СИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА Российский патент 2014 года по МПК H02K19/38 H02K21/12 

Изобретение относится к синхронным электрическим машинам с комбинированным возбуждением и может быть использовано как для генерирования электрической энергии, так и для электропривода механизмов. Известны синхронные генераторы с комбинированным возбуждением, содержащие на статоре многофазную якорную обмотку и подвозбудительную обмотку, подключенную к якорной обмотке через регулятор, а на роторе - постоянные магниты и торцевые магнитомягкие шунты, патент США №325076, кл. 322-49, 1965 г., принятый за аналог. Недостатком аналога является низкое быстродействие регулирования напряжения, узкий диапазон регулирования и отсутствие возможности гашения поля ротора в анормальных режимах. Техническое решение, наиболее близко соотносящееся к предлагаемому изобретению, описано в авторском свидетельстве СССР №752646, (S1) Мкл³, H02K 21/00 от 01.03.77 г., Бюллетень №28, опубликованное 01.08.80 г., принято за прототип. В прототипе статор содержит шихтованный сердечник якоря с многофазной якорной обмоткой, торцевой шихтованный сердечник с многофазной подвозбудительной обмоткой, статический фазорегулятор, посредством которого соединяются якорная и подвозбудительная обмотки, ротор с постоянными магнитами и магнитомягкие секторные полюсы.

Недостатком прототипа является узкий диапазон регулирования выходного напряжения якорной обмотки и практически отсутствие возможности гашения поля возбуждения в анормальных режимах работы синхронного генератора. Цель изобретения - расширение диапазона регулирования выходного напряжения с возможностью гашения поля возбуждения. Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа многофазная подвозбудительная обмотка совмещена с якорной обмоткой на части активной длины сердечника якоря и составляет часть активной длины ее витка, магнитопровод ротора с постоянными магнитами выполнен укороченным, образуя свободную кольцевую зону на части активной длины сердечника якоря, с размещенным в ней дополнительным кольцевым магнитопроводом когтеобразного типа, закрепленным на роторе, с внутренней кольцевой полостью и установленным внутри ее другим магнитопроводом, снабженным обмоткой возбуждения тороидального типа, соединенной с системой управления и регулирования и закрепленным на щите статора.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: совмещение на активной длине витка якоря обмотки якоря и обмотки подвозбуждения; укорочение по активной длине витка якоря магнитопровода ротора с постоянными магнитами; размещение на роторе дополнительного магнитопровода индуктора когтеобразного типа, снабженного другим магнитопроводом с обмоткой возбуждения, закрепленным на статоре.

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), техническое решение с признаками подобными заявленным не обнаружено.

На фиг.1 схематически изображен продольный разрез синхронной электрической машины, на фиг.2 изображена схема включения обмоток. Статор синхронной машины фиг.1 содержит сердечник 1 с многофазной якорной обмоткой 2, совмещенной по длине витка с якорной обмоткой, обмотку подвозбуждения 3, торцевые щиты 4, внутреннюю кольцевую полость 5 с установленным внутри ее другим магнитопроводом 6 статора, закрепленным на щите 4 и снабженным обмоткой возбуждения 7 тороидального типа, соединенной с системой управления и регулирования 8, фиг.2. Ротор синхронной машины, фиг.1, включает основной магнитопровод 9 с постоянными магнитами 10, свободную кольцевую зону 11 с установленным в ней дополнительным кольцевым магнитопроводом когтеобразного типа 12, жестко закрепленным на роторе.

Подвозбудительная обмотка 3 составляет часть активной длины обмотки якоря 2 и выполняет функцию как обмотки якоря, так и обмотки подвозбуждения.

При работе синхронной машины постоянные магниты создают практически постоянное значение магнитного потока, равное Φ_N, в то время как подвозбудительное звено когтеобразного типа с тороидальной обмоткой создает дополнительный регулируемый магнитный поток Φ_Д, при этом направление магнитного потока Φ_Д может быть направлено согласно с магнитным потоком Φ_N или встречно ним. В первом случае результирующее значение магнитного потока, сцепленного с обмоткой якоря, составит Φ^Σ=Φ_N+Φ_Д (соответствует работе синхронной машины в нормальных эксплуатационных условиях). Во втором случае результирующее значение магнитного потока, сцепленного с обмоткой якоря, составит $${\Phi }^{\Sigma }={\Phi }_N-{\Phi }_{Д}^{\max }\to 0$$ ,

при этом форсировочное значение $${\Phi }_{Д}^{\max }$$ дополнительного потока может иметь значение близкое Φ_N, тем самым достигается гашение поля в синхронной машине в анормальных режимах ее работы.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к синхронным машинам с комбинированным возбуждением. Согласно данному изобретению на якоре синхронной машины, содержащем многофазную якорную обмотку и торцевой шихтованный сердечник с многофазной подвозбудительной обмоткой, последняя совмещена с якорной обмоткой на части активной длины сердечника якоря и составляет часть активной длины ее витка. Магнитопровод ротора с постоянными магнитами выполнен укороченным, образуя свободную кольцевую зону на части активной длины сердечника якоря, в которой установлен дополнительный кольцевой магнитопровод когтеобразного типа, закрепленный на роторе. В кольцевом магнитопроводе в его внутренней кольцевой полости установлен закрепленный на статоре магнитопровод с тороидальной обмоткой возбуждения, которая соединена с системой управления и регулирования машины. При работе синхронной машины подвозбудительное звено когтеобразного типа с тороидальной обмоткой создает дополнительный регулируемый магнитный поток, направление которого может быть согласным или встречным с основным потоком постоянных магнитов, что обеспечивает работу синхронной машины как в нормальных, так и в анормальных режимах работы с возможностью гашения поля возбуждения. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в расширении диапазона регулирования выходного напряжения с одновременным обеспечением возможности гашения поля возбуждения. 2 ил.

Синхронная электрическая машина, содержащая статор с торцевыми щитами, сердечник с многофазной якорной обмоткой и подвозбудительное звено с многофазной подвозбудительной обмоткой с системой управления и регулирования, ротор с основным магнитопроводом и постоянными магнитами, отличающаяся тем, что многофазная подвозбудительная обмотка совмещена с якорной обмоткой на части активной длины сердечника якоря и составляет часть активной длины ее витка, основной магнитопровод ротора с постоянными магнитами выполнен укороченным, образуя свободную кольцевую зону на части активной длины сердечника якоря с размещенным в ней дополнительным кольцевым магнитопроводом когтеобразного типа, закрепленным на роторе, с внутренней кольцевой полостью и установленным внутри ее другим магнитопроводом статора, снабженным обмоткой возбуждения тороидального типа, соединенной с системой управления и регулирования и закрепленным на торцевом щите статора.