Синхронная бесконтактная машина Советский патент 1992 года по МПК H02K19/30 

Изобретение относится к электрическим машинам, а конкретнее к самовозбуждающимся совмещенным синхронным машинам.

Преимущественная область использования - электропривод механизмов, не требующих регулирования частоты вращения, например центробежные насосы мелиоративного назначения.

Недостатками современных синхронных машин являются наличие контактных колец на роторе для передачи тока во вращающуюся обмотку возбуждения и наличие сложных устройств автоматического регулирования тока возбуждения (АРВ).

От контактных колец избавляются использованием одного из бесконтактных способов передачи электроэнергии на ротор. Чаще всего используют для этого вспомогательную машину переменного тока и вращающиеся выпрямители. Габариты машины при этом возрастают.

Известны общие принципы совмещения в одном магнитопроводе двух или нескольких электрических машин, а также конкретные схемы совмещенных электрических машин,

Наиболее близкой к предлагаемой является синхронная машина, выполненная в виде последовательного соединения двух синхронных машин, совмещенных в общем магнитопроводе, и имеющая на роторе электрически совмещенную обмотку якоря возбудителя и возбуждения для основного преобразователя, а на статоре - две обмотки (возбуждения для возбудителя и якорная для основного преобразователя). Недостатками являются отсутствие АРВ и большие массогабаритные показатели машины. Отсутствие АРВ приводит для двигателя к нестабильности реактивной мощности двигателя при переменной нагрузке, а для генератора к нестабильности его выходного напряжения. Высокие массогабаритные показатели являются следствием того, что на статоре размещены две обмотки различного назначения.

Целью изобретения является уменьшение габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в синхронной бесконтактной машине ста- торная обмотка выполнена в виде трех параллельных ветвей с разделенными нейтралями, причем одна из ветвей непосw

Ё

VI

СО

VJ О

редственно подключена к мостовому выпрямителю, выход которого соединен с нейтралями других ветвей.

Сущность изобретения поясняется чер- тежом.

Бесконтактная синхронная машина имеет на статоре обмотку, выполненную в виде трех параллельных ветвей (многофазную). Обмотки 1 и 2 имеют равное число последо- вательно соединенных витков и соединены звездой с разделенными нулевыми точками Ич и . Обмотка 3 имеет число витков отличное от обмоток 1 и 2, большее для генератора или меньшее для двигателя, и включается как проходная началом к сети (зажимы С1, С2, СЗ), а концами к мостовому выпрямителю 5, выход которого подключен к зажимам И-i и Viz.

Поскольку каждая фаза обмоток 1 и 2 составляет для выпрямленного тока IB зам- кнутую электрическую цепь, в этих обмотках одновременно протекают переменный и постоянный токи, т.е. одновременно создаются две намагничивающие силы (НС).

На роторе машины расположена много- фазная обмотка 4, в каждую фазную обмотку которой включается выпрямитель (диод) 6, обеспечивающий однополупериодное выпрямление тока в обмотке. Обмотка через диоды соединяется накоротко.

Работу машины поясним на примере двигателя. При подключении к сети обмотки 1 и 2 создают в машине вращающееся магнитное поле с числом пар полюсов рч. В этих обмотках наводится ЭДС, уравновешиваю- щая приложенное к обмоткам напряжение. Поскольку число витков обмотки 3 меньше, чем обмоток 1 и 2, на входе выпрямителя 5 существует напряжение, равное нескомпенсированной части напряжения сети. Под действием этого напряжения в замкнутых в каждой фазе контурах обмоток 1 и 2 протекает выпрямленный ток. При этом зажимы И-| и Ид эквипотенциальны для трехфазных токов, а зажимы С1, С2, СЗ эквипотенциаль- ны для выпрямленного тока. Цепи выпрямленного и переменного тока совмещаются без влияния друг на друга. НС постоянного тока Гп имеет число пар полюсов р2 pi. Магнитное поле выпрямленного тока в на- водит ЭДС во вращающихся обмотках ротора, в результате по обмотке 4 течет выпрямленный выпрямителем 6 ток. Этот ток образует ИС Гв ротора с числом пар полюсов pi, неподвижную относительно ро- тора. Гв является НС возбуждения по отношению к основному преобразователю энергии.

Ротор машины таким образом вращается с синхронной по отношению к вращающемуся полю обмоток 1 и 2 скоростью. Так реализуется принцип действия синхронного двигателя.

Важно подчеркнуть, что обмотка 3 участвует в создании вращающего момента наряду с обмотками 1 и 2, т.е. как и обмотки 1 и 2 является якорной и не занимает в пазах лишнего места. Благодаря этому габариты машины меньше, чем у машин с раздельными обмотками якорной основной, возбуждения возбудителя и обмотки, используемой как источник питания обмотки возбуждения, расположенных в пазах статора.

В режиме генератора работа машины происходит аналогично. И здесь обмотки 1 и 2 выполняют функции основных якорных и одновременно функции обмотки возбуждения возбудителя. Обмотка 3 выполняет функции якорной и является регулируемым каналом тока возбуждения возбудителя. Роль роторной обмотки не отличается от описанной ранее для двигательного режима.

Указанное соотношение чисел витков обмоток l(Wi) и 3 (Ws) (для двигателя , для генератора ) не носит строго обязательный характер и объясняется стремлением приблизить друг к другу на- чальные фазы трехфазных токов этих обмоток. При совпадении начальных фаз обмоток 1, 2, 3 габариты машины получаются минимальными.

Известно, что задачей АР В является регулирование тока возбуждения основного преобразователя в функции нагрузки на валу и напряжения питания. Эта задача реализуется следующим образом. При увеличении механической мощности двигателя (момента на валу) возрастают токи якорных обмоток 1, 2 и 3. Вследствие роста тока в обмотке 3 увеличивается ток в, увеличивается Гп, как следствие, увеличивается ЭДС и ток в обмотке 4 и Гв, чем реализуется задача АРВ.

При снижении напряжения проявляется та же цепочка причинно-следственных связей.

Формула изобретения Синхронная бесконтактная машина с расположенной на статоре якорной обмоткой и совмещенной обмоткой на роторе, замкнутой на вращающиеся выпрямители и выполняющей функции обмотки якоря возбудителя и обмотки возбуждения синхронной машины, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения габаритов, статорная обмотка выполнена в виде трех параллель- ных ветвей с раздельными нейтралями, причем одна из ветвей непосредственно подключена к мостовому выпрямителю, выход

которого соединен с нейтралями других ветвей.

Использование: электропривод с синхронными электрическими машинами: Сущность изобретения: якорная обмотка статора синхронной бесконтактной машины выполнена в виде трех параллельных ветвей 1, 2 и 3, одна из ветвей включена последовательно с выпрямителем 5, выход которого соединен с нейтралями двух других ветвей. 1 ил.

-Е

-N