БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1999 года по МПК H02K19/12 H02K47/20 H02P7/80 

Изобретение относится к электромеханике, а более конкретно к бесконтактным синхронным двигателям.

Известны многочисленные примеры, когда в узле нагрузки работает синхронный двигатель и один или несколько асинхронных. Это имеет место, например, в электрифицированном варианте трактора, где синхронный двигатель приводит в действие электротрактор, а ряд асинхронных двигателей обеспечивают работу электрофрез и других электрифицированных механизмов, находящихся на навесной платформе электротрактора. Питание все двигатели получают по одному кабелю и принципиально важно, чтобы ток в кабеле был минимальный при заданных механических мощностях. Известно, что минимизация токов при заданном напряжении питания и активной мощности обеспечивается поддержанием коэффициента мощности, равным 1.

Известны устройства регулирования возбуждения синхронных двигателей по закону поддержания cos ϕ = 1 в узле нагрузки (Абрамович Б.Н., Круглый А.А. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей. -Л. : Энергоатомиздат, 1983). Их общим недостатком является наличие сложных регулирующих устройств, включающих силовые трансформаторы, теристорные регуляторы и др., стоимость которых сопоставима со стоимостью самого двигателя.

Известна синхронная электрическая машина с бесщеточной системой возбуждения (а. с. СССР N 200656, кл. 21 D² 6/01, Бюл. изобр. N 17, 1967 г., где описан каскадный возбудитель и дан пример схемы его включения. Основным недостатком приведенной схемы является невозможность обеспечения вышеуказанного закона АРВ без использования дополнительных сложных устройств управления статичными обмотками каскадного возбудителя.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению является синхронная электрическая машина по а.с. N 1694038, H 02 K 19/12, принятая за прототип. Там синхронная машина содержит расположенную на статоре m-фазную обмотку, каждая фаза которой разделена на две группы параллельных проводников и m-фазную дополнительную обмотку, а на роторе имеет обмотку возбуждения и устройство преобразования и передачи мощности на ротор (возбудитель). Первая группа параллельных проводников фаз основной обмотки статора соединена в звезду, начала второй группы соединены с началами первой группы, а концы через соответствующие фазы дополнительной обмотки подключены к входу возбудителя, выход которого присоединен к обмотке возбуждения машины.

В описании прототипа указано, что вместо синхронного возбудителя в конструкции может использоваться и асинхронный, подключаемый к дополнительной статорной обмотке без выпрямителя.

Среди недостатков прототипа выделим то, что ток возбуждения регулируется только в функции тока нагрузки синхронной машины, что применительно к двигателю означает, что возбуждение не регулируется при изменении нагрузки других электроприемников.

В приведенном выше примере с электротрактором это приводит к тому, что реактивная составляющая тока включенных асинхронных двигателей не компенсируется.

Техническим решением задачи является применение устройства коррекции тока возбуждения синхронного двигателя по току нагрузки дополнительных электроприемников для обеспечения автоматического регулирования возбуждения по закону оптимальной реактивной мощности узла нагрузки или другому закону.

Для этого бесконтактный синхронный двигатель, состоящий из собственно двигателя и бесконтактного возбудителя, причем синхронный двигатель имеет на статоре обмотку, состоящую из двух групп проводников, первая из которых соединена звездой, начала второй соединены в каждой фазе с началом первой, а к концам подключена статичная (статорная) обмотка асинхронного возбудителя, дополняется синхронным возбудителем, составляющим вместе с имеющимся асинхронным каскадный возбудитель, вращающиеся якорные обмотки которого соединены последовательно вместе с вращающимся выпрямителем и обмоткой возбуждения основной синхронной машины, а статичная обмотка возбуждения синхронного возбудителя электрически связана с датчиком тока сторонних электроприемников.

Новизна предложенного устройства заключена в конкретной схеме соединения обмоток, не имеющей аналогов в известных нам устройствах.

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

Суть изобретения поясняется принципиальной схемой соединения обмоток на чертеже.

Статорная обмотка синхронного двигателя имеет две параллельные обмотки 1 и 2, причем обмотка 1 соединена звездой и выполняет обычные для якорной обмотки функции - создает вращающееся магнитное поле и во взаимодействии с обмоткой возбуждения 3 двигателя создает вращающий момент. Обмотка 2 выполняет те же функции, что и 1, и, будучи соединенной последовательно со статичной обмоткой асинхронного возбудителя 4, составляет канал тока возбуждения возбудителя, наводя ЭДС во вращающейся обмотке возбудителя 4, которая создает ток, выпрямляемый вращающимся выпрямителем 5. Вращающаяся обмотка возбудителя 4 соединена последовательно с вращающейся обмоткой синхронного возбудителя 6. Статичная обмотка возбуждения синхронного возбудителя 6 подключена к датчику тока, в качестве которого может быть использован компаундирующий трансформатор 8 с выпрямителем 7. Ток возбуждения возбудителя 6 зависит от числа и мощности включенной нагрузки 9. Нагрузка 9 (электродвигатели) управляются соответствующими коммутаторами 10.

Примем, что в исходном состоянии работает только основной синхронный двигатель. В этом случае он возбуждается от возбудителя 4 за счет тока обмотки 2. Ток возбуждения обеспечивает в этом случае cos ϕ, равный 1. Поскольку все электроприемники 9 отключены, ток во вторичной цепи трансформатора 8, выпрямителе 7 и статичной обмотке возбудителя 6 не течет и возбудитель 6 не влияет на возбуждение синхронного двигателя. При включении хотя бы одного электроприемника нагрузки 9 появляется потребность скомпенсировать его реактивный ток. Достигается это тем, что датчик тока нагрузки 8 возбуждает возбудитель 6, который в свою очередь, дополнительно подвозбуждает синхронный двигатель. Вследствие этого синхронный двигатель генерирует реактивную мощность, идущую на компенсацию реактивной мощности электроприемника 9. При включении дополнительных электроприемников нагрузки 9 происходит дальнейшее перевозбуждение синхронного двигателя за счет возбудителя 6. Таким образом, достигается поставленная задача, причем, как видно, в схеме не используются сложные регулирующие устройства.

Изобретение может быть использовано для регулирования возбуждения синхронного двигателя. Синхронный двигатель содержит электромашинный возбудитель, состоящий из синхронного и асинхронного возбудителей, вращающиеся якорные обмотки которых соединены последовательно, а статическая обмотка синхронного возбудителя соединена с датчиком тока нагрузки. Технический результат - обеспечение автоматического регулирования реактивной составляющей тока синхронного двигателя при включении асинхронных электродвигателей в узле нагрузки. 1 ил.

Бесконтактный синхронный двигатель, содержащий бесконтактный электромашинный возбудитель, который содержит синхронный возбудитель, и две обмотки на статоре, одна из которых соединена звездой, а другая соединена последовательно со статической обмоткой бесконтактного электромашинного возбудителя, отличающийся тем, что бесконтактный электромашинный возбудитель выполнен каскадным, дополнительно содержит асинхронный возбудитель, вращающиеся якорные обмотки обоих возбудителей соединены последовательно, причем последовательно с обмоткой статора бесконтактного синхронного двигателя соединена статическая обмотка асинхронного возбудителя, а статическая обмотка синхронного возбудителя соединена с датчиком тока нагрузки.