МАШИНА АСИНХРОННАЯ ВРАЩАЮЩАЯСЯ С ФАЗНЫМ РОТОРОМ Российский патент 2022 года по МПК H02K17/12 

Изобретение относится к области электротехники, машиностроения, электротранспорта и касается особенностей конструктивного исполнения энергоэффективных асинхронных машин вращающихся с фазным ротором.

Известны асинхронные машины вращающиеся с короткозамкнутым ротором и совмещенными обмотками (СО), отличающиеся повышенными надежностью, энергоэффективностью и другими улучшенными электромеханическими и эксплуатационными характеристиками [1-5] - аналоги. Недостатками аналогов являются: сложность регулирования скорости и момента на валу, особенно при малых частотах вращения; высокая кратность пускового тока; низкая кратность пускового момента.

Известна трехфазная асинхронная машина вращающаяся с фазным ротором, отличающаяся хорошими регулировочными свойствами, низкой кратностью пускового тока и высокой кратностью пускового момента. Обмотки трехфазной асинхронной машины вращающейся с фазным ротором выполнены из изолированного провода по стандартным технологиям [6] - прототип. Выводы фаз обмотки статора прототипа соединены в «звезду» или в «треугольник», концы фаз обмотки ротора соединены в «звезду», а начала подключены к контактным кольцам, изолированным друг от друга и от вала. Через токосъемные щетки и контактные кольца к обмотке ротора присоединяется трехфазный пусковой или регулировочный реостат.

Недостатками прототипа являются низкая надежность и необходимость обслуживания щеточного узла, вызванные искрением, пылеобразованием, износом щеток и др. Также недостатками прототипа являются относительно низкая эффективность машины, обусловленная диссипацией электрической энергии на реостате, а также применением т.н. классической обмотки статора, соединенной в «звезду» или «треугольник». К недостаткам прототипа следует отнести также сложность «реостатного» управления, высокие стоимостные и массогабаритные показатели такой системы управления.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является:

- повышение энергоэффективности машины с фазным ротором за счет применения СО статора;

- достижение высоких значений КПД в широких диапазонах нагрузки [7];

- повышение надежности машины с фазным ротором;

- упрощение управления машиной с фазным ротором;

- улучшение управления в диапазоне малых частот вращения ротора;

- уменьшение потерь на рассеяние энергии;

- уменьшение габаритов системы управления.

Указанный технический результат достигается тем, что машина асинхронная вращающаяся включает в себя статор с совмещенной обмоткой с параллельным соединением «звезды» и «треугольника», фазный ротор с интегрированным в него трехфазным широтно-импульсным регулятором (ШИР), питающимся от обмотки ротора, и не содержит в своей конструкции щеточного механизма, а управление ШИР осуществляется через вращающийся трансформатор/трансформаторы или оптическую развязку.

Существует вариант машины, в котором фазный ротор содержит дополнительную обмотку для обеспечения питания ШИР.

Также существует вариант машины, в котором питание ШИР происходит посредством вращающегося трансформатора, интегрированного в машину.

Техническая применимость и использование изобретения

Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой статора может применяться в регулируемых приводах транспортных средств; приводах грузоподъемных механизмов - кранов, лифтов и др.; приводах, запускаемых под нагрузкой; приводах, требующих достижения высоких пусковых моментов и ограничения пусковых токов. Результаты компьютерного моделирования указывают на существенный потенциал возможностей достижения высоких пусковых моментов при использовании СО статора и фазного ротора, а также снижения кратности пусковых токов при использовании ШИР.

Фиг. 1 и фиг. 2 иллюстрируют результаты компьютерного моделирования характеристик асинхронной машины с СО статора и фазным ротором (далее -машины) мотор-колеса габарита 318 с батарейным питанием 48 В, предназначенного для привода транспортного средства.

На фиг. 1 представлены результаты компьютерного моделирования механических характеристик машины - вариант для «реостатного» управления при разных сопротивлениях реостата. Ось абсцисс - частота вращения ротора, об/мин, ось ординат - вращающий момент, Н⋅м. Результаты моделирования указывают на существенный потенциал возможностей повышения пускового момента (пересечения графиков с осью ординат), а также возможности достижения высоких значений максимального вращающего момента для таких машин.

На фиг. 2 представлены результаты компьютерного моделирования механических характеристик асинхронной машины с СО статора и фазным ротором и интегрированным в него ШИР при разных значениях длительности импульса широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Ось абсцисс - частота вращения ротора, об/мин, ось ординат - вращающий момент, Н⋅м. Упрощение процесса управления машиной достигается за счет использования ШИР при сохранении преимуществ как асинхронной машины с фазным ротором, так и СО статора.

Источники информации

1. Малошумный асинхронный двигатель [Текст]: пат.2507664 Рос.Федерация: МПК7 Η02K 3/28, Η02K 17/12 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Блинов В.Л., Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». 2011151274/07. Заявл. 14.12.2011. Опубл. 20.02.2014. Бюл. №5.

2. Малошумный энергоэффективный электропривод [Текст]: пат.2568672 Рос.Федерация: МПК Н02K 17/14, Н02K 3/28 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Дуюнов Е.Д., Блинов В.Л. Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 11.08.2014. Опубл. 20.11.2015. Бюл. №32.

3. Машина асинхронная вращающаяся [Текст]: пат.109934 Рос.Федерация: МПК Н02K 17/12, Н02K 3/12 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Блинов В.Л., Иванов С.А., Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 23.05.2011. Опубл. 27.10.2011. Бюл. №30.

4. Высокомоментная асинхронная электромашина [Текст]: пат.132272 Рос.Федерация: МПК Н02K 17/16 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Дуюнов Е.Д., Блинов В.Л., Яковлев И.Н., Иванов С.А.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 16.04.2012. Опубл. 10.09.2013. Бюл. №25.

5. Малошумный асинхронный двигатель [Текст]: пат.150824 Рос.Федерация: МПК В06K 17/00 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Блинов В.Л., Яковлев И.Н., Дуюнов Е.Д.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 27.03.2014. Опубл. 27.02.2015. Бюл. №6.

6. Забудский, Е.И. Электрические машины. В 4-х частях: Учебное пособие для вузов [Текст]: Часть 2. Асинхронные машины / Е.И. Забудский - Москва: ООО «Мегаполис», 2017. - 304 с.

7. Дуюнов Е.Д., Дуюнов Д.А. Совмещенные обмотки электрических машин. Справочник. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2018. - 246 С.

Изобретение относится к области электротехники, машиностроения, электротранспорта и касается особенностей конструктивного исполнения энергоэффективных асинхронных машин, вращающихся с фазным ротором. Машина асинхронная, вращающаяся с фазным ротором, включает в себя статор с совмещенной обмоткой с параллельным соединением «звезды» и «треугольника», фазный ротор с интегрированным в него широтно-импульсным регулятором (ШИР), питающимся от обмотки ротора. Управление ШИР осуществляется через вращающийся трансформатор/трансформаторы или оптическую развязку. Существует вариант машины, в котором ротор содержит дополнительную обмотку, обеспечивающую питание ШИР. Также существует вариант машины, в котором питание ШИР происходит посредством вращающегося трансформатора, интегрированного в машину. Техническим результатом является повышение энергоэффективности машины с фазным ротором за счет применения СО статора, достижение высоких значений КПД в широких диапазонах нагрузки, повышение надежности машины с фазным ротором, упрощение управления машиной с фазным ротором, улучшение управления в диапазоне малых частот вращения ротора, уменьшение потерь на рассеяние энергии, уменьшение габаритов системы управления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой статора, отличающаяся тем, что не содержит в своей конструкции щеточного механизма, а ротор включает в себя трехфазный широтно-импульсный регулятор (ШИР), питающийся от обмотки ротора, при этом управление ШИР осуществляется через вращающиеся трансформатор/трансформаторы или оптическую развязку.

2. Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой по п. 1, отличающаяся тем, что ротор включает в себя дополнительную обмотку, которая служит для питания ШИР.

3. Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой по п. 1, отличающаяся тем, что содержит в себе вращающийся трансформатор, обеспечивающий питание ШИР.