АСИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2009 года по МПК H02K17/30 H02K17/00 

Изобретение относится к регулируемым машинам переменного тока и может быть использовано в качестве регулируемого электропривода или генератора общепромышленного назначения.

Известны регулируемые асинхронные двигатели с магнитными шунтами, авторское свидетельство СССР №1001341, Кл. H02K 17/30, 1981 г. Недостатком таких двигателей является узкий диапазон регулирования, большие потери скольжения при регулировании. Это техническое решение принято за аналог. Техническое решение, наиболее близко относящееся к предлагаемому изобретению, описано в патенте «Асинхронный регулируемый двигатель», патент РФ №2069440 C1, 6 H02K 17/30, 1996 г., принято за прототип.

Асинхронный двигатель содержит статор с основным магнитопроводом и обмоткой с входными клеммами, дополнительный магнитопровод с обмоткой переменного тока, ротор с основным магнитопроводом, несущим обмотку переменного тока, дополнительный магнитопровод с обмоткой переменного тока.

Прототипу присущ следующий недостаток: узкий диапазон регулирования, так как минимально достижимое значение вращающего момента на валу определяется значением тока (потерями) холостого хода в роторной цепи обмоток основного и дополнительного магнитопроводов, включенных по принципу асинхронно-синхронного каскада. При вентиляторной характеристике нагрузки электропривода практический диапазон регулирования составляет D=1:2. Диапазон частот вращения привода от 0 до 0,5n_н недостижим, так как значение асинхронного момента машины основного магнитопровода при нулевом значении нагрузки машины дополнительного магнитопровода превышает значение момента сопротивления электропривода.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования, улучшение пусковых характеристик и повышение коэффициента мощности (Cosϕ) в номинальном режиме. Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа дополнительные магнитопроводы статора и ротора выполнены из отдельных кольцевых пакетов с размещенными между смежными пакетами тороидальными обмотками переменного тока, соотносящимися по расточке статора магнитопровода через кольцевой воздушный зазор, противоположные цилиндрические стороны пакетов снабжены дополнительными замыкающими магнитопроводами, обмотки ротора основного и дополнительного магнитопроводов соединены между собой, обмотка статора основного магнитопровода снабжена блоком управляемых резисторов и регулируемым источником постоянного тока, входные клеммы установлены на тороидальных обмотках статора.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: размещение входных клемм на статоре дополнительного магнитопровода; отсутствие вращающего момента между узлами статора и ротора дополнительного магнитопровода, так как обмотки установлены по кольцу вдоль оси вращения ротора; отсутствует ЭДС вращения; электромагнитное поле каждой фазы обмотки пульсирующее; частота вращения ротора не влияет на электромагнитное поле в кольцевом воздушном зазоре, оно остается неподвижным относительно обмотки статора; между обмотками статора и ротора дополнительного магнитопровода происходит обмен электроэнергией по трансформаторной связи. Частота тока, индуктируемая в обмотке ротора дополнительного магнитопровода, не зависит от частоты вращения ротора и численно равна частоте тока в обмотке статора. Обмотка якоря основного магнитопровода (асинхронной машины) размещена на роторе, а обмотка индуктора размещена на статоре. Величина вращающего момента асинхронного двигателя управляется регулированием величины сопротивления цепи статора от нулевого значения до требуемой величины, тем самым достигается диапазон регулирования от нулевого до номинального значения частоты вращения двигателя. При достижении частоты вращения ротора величины, близкой к частоте вращения электромагнитного поля в воздушном зазоре основного магнитопровода, подается постоянный ток в обмотку статора, асинхронный двигатель втягивается в синхронизм и машина работает в синхронном режиме при номинальной частоте вращения вала.

Предложение соответствует критерию «существенные отличия», так как из известного перечня информации, установленного нормативным документом (п.2 «Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение»), технические решения с признаками, подобными заявленным, не обнаружены.

На фиг.1 изображена конструктивная схема асинхронной электрической машины; на фиг.2 - сечение А-А.

Асинхронная электрическая машина включает статор с основным магнитопроводом 1 и обмоткой переменного тока 2, дополнительный составной магнитопровод 3 с отдельными кольцевыми пакетами 4 и дополнительными замыкающими магнитопроводами 5, с тороидальными обмотками переменного тока 6, с входными клеммами 7, ротор с основным магнитопроводом 8 и обмоткой переменного тока 9, дополнительным составным магнитопроводом 10 с отдельными кольцевыми пакетами 11 с тороидальными обмотками переменного тока 12, дополнительными замыкающими магнитопроводами 13, закрепленными на валу 14, кольцевой воздушный зазор 15 по расточке статора, управляемые резисторы 16 в цепи обмотки статора, размыкающие ключи 17, 18 и источник постоянного тока 19.

Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения в фазные обмотки 6 током каждой фазы создается пульсирующий магнитный поток, который замыкается по составному дополнительному магнитопроводу 3 с кольцевыми пакетами 4 и дополнительными магнитопроводами 5, по дополнительному магнитопроводу 10 с кольцевыми пакетами 11 и дополнительными замыкающими магнитопроводами 13. Этот магнитный поток наводит ЭДС в тороидальных обмотках 12 ротора с частотой, равной частоте тока обмоток 6 статора, под действием которой по замкнутому контуру, образованному обмотками 12 и обмоткой переменного тока 9 основного магнитопровода 8, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле в воздушном зазоре асинхронной машины. Вращающее магнитное поле наводит ЭДС частоты скольжения в обмотке 2 статора, под действием которой по замкнутой ключом 17 цепи, образованной обмоткой 2, управляемыми резисторами 16, протекает ток частоты скольжения, величина которого определяется значением сопротивления резисторов 16. Ток частоты скольжения создает вращающееся магнитное поле статора, которое, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем ротора, создает вращающий момент, под действием которого ротор асинхронной машины приходит во вращение с частотой, определяемой равенством момента сопротивления нагрузки и вращающего момента обмоток 2 и 9 основного магнитопровода. Величина вращающего момента регулируется изменением значения сопротивлений резисторов 16, что позволяет регулировать частоту вращения электропривода от нуля до номинального значения. При достижении частоты вращения вала 14 ротора, близкой к частоте вращения электромагнитного поля обмотки 9 ротора, подается включением ключа 18 постоянный ток в обмотку 2 статора, при этом ротор втягивается в синхронизм, и асинхронная машина переходит в режим синхронной машины с частотой вращения n_в=n_с=const.

Преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключаются в расширении диапазона регулирования электропривода и повышении значения коэффициента мощности (cosϕ) в режиме номинальной нагрузки электропривода.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к регулируемым электрическим машинам переменного тока. Сущность данного изобретения состоит в том, что в асинхронной электрической машине на статоре и роторе установлены дополнительные магнитопроводы, выполненные из отдельных кольцевых пакетов с размещенными тороидальными обмотками переменного тока между смежными пакетами, соотносящимися по расточке статора магнитопровода через кольцевой воздушный зазор. Входные клеммы установлены на тороидальных обмотках статора. Противоположные цилиндрические стороны пакетов магнитопроводов снабжены дополнительными замыкающими магнитопроводами. Обмотка статора основного магнитопровода снабжена блоком управляемых резисторов и регулируемым источником постоянного тока. Между узлами статора и ротора дополнительного магнитопровода вращающий момент и ЭДС вращения отсутствуют, частота вращения ротора не влияет на электромагнитное поле в кольцевом воздушном зазоре, так что обмен электроэнергией между обмотками статора и ротора дополнительного магнитопровода происходит по трансформаторной связи. Вращающий момент электрической машины в заданном диапазоне частоты вращения регулируется изменением сопротивления в цепи статора. Переход машины в синхронный режим работы осуществляется подачей постоянного тока в обмотку статора основного магнитопровода при достижении подсинхронной частоты вращения. Технический результат - расширение диапазона регулирования частоты вращения, улучшение пусковых характеристик и повышение коэффициента мощности асинхронной электрической машины в номинальном режиме. 2 ил.

Асинхронная машина, содержащая статор с основным магнитопроводом и обмоткой с входными клеммами, дополнительный магнитопровод с обмоткой переменного тока, ротор с основным магнитопроводом, несущим обмотку переменного тока, дополнительный магнитопровод с обмоткой переменного тока, отличающаяся тем, что дополнительные магнитопроводы статора и ротора выполнены из отдельных кольцевых пакетов с размещенными между смежными пакетами тороидальными обмотками переменного тока, соотносящимися по расточке статора магнитопровода через кольцевой воздушный зазор, противоположные цилиндрические стороны пакетов снабжены дополнительными замыкающими магнитопроводами, обмотки ротора основного и дополнительного магнитопроводов соединены между собой, обмотка статора основного магнитопровода снабжена блоком управляемых резисторов и регулируемым источником постоянного тока, входные клеммы установлены на тороидальных обмотках статора.