Синхронная электрическая машина Советский патент 1992 года по МПК H02K21/14 H02K21/02 

Изобретение относится к многороторным специальным машинам.

Известна синхронная электрическая машин а, содержащая статор и внутренний ротор с постоянными магнитами типа звездочка с явновыраженными полюсами без полюсных наконечников.

Наиболее близкой к предлагаемой является синхронная электрическая машина, содержащая статор с обмоткой и внутренний ротор с постоянными магнитами и полюсными наконечниками, при этом магниты намагничены в радиальном направлении.

Недостатком известной машины является малая синхронизирующая мощность, затрудняющая параллельную работу в области малых значений угла нагрузки ©за счет дополнительной составляющей электромагнитной мощности Р , обусловленной взаимодействием токов в обмотке статора с полюсной структурой ротора, так как синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси Хч больше синхронного индуктивного сопротивления по продольной оси Xd(Xq Xd), что подтверждается следующими формулами:

ЭМ

Р +Р ; Р

mUE

(1)

где Р имеет отрицательное значение (фиг. 1), при этом пренебрегают активным сопротивлением статора.

Целью изобретения является увеличение синхронизирующей мощности машины.

Поставленная цель достигается тем, что машина снабжена внешним явнополюсным безобмоточным ротором, полюса которого размещены над полюсами внутреннего ротора.

Причем, обмотка статора может быть выполнена тороидальной.

При этом внешний ротор может быть выполнен в виде стакана, на внутренней торцовой поверхности которого размещены явновыраженные полюса.

Сущность изобретения заключается в том, что выражение электромагнитной мощности машины при пренебрежении активным сопротивлением статора имеет вид:

2

О

о

00

+P2

(2)

sin

Pi

mir

(4r-i)s n20:

где индекс Г соответствует системе статор - ротор с постоянными магнитами с полюсными наконечниками; индекс 2 соответствует системе статор - невозбужденный ротор.

В системе статор- невозбужденный ротор имеет место неравенство Xd2 ХЧ2 , что позволяет, как минимум, компенсировать отрицательное воздействие неравенства Xqi Xdi в системе статор - ротор с постоянными магнитами с полюсными наконечниками, т.е. Р2 -Pi в выражении (2), и тем самым увеличить крутизну кривой Рэм в области малых в, а значит увеличить синхронизирующую мощность (фиг, 2).

На фиг. 1 показана угловая характеристика известной машины в генераторном режиме при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора; на фиг. 2 - угловая характеристика предлагаемой машины при полной компенсации влияния составляющей Pi ; на фиг. 3 - машина с внешним невозбужденным ротором, продольный разрез; на фиг. 4 - то же, с тороидальной обмоткой статора и внешним ротором в виде стакана.

Синхронная электрическая машина содержит два коаксиально расположенных ротора 1 и 2 и статор 3, установленный между роторами коаксиально им и выполненный а виде тора. Ротор 1 является внутренним и выполнен с постоянными магнитами с радиальным намагничиванием и полюсными наконечниками, а ротор 2 является внешним и выполнен явнополюсным без обмотки возбуждения. Статор 3 снабжен тороидальной обмоткой и закреплен на опоре 4, Ротор 2 выполнен в виде стакана, на внутренней торцовой поверхности и стенке размещены явновыраженные полюса. Роторы 1 и 2 закреплены на валу 5, установленном на опорах 4 и 6, при этом полюса ротора 2 размещены над полюсами ротора 1.

Ротор 1 может быть также выполнен с постоянными магнитами с тангенциальным намагничиванием и без полюсных наконечников. Машина содержит также коротко- замкнутую обмотку (не показано).

Машина работает следующим образом.

В генераторном режиме вал 5 приводится во вращение приводным устройст0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вом. Магнитный поток ротора 1 индуктирует ЭДС Е в обмотке статора 3. При работе параллельно с сетью с напряжением U из-за взаимодействия поля постоянных магнитов ротора 1 и поля внутренней стороны тороидальной обмотки статора 3 создается электромагнитная мощность PI (в выражении (2) при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора 3). При взаимодействии поля внутренней стороны тороидальной обмотки статора 3 с полюсной структурой ротора 1 создается также электромагнитная мощность Pi , определяемая по существу неодинаковостью синхронных индуктивных сопротивлений Xdi и Xq1 . При взаимодействии явнополюсного не возбужден но го ротора 2 с токами обмотки статора 3 создается электромагнитная мощность Ра , компенсирующая отрицательное воздействие на синхронизирующую мощность составляющей РГ (фиг. 3),

В двигательном режиме при включении обмотки статора 3 в сеть с напряжением U осуществляется асинхронный пуск машины посредством короткозамкнутой обмотки, а после втягивания в синхронизм электромагнитная мощность машины определяется аналогично ее работе в режиме генератора,

В варианте выполнения машины с явнополюсным ротором 2 в виде стакана с полюсной системой также на внутренней торцовой поверхности составляющая электромагнитной мощности Р2 создается вследствие взаимодействия тока в обмотке статора 3 с полюсной системой ротора 2, обращенной к торцу тороидальной обмотки статора 3 (фиг. 4),

Использование предлагаемой синхронной электрической машины позволит увеличить синхронизирующую мощность в области устойчивой работы машины (область малых ©) за счет компенсации составляющей Pi электромагнитной мощности машины Рэм по сравнению с известной, Предлагаемая машина при равных с известной объемах сравнительно дешевле за счет снижения расхода наиболее дорогостоящих материалов.

Предлагаемая машина является специальной и может быть использована в устройствах с ограниченными аксиальными размерами и с ограниченными возможностями использования постоянных магнитов.

Формула изобретения

1. Синхронная электрическая машина, содержащая статор с обмоткой, внутренний ротор с постоянными магнитами и полюсными наконечниками, отличающаяся тем, что, с целью увеличения синхронизирующей мощности, она снабжена внешним явнополюсным безобмоточным ротором, оси

полюсов которого совмещены с осями полюсов внутреннего ротора.

2. Машина по п. 1, отличающая- с я тем, что обмотка статора выполнена тороидальной.

3. Машина по пп. 1 м 2, отличающаяся тем, что внешний ротор выполнен в виде стакана, на внутренней торцовой поверхности которого размещены явиовыра- женные полюса.

Использование: синхронные электрические машины с внешним и внутренним ротором. Сущность изобретения: синхронная электрическая машина содержит статор с тороидальной обмоткой и внутренний и внешний роторы. Один из роторов выполнен явнополюсным без обмотки возбуждения, а другой - с постоянными магнитами с полюсными наконечниками. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Р

эм

190

.1

Фиг. 2

Фаг. 3

Фаг. 4