости в режиме асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, а на нижней ступени скорости в режиме синхронного двигателя, возбуждаемого постоянным током.

Широко известны двухскоростные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (обмотка ротора типа "беличье колесо") с соотношением чисел пар полюсов 2:1 и постоянной мощностью на обоих ступенях.

[Радин В. И. и др. Электрические машины: Асинхронные машины. Учеб. для электромех. спец. вузов - М.: Высшая школа, 1988].

Описанные двигатели не могут работать в режиме синхронного двигателя на низшей ступени скорости.

Известны схемы совмещенных обмоток, создающих вращающие магнитное поле с числом пар полюсов P₁ при питании многофазным током и неподвижную волну магнитодвижущей силы P₂<P₁ при питании постоянным током. Такие обмотки применяются, в частности, в качестве статорных в совмещенных одномашинных асинхронно-синхронных преобразователях частоты. [Попов В.И. Электромашинные совмещенные преобразователи частоты. - М.: Энергия, 1980]. Однако преобразователь частоты не может использоваться как двухскоростной электродвигатель.

Наиболее близким к заявляемому устройству является синхронизированный асинхронный двигатель, содержащий статор с многофазной обмоткой и ротор с многофазной обмоткой, подключенной к выпрямительному устройству, питаемому от обмотки возбудителя. [Акцептованная заявка ФРГ N 2143864, кл. 21 D² 17, 1973].

Недостатком этого двигателя является неспособность работать на двух ступенях скорости.

Техническим решением задачи является, обеспечение двухступенчатого регулирования скорости электродвигателя, при высокоперегрузочной способности на низшей ступени скорости.

Задача достигается тем, что статорная обмотка электродвигателя выполнена полюсопереключаемой с соотношением пар полюсов P₁:P₂, а обмотка ротора выполнена совмещенной, совмещающей многофазную обмотку с P=P₁ и обмотку возбуждения постоянного тока с P=P₂, подключенную к двум контактным кольцам для соединения с возбудителем.

Новизна заявляемого предложения заключается в том, что статор с обмоткой выполняется традиционным для двухскоростного двигателя, а ротор с многофазной обмоткой выполняется совмещенного типа, причем на высшей ступени скорости обмотка является многофазной, а на низшей ступени при питании постоянным током или выпрямленным током создает намагничивающую силу, неподвижную относительно ротора, что позволяет электродвигателю работать на высшей ступени как асинхронный, а на низшей ступени как синхронный.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружена заявляемая совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне предложения.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Двигатель содержит двухскоростную многофазную обмотку - 1 на статоре с выводами 2. . . 10 для подключения к сети на различных ступенях скорости и ротор с обмоткой совмещенного типа - 11, которая выполнена как многофазная с двумя параллельными ветвями - 12 и 13 с раздельными нейтралями, причем нейтральные выводы присоединены к двум контактным кольцам для электрического соединения с возбудителем - 15, который может иметь традиционную конструкцию: статичную или с магнитным возбудителем и управляется собственными коммутационными аппаратами.

Работу двигателя в статичном режиме рассмотрим на примере трехфазной машины, имеющей на статоре полюсопереключаемую обмотку - 1 с соотношением пар полюсов P₁:P₂ = 1:2 и роторную обмотку - 11, совмещающую обмотку переменного тока - 12 с P=P₂ и обмотку возбуждения - 13 с P=P₂, схема которой представлена на фиг. 2 (в связи с широкой известностью, схема полюсопереключаемой обмотки статора не приводится).

Для работы на высшей ступени скорости клеммы - 8, 9, 10 подключают к трехфазному источнику (питающей сети), а клеммы - 2, 3, 4 и 5, 6, 7 закорачивают. Клеммы - 14 отключают от возбудителя. Статорная обмотка - 1 создает вращающиеся магнитное поле с P=Pi, которое наводит ЭДС и ток в обмотке ротора - 11, в результате чего ротор придет во вращение с некоторым скольжением. Двигатель работает как асинхронный; его трехфазная роторная обмотка является закороченной, а обе клеммы - 14 эквипотенциальны.

При включении на нижнюю ступень скорости, клеммы - 2, 3, 4 подключаются к трехфазной сети, клеммы - 8, 9, 10 оставляют разомкнутыми, а клеммы - 5, 6, 7 соединяются с клеммами - 2, 3, 4, образуя схему "треугольник". Клеммы -14 подключают к источнику постоянного тока - возбудителю (возбудитель в рабочем состоянии). При этом статорная обмотка - 1 создает вращающуюся волну МДС с P=P₂, а обмотка ротора - 11 создает волну МДС с P=P₂ и неподвижную относительно ротора. Двигатель будет работать как синхронный. При регулировании тока возбуждения I_f можно существенно увеличить перегрузочную способность двигателя или минимизировать потребляемый из сети ток за счет доведения коэффициента мощности до единицы.

Для запуска двигателя с работой на низшей ступени скорости, пуск осуществляется в две ступени: на первой ступени обмотки включаются аналогично пуску с P=P₁, а при достижении полусинхронной скорости (контролируется дополнительными устройствами) обмотки статора переключают на схему с P=P₂ и на обмотку ротора через клеммы - 14 подают ток возбуждения. Двигатель втягивается в синхронизм и далее работает в синхронном режиме.

Известно множество полюсопереключаемых обмоток и множество схем совмещенных обмоток. Кроме традиционных, для таких обмоток применительно к предложенному устройству, должно соблюдаться следующее требование: обмотки должны удовлетворять дополнительному требованию совпадения чисел полюсов высшей и низшей ступеней статора с числами полюсов совмещенных обмоток ротора.

Необходимо отметить, что контактные кольца не являются необходимой принадлежностью предложенного устройства. При использовании безконтактного возбудителя (например, с вращающимся выпрямителем) соединение обмотки ротора и возбудителя может быть прямым.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к двухскоростным многофазным машинам переменного тока, и может быть использовано для привода различных машин и механизмов, требующего двухступенчатого регулирования скорости. Сущность данного изобретения состоит в том, что в статоре cинxpoннo-асинхронного двигателя размещена полюсопереключаемая многофазная обмотка с соотношением числа пар полюсов P₁:P₂ а на роторе - обмотка совмещенной конструкции, совмещающая трехфазную обмотку с Р = P₁ высшей ступени скорости и обмотку возбуждения постоянного тока с числом пар полюсов Р = P₂ низшей ступени скорости, которая соединена с возбудителем. Предложенный двухскоростной электродвигатель работает на высшей ступени скорости как асинхронный короткозамкнутый, а на низшей ступени скорости как синхронный, обладающий большой устойчивостью при колебаниях напряжения питания. Технический результат от использования данного изобретения состоит в обеспечении двухступенчатого регулирования скорости электродвигателя при его высокой перегрузочной способности на низшей ступени скорости. 2 ил.

Синхронно-асинхронный двигатель, содержащий статор с многофазной обмоткой и ротор с многофазной обмоткой, отличающийся тем, что статорная обмотка электродвигателя выполнена полюсопереключаемой с соотношением пар полюсов P₁ : P₂, а обмотка ротора выполнена совмещенной, совмещающей многофазную обмотку с P = P₁ и обмотку возбуждения постоянного тока с P = P₂, которая соединена с возбудителем.