СДВОЕННЫЙ АКСИАЛЬНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР Российский патент 2001 года по МПК H01F38/18 H01F29/08 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к сдвоенным индукционным регуляторам, и может быть использовано, например, для регулирования напряжения.

Известна конструкция сдвоенного индукционного регулятора, принимаемого за прототип (см. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, ч. 2, Л. "Энергия", 1973, с. 392-393), представляющего собой агрегат, состоящий из двух обычных асинхронных машин цилиндрического исполнения с фазными заторможенными роторами. Такой сдвоенный индукционный регулятор содержит два ротора, закрепленных на одном валу, с трехфазными обмотками, включенными в сеть параллельно, два статора с трехфазными обмотками, соединенными последовательно, корпус, подшипниковые щиты и самотормозящуюся червячную передачу, позволяющую оператору вращать роторы относительно неподвижных статоров на необходимый угол с целью изменения величины выходного напряжения. При этом за первичную обмотку принимается обычно обмотка ротора, за вторичную - обмотка статора, а порядок следования фаз обмоток одной пары ротора и статора выполнен обратным по отношению к порядку следования фаз обмоток другой пары ротора и статора. Благодаря этому при синхронном поворачивании роторов в одном направлении фаза выходного напряжения остается неизменной, а величина выходного напряжения плавно изменяется в зависимости от угла поворота.

Однако технология изготовления такого сдвоенного индукционного регулятора сложна из-за необходимости штамповки листов магнитопроводов статоров и роторов, а его стоимость велика из-за большого расхода электротехнической стали, связанного с высоким процентом ее отходов при штамповке. Кроме того, компоновка такого сдвоенного индукционного регулятора имеет нерациональную геометрию, связанную с необходимостью жесткой установки двух электрических машин на одном валу, что при сравнительно небольшом радиальном размере приводит к большим осевым размерам агрегата.

Данное изобретение решает задачу упрощения технологии изготовления магнитопроводов статора и ротора сдвоенного индукционного регулятора, уменьшения при этом расхода электротехнической стали на изготовление магнитопроводов и улучшения компоновки регулятора.

Для этого магнитопроводы статоров и роторов выполняются аксиальными (тороидальными), а на торцах этих магнитопроводов выполняются пазы, в которые укладываются трехфазные обмотки, охватывающие тот магнитопровод, в пазы которого они уложены.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого сдвоенного аксиального индукционного регулятора в разрезе, на фиг. 2 - схема соединения его обмоток, на фиг. 3 - векторная диаграмма для одной фазы.

Сдвоенный аксиальный индукционный регулятор содержит (см. фиг. 1): червячную передачу, состоящую из винтового колеса 1 и червяка 2, статор 3 с вторичной трехфазной обмоткой 4, ротор 5 с первичной трехфазной обмоткой 6, ротор 10 с первичной трехфазной обмоткой 9, статор 11 с вторичной трехфазной обмоткой 12, корпус 13, вал 8, закрепленный в подшипниковых узлах 7 и 15 и жестко связанный с роторами 5 и 10 посредством диска 14. Общие начала первичных трехфазных обмоток 6 и 9 роторов 5 и 10 соединены с началом вторичных трехфазных обмоток 4 и 12 статоров 3 и 11 посредством скользящего контакта 16 (см. фиг. 2). Порядок следования фаз обмоток одной пары статора и ротора изменен по отношению к порядку следования фаз второй такой пары на обратный (см. фиг. 2).

Сдвоенный аксиальный индукционный регулятор работает следующим образом. При подключении трехфазных обмоток 6 и 9 роторов 5 и 10 к питающей сети напряжением U₁ в воздушных зазорах сдвоенного аксиального индукционного регулятора создаются вращающиеся магнитные поля, которые, взаимодействуя с трехфазными обмотками 4 и 12 статоров 3 и 11, наводят в них систему ЭДС (см. фиг. 3). При пространственном совпадении осей трехфазных обмоток 6, 9 и 4, 12 соответственно роторов 5 и 10 и статоров 3 и 11 ( α = 0) магнитные потоки одновременно набегают на трехфазные обмотки 4, 6, 9, 12 и наводят в них ЭДС, совпадающие по фазе и одинаково направленные относительно этих трехфазных обмоток. При этом векторы ЭДС действуют согласно с вектором-напряжения Поэтому величина напряжения U₂ = OB (см. фиг. 3) на зажимах потребляющей сети представляет собой арифметическую сумму U₁, E'₂ и E''₂: U₂ = U_2max = U₁ + E'₂ + E''₂, т.к. трехфазные обмотки 4, 6, 9, 12 электрически соединены между собой, как указано выше, и угол α= 0. При повороте рукоятки (на фиг. 1 она не показана, как не имеющая отношения к существу изобретения), жестко связанной с червяком 2, роторы 5 и 10 с трехфазными обмотками 6 и 9 поворачиваются относительно статоров 3 и 11 с трехфазными обмотками 4 и 12 на определенный угол α, что приводит к соответствующему повороту векторов ЭДС трехфазных обмоток 4 и 12 относительно вектора напряжения подаваемого на трехфазные обмотки 6 и 9 из питающей сети. При этом вследствие обратного порядка следования фаз одной пары ротора и статора по отношению к другой такой паре ротора и статора векторы ЭДС будут сдвигаться в противоположных направлениях. При повороте роторов 5 и 10 на угол α=180^o получим U₂ = U_2min = U₁ - E'₂ - E''₂. Если пренебречь падениями напряжения в сдвоенном аксиальном индукционном регуляторе, то напряжение U₂ всегда совпадет по фазе с напряжением U₁. В общем случае результирующее выходное напряжение сдвоенного аксиального индукционного регулятора при повороте роторов 5 и 10 относительно статоров 3 и 11 (см. фиг. 1) на угол α в пределах от 0 до 180^o изменяется по величине от U_2min = U₁ - E'₂ - E''₂ до U_2max = U₁ + E'₂ + E''₂. При выполнении соотношения E'₂ = E''₂ = 0,5 U₁ выходное напряжение U₂ будет изменяться по величине от нуля до 2U₁.

В сравнении с известной конструкцией сдвоенного индукционного регулятора, основанного на использовании асинхронных машин цилиндрического исполнения с фазными заторможенными роторами, сдвоенный аксиальный индукционный регулятор позволяет существенно упростить технологию изготовления магнитопроводов статора и ротора, значительно сократить при этом расход электротехнической стали. Так, при мощности 5 кВт расход электротехнической стали уменьшается на 20-25%. Помимо этого сдвоенный индукционный регулятор, изготовленный на базе магнитопроводов аксиальной конструкции, позволяет реализовать наиболее предпочтительную его компоновку за счет рационального выбора геометрических размеров магнитопровода таким образом, что радиальный и аксиальный размеры максимально сближены между собой и тем самым обеспечивают оптимальную геометрию всего агрегата, а следовательно, и наименьший расход материала.

Использование: для регулирования напряжения. Технический результат: упрощение технологии изготовления магнитопроводов статора и ротора, уменьшение при этом расхода электротехнической стали на изготовление магнитопроводов и улучшение компоновки регулятора. Устройство содержит два ротора, закрепленных на одном валу. Трехфазные первичные обмотки включены в сеть параллельно на прямую и обратную последовательность фаз. Вторичные обмотки двух статоров соединены последовательно и включены в сеть также на прямую и обратную последовательность фаз. Технический результат достигается выполнением магнитопроводов статоров и роторов аксиальными тороидальными. На торцах магнитопроводов выполняются пазы, в которые укладываются трехфазные обмотки, охватывающие тот магнитопровод, в пазы которого они уложены. 3 ил.

Сдвоенный аксиальный индукционный регулятор, содержащий два ротора, закрепленных на одном валу с трехфазными первичными обмотками, включенными в сеть параллельно на прямую и обратную последовательность фаз, два статора с трехфазными вторичными обмотками, соединенными последовательно и включенными в сеть также на прямую и обратную последовательность фаз, корпус, подшипниковые щиты, самотормозящуюся червячную передачу, отличающийся тем, что магнитопроводы статоров и роторов выполнены аксиальными, а на торцах магнитопроводов выполнены пазы, в которые уложены трехфазные обмотки, охватывающие тот магнитопровод, в пазы которого они уложены.