МНОГОФАЗНАЯ ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 2000 года по МПК H02K41/25 

Изобретение относится к области электрических машин, в частности к линейным индукционным машинам и дугостаторным индукционным машинам.

Известна многофазная обмотка статора электрической машины, представленная в книге "Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л.: Энергия, 1970" на стр. 126, рис.5-12, где каждая из фазных катушек обмотки соединена электрически с остальными катушками, образуя "треугольник" или "звезду", и каждая из катушек подключена к одному из фазных или линейных напряжений трехфазного источника питания.

Однако такая обмотка имеет следующие недостатки.

1. Все фазные катушки обмотки связаны между собой электрически, что при нарушении изоляции одной из них приводит к выходу из строя всей обмотки и к остановке всей электрической машины.

2. При питании таких многофазных обмоток электрических машин, удаленных от трехфазных источников напряжения, требуется больших капитальных затрат на строительство трехфазных систем электроснабжения.

Наиболее близким к заявленному устройству является обмотка, представленная в патенте РФ N2069443 "Линейная индукционная машина", В.Н. Тимофеев, Р. М. Христинич, С.А. Бояков, А.А. Темеров, опубл. 20.11.96 г. в БИ 32, где фазные катушки обмотки являются электрически нейтральными по отношению друг к другу, а к однофазному источнику напряжения подключается только одна из катушек обмотки.

Данная обмотка является несовершенной из-за того, что при реализации ее в четырех-, пяти-, шестифазном и более вариантах в электрической машине происходит снижение абсолютного значения намагничивающего тока в последующих фазных катушках, удаленных от катушки, подключенной к источнику питания. Это связано с тем, что вся электрическая мощность передается от подключенной к источнику питания катушки остальным катушкам посредством магнитной связи. При использовании такой многофазной обмотки в электрической машине она будет иметь заниженное тяговое усилие и невысокий КПД.

В основу изобретения положена задача создания многофазной обмотки, в которой только часть фазных катушек питается от однофазного источника напряжения, а равномерное бегущее электромагнитное поле создается при наличии только электромагнитной связи между всеми фазными катушками обмотки.

Поставленная задача решается тем, что в многофазной обмотке электрической машины, содержащей фазные катушки, включенные последовательно с конденсаторами и резисторами и образующие электрически нейтральные контуры, настроенные в режим резонанса напряжения, контуры, через которые повторяются фазовые сдвиги токов в них через 360 эл. град. и количество которых определяется количеством фаз многофазной обмотки, соединены между собой последовательно или параллельно или последовательно-параллельно и подключены к источнику однофазного напряжения, а остальные контуры замкнуты сами на себя и связаны с соседними контурами только посредством индуктивной связи.

На чертеже представлена многофазная обмотка со схемой соединения и питания фазных катушек.

Она состоит из электрических контуров 1, 2 и 3, подключенных параллельно или последовательно к источнику однофазного напряжения 4, и контуров 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 электрически нейтральных по отношению друг к другу и к остальным контурам.

Устройство работает следующим образом.

При подключении контуров 1, 2, 3 к источнику напряжения 4 в них начинают протекать электрические токи Токи, в свою очередь, протекая через катушки контуров, наводят магнитные потоки: для 1-го контура для 2-го контура - для 3-го контура -
Магнитные потоки, пронизывая катушки соседних контуров, наводят электрические токи в этих контурах, которые сдвинуты по фазе по отношению друг к другу, например, на 90 эл. град. В свою очередь, эти токи наводят магнитные потоки пронизывающие катушки контуров 6 и 9, и наводят в этих контурах токи Фазовый сдвиг между токами в контурах и соответственно магнитными потоками определяется активным сопротивлением, индуктивностью и емкостью этих контуров, а также взаимоиндуктивностью между катушками соседних контуров. При обеспечении пространственного смещения между катушками соседних контуров, генерирующими магнитные потоки, и наличии временного сдвига между магнитными потоками соседних контуров образуется бегущее электромагнитное поле.

В обмотке, представленной в прототипе, используется только один контур, подключенный к источнику однофазного переменного напряжения. При значительной протяженности, например линейной электрической машины, особенно при ее использовании в транспортных средствах, наблюдается уменьшение абсолютной величины токов в контурах, удаленных от контура, подключенного к источнику питания. Это ограничивает длину линейной электрической машины, представленной в прототипе, и сужает области ее применения.

В заявленном устройстве фазовые сдвиги токов в контурах и магнитных потоков повторяются через 360 эл. град. Количество контуров, через которые повторяются фазовые сдвиги токов в них, определяются количеством фаз многофазной электрической машины: (360/ ϕ ), где ϕ - угол сдвига фаз между токами соседних контуров. Тогда, например для ϕ = 90 эл. град., токи во 2-м, 3-м и 4-м контурах (см. чертеж) будут совпадать по фазе. Подключив параллельно или последовательно эти контуры к источнику однофазного переменного напряжения, получим токи в них, близкие по абсолютной величине и одинаковые по фазе. Такое подключение контуров к источнику однофазного напряжения позволяет поднять абсолютную величину токов в соседних, замкнутых на себя контурах, что повышает эффективность работы электрической машины, улучшает ее энергетические и тяговые характеристики.

Для определения контуров, которые следует подключить к источнику переменного напряжения, необходимо использовать выражение ± (360/ ϕ ). Тогда, применяя полученную зависимость, для 4-фазной машины с фазовым сдвигом 90 эл. град. между токами в соседних контурах, к источнику напряжения следует подключить контуры (при счете слева направо): I, V, IX и т.д.; для 6-фазной машины следует подключить к источнику питания контуры с номерами I, VII, XIII и т.д.

Выбор контуров для подключения не обязательно начинать с первого. Можно выбрать любой произвольный контур и, используя предложенную зависимость, определить остальные контуры, которые следует подключить к источнику напряжения.

Предложенное устройство, кроме вышеперечисленных достоинств, имеет дополнительные преимущества. Оно успешно может использоваться в электрических машинах транспортных систем и, в частности, в высокоскоростном наземном транспорте. Отметим, что электрически нейтральные контуры по отношению друг к другу и к корпусу электрической машины не вызывают опасности поражения электрическим током обслуживающего персонала и пассажиров, исключают токи утечки, что позволяет в качестве двухпроводной линии использовать рельсы железнодорожного пути или лучше всего двухжильные кабели, что значительно экономичнее нежели многожильные. При нарушении изоляции в одном из контуров предложенной многофазной обмотки или в нескольких контурах, а в экстремальных ситуациях - у всех контуров, не изменяет режима работы электрической машины в целом.

Использование: в линейных и дугостаторных индукционных машинах. Многофазная обмотка состоит из фазных катушек, последовательно с которыми подключены конденсаторы и резисторы так, что образуют совместно электрически нейтральные контуры, настроенные в режим резонанса напряжения. Контуры, отстоящие друг от друга с шагом ± (360/ϕ), где ϕ - фазовый сдвиг между токами в соседних контурах, соединены между собой последовательно, или параллельно, или последовательно-параллельно и подключены к источнику однофазного напряжения. Остальные контуры замкнуты сами на себя и связаны с соседними контурами только посредством индуктивной связи. Технический результат - создание равномерного бегущего электромагнитного поля за счет только одной электромагнитной связи между фазными катушками. 1 ил.

Многофазная обмотка электрической машины, содержащая фазные катушки, включенные последовательно с конденсаторами и резисторами и образующие электрически нейтральные контуры, настроенные в режим резонанса напряжения, отличающаяся тем, что контуры, через которые повторяются фазовые сдвиги токов в них через 360 эл. град. и количество которых определяется количеством фаз многофазной обмотки, соединены между собой последовательно, или параллельно, или последовательно-параллельно и подключены к источнику однофазного напряжения, а остальные контуры замкнуты сами на себя и связаны с соседними контурами только посредством индуктивной связи.