РЕГУЛИРУЕМЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2012 года по МПК H02P25/02 H02P1/26 

Изобретение относится к строительству и эксплуатации электродвигателей и может быть использовано в разных областях промышленности и техники там, где необходимо плавное механическое регулирование технологических процессов в широком диапазоне.

Аналогом изобретения является патент RU 2150781 С1 «Способ регулирования скорости трехфазного двигателя переменного тока».

Способ позволяет дискретно регулировать скорость вращения двигателя путем изменения частоты питающего тока с применением очень сложного, многоэлементного электронного устройства, потенциально снижающего надежность двигателя, повышающего его стоимость.

В предлагаемом двигателе скорость регулируется плавно в широком диапазоне, не содержит электронных устройств, кроме одного автотрансформатора, устройства простого и надежного.

Сущность изобретения состоит в особом расположении фазных обмоток на полюсах статора и в особом порядке подключения их к трехфазной сети, в результате которых двигатель становится двухфазным, с плавным регулированием скорости вращения путем изменения напряжения одной из фаз.

Сущность изобретения, устройство и работа двигателя поясняется фигурами 1÷4.

На фиг.1 изображены: графики синусоидальных колебаний токов фаз А, В, С;

график синусоидальных колебаний тока фазы С в противофазе: - С;

график синусоидальных колебаний суммарного тока фазы В+(-С).

На фиг.2 изображено расположение фазных обмоток на полюсах статора и порядок подключения обмоток к сети, где:

1 - автотрансформатор.

На фиг.3 изображены диаграммы вращающегося магнитного поля полюсов в моменты 1÷5, эквивалентные 90° электрических.

На фиг.4 изображены графики скоростей вращения ротора двигателя при разных нагрузках в зависимости от напряжения фазы B+(-C).

Из графиков фиг.1 следует: фаза В+(-С) отстает от фазы А на 90° электрических и амплитуда тока ее в 1,74 раза превосходит амплитуду тока фазы А;

фаза В отстает от фазы -С на 60° электрических;

фаза В+(-С) отстает от фазы -С и опережает фазу В на 30° электрических соответственно.

Из фиг.2 следует, что числа витков обмоток фазы В и фазы -С равны между собой и содержат по числа витков обмотки фазы А.

На диаграммах фиг.3 полюса фазы А расположены вертикально, полюса фазы В+(-С) - горизонтально. Смены магнитных полюсов N и S определяются правилом правой руки в соответствии с колебаниями амплитуд токов на фиг.1 относительно О в моменты времени 1÷5 и направлением витков обмоток фазы А и фазы В (для фазы В+(-С)).

Для возбуждения кругового вращающегося магнитного поля статора необходимо в равной мере уменьшать амплитуду токов фаз В и С до значения, при котором магнитные потоки полюсов фазы А и фазы В+(-С) будут равны между собой. Уменьшение производится с помощью автотрансформатора 1 на фиг.2, включающего в себя два автотрансформатора, управляемые одним приводом.

Степень уменьшения амплитуд токов (напряжений) оценивается следующим расчетом.

1. Магнитный поток обмоток фазы А при номинальном напряжении

где Ф_А - магнитный поток;

B - магнитная индукция;

µ - магнитная проницаемость;

H - магнитная напряженность поля;

i - амплитуда тока;

U - напряжение;

L - индуктивность обмотки;

S - площадь полюса;

l - высота обмотки;

W - число витков обмотки;

f - частота тока;

K - коэффициент, включающий все постоянные величины.

2. Магнитный поток обмоток фазы В (или -С) при номинальном напряжении

далее по п.1

Магнитный поток фазы B с числом витков числа витков обмоток фазы А возрос вдвое вследствие уменьшения индуктивного сопротивления обмоток в 4 раза и уменьшения числа витков в 2 раза.

Магнитный поток фазы B+(-С) удваивается с учетом поправочного коэффициента cos 30°=0,87

3. Превышение магнитного потока обмоток фазы B+(-С) над магнитным потоком обмоток фазы А при номинальном напряжении

Следовательно, для уравнивания магнитных потоков полюсов фаз А и B+(-C) необходимо напряжение фаз B и C уменьшать в 3,48 раз по отношению к напряжению фазы А.

Регулирование скорости вращения ротора двигателя производится путем изменения величины напряжения на обмотках полюсов фазы B+(-C) с помощью автотрансформатора 1 фиг.2. При этом вращающийся магнитный поток становится эллиптическим, увеличивается скольжение ротора и скорость уменьшается, вплоть до 0.

Диапазон регулирования скорости ротора при разных нагрузках достигает двойного значения по сравнению с номинальной скоростью.

Конструкция двигателя не отличается от классической, поэтому реализация изобретения не должна вызывать затруднений.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в разных областях промышленности, где необходимо плавное механическое регулирование технологических процессов в широком диапазоне. В двигателе трехфазного тока регулирование скорости вращения ротора достигается исключительно комбинацией в расположении на двух парах полюсов статора обмоток фаз питающего тока таким образом, что трехфазный двигатель превращается в двухфазный, со сдвигом на 90° электрических между магнитными потоками пар полюсов, регулирование скорости вращения которого производится путем изменения величины напряжения на обмотках одной из пар полюсов. 4 ил.

Регулируемый трехфазный двигатель, включающий две пары полюсов, сдвинутых между собой по дуге статора на 90°, и короткозамкнутый ротор, отличающийся тем, что обмотки одной из фаз расположены на одной паре полюсов, на другой паре полюсов расположены обмотки двух фаз, которые посредством автотрансформатора подключены к питающей сети, причем обмотки одной из этих фаз подключены противофазно обмоткам другой фазы.