Электромагнитное устройство Советский патент 1992 года по МПК H02K26/00 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах автоматического регулирования и управления для создания стабилизирующего электромагнитного момента.

Известно электромагнитное устройство, содержащее статор с рабочей и пусковой обмотками и фазосдвигающим конденсатором, включенным последовательно с пусковой обмоткой, и ротор с обмоткой, состоящей из электропроводящих стержней, соединенных по торцам токозамыкающимикольцами.При этом электропроводящие стержни распределены равномерно по всей поверхности ротора.

Недостатком такого устройства является то, что оно не создает стабилизирующего электромагнитного момента. Кроме устройства характеризуется сложностью, недостаточной надежностью и малой экономичностью работы. Первый недостаток обь- ясняется тем, что при подключении рабочей и пусковой обмоток к сети однофазного переменного тока в зазоре между статором и ротором создается магнитное поле, близкое по своей структуре к вращающемуся, которое обуславливает возникновение электромагнитного момента и вращение ротора в направлении поля. Остальные недостатки связаны с размещением на статоре двух обмоток, включением в цепь пусковой обмотки фазосдвигающего конденсатора и повышенным расходом активных материалов на изготовление обмотки ротора.

Известно электромагнитное устройство для стабилизации объектов. Оно содержит статор с однофазной обмоткой и отделен-. ный от статора эоздушным зазором ротор, на части каждого полюсного деления которого выполнены пазы с размещенными в

Х|

ч

00

со со

о

них электропроводящими стержнями. При этом электропроводящие стержни, размещенные в противоположно лежащих пазах, соединены между собой на торцах посредством лобовых частей.

Данное электромагнитное устройство является наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности.

Однако и это устройство характеризуется большим расходом активных материалов, высокой стоимостью, низким быстродействием, недостаточно высокими значениями энергетических показателей и небольшим моментом стабилизации. Причиной отмеченных недостатков является наличие развитых лобовых частей в обмотке ротора.

Целью изобретения является уменьшение расхода активных материалов, снижениестоимости,увеличение быстродействия, улучшение энергетических показателей и повышение момента стабилизации.

Для достижения поставленной цели в известном электромагнитном устройстве для стабилизации объектов, содержащем статор с однофазной обмоткой и отделенный от статора воздушным зазором ротор, на части каждого полюсного деления которого выполнены пазы с размещенными в них электропроводящими стержнями, согласно изобретения электропроводящие стержни соединены между собой на торцах токозамыкающими кольцами.

На каждом полюсном делении электропроводящие стержни ротора расположены на части цилиндрической поверхности, соответствующей центральному углу 90 электрических градусов.

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое электромагнитное устройство; на фиг. 2 - конструкция обмотки ротора; на фиг. 3 - распределение магнитной индукции в зазоре; на фиг. 4 - распределение напряженности электрического поля по окружности ротора; на фиг. 5 - рае-пределение плотности тока в обмотке ротора при симметричном расположении электропроводящих стержней относительно оси полюсов; на фиг. 6 - распределение электромагнитных сил по окружности ротора при симметричном расположении электропроводящих стержней относительно оси полюсов; на фиг. 7 - распределение плотности тока в обмотке ротора при смещении электропроводящих стержней в направлении часовой стрелки от их симметричного положения относительно оси полюсов; на фиг. 8 - рэспре- деление электромагнитных сил по окружности ротора при смещении электропроводящих стержней в направлении часовой стрелки от их симметричного положения; на фиг, 9 - распределение плотности тока в обмотке ротора при смещении электропроводящих стержней в направлении против часовой стрелки от их симметричного положения относительно оси полюсов; на фиг. 10 - распределение электромагнитных сил по окружности ротора при смещении

0 электропроводящих стержней в направлении против часовой стрелки от их симметричного положения относительно оси полюсов.

Электромагнитное устройство (фиг. 1)

5 состоит из статора 1 и ротора 2, которые отделены друг от друга воздушным зазором 3, На внутренней поверхности статора 1 размещена однофазная обмотка 4, которая для простоты изображена в виде одного вит0 ка. Обмотка ротора (фиг. 2) выполнена из электропроводящих стержней 5, которые по торцам соединены посредством токозамы- кающих колец 6. При этом электропроводящие стержни 5 на каждом полюсном

5 делении электромагнитного устройства располагаются только на части поверхности.

Электромагнитное устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии ротор 2 и

0 электропроводящие стержни 5 его обмотки занимают по отношению к оси полюсов электромагнитного устройства симметричное положение (фиг.3). Подключение обмотки 4 статора 1 к питающей сети однофазного

5 переменного напряжения обуславливает возникновение в обмотке 4 переменного тока, направление которого для одного из моментов времени условно показано крестиками и точками. Переменный ток об0 мотки 4 возбуждает в воздушном зазоре 3 пульсирующее магнитное поле, основная гармоника которого распределена в зазоре 3 по косинусоидальному закону (фиг.З). Напряженность электрического поля, в соот5 ветствии с законом Максвелла, сдвинута относительно кривой магнитной индукции на 90°, т.е. распределена на поверхности ротора 2 по синусоидальному закону (фиг.4). Плотность тока в обмотке ротора 2 опреде0 ляется величиной напряженности электрического поля и электропроводностью материала электропроводящих стержней 5, а ее распределение для случая симметричного расположения электропроводящих

5 стержней 5 относительно оси полюсов электромагнитного устройства показано на фиг.5. Электромагнитное усилие, действующее на электропроводящие стержни 5, определяется произведением плотности тока в них на величину магнитной индукции, а его

распределение по поверхности ротора 2 для случая симметричного расположения стержней 5 относительно оси полюсов приведено на фиг. 6. Согласно фиг. 6 интегральная величина электромагнитного усилия равна нулю, Электромагнитный момент на валу ротора при этом также равен нулю и ротор 2 по отношению к статору 1 занимает состояние устойчивого равновесия, характеризующегося тем, что ток, потребляемый из сети, и энергия, запасенная в электромагнитном поле, являются минимальными.

При повороте ротора 2 в направлении часовой стрелки, например под действием возмущающего момента со стороны объекта стабилизации, сочлененного с валом ротора 2, электропроводящие стержни 5 смещаются также в направлении часовой стрелки и занимают по отношению к оси полюсов асимметричное положение (фиг.7). Плотность тока в электропроводящих стержнях 5 при этом оказывается распределенной асимметрично относительно оси полюсов, что приводит к возникновению электромагнитного усилия с интегральной величиной, отличной от нуля. Значение интегрального усилия электромагнитного устройства возрастает по мере увеличения угла поворота ротора 2 и своего наибольшего значения достигает при повороте на угол, равный 90 электрических градусов. Распределение плотности тока и электромагнитного усилия по окружности ротора 2 для данного случая показано соответственно на фиг.7 и фиг. 8. Электромагнитное усилие обуславливает на валу ротора 2 момент, действие которого направлено в сторону, противоположную действию момента возмущения, т.е. электромагнитный момент является стабилизирующим и препятствует дальнейшему повороту ротора 2 в направлении часовой стрелки. При достижении ра- венства стабилизирующего. и возмущающего момента движение ротора 2 прекращается, В этом положении электропроводящие стержни 5 оказываются смещенными относительно оси полюсов на угол, определяемый величиной возмущающего момента, но не превышающего 90 электрических градусов.Ток, потребляемый двигателем из питающей сети, и энергия, запасенная в электромагнитном поле, в данном положении электропроводящих стержней 5 достигают величин, больших, чем при их симметричном положении.

Если возмущающий момент, приложенный к ротору 2, действует в направлении против часовой стрелки, то электропроводящие стержни 5 сместятся в этом же направлении относительно их симметричного

положения, т.е, относительно оси полюсов. При этом изменяются характер распределения плотности тока в электропроводящих стержнях 5 (фиг, 9) и характер распределения электромагнитного усилия по окружности ротора 2 (фиг. 10), которое создает на валу ротора 2 момент, действующий встречно возмущающему моменту, т.е. являюще0 муся стабилизирующим.

Проведенными экспериментальными исследованиями установлено (см. акт испы5 таний), что максимальный по величине электромагнитный стабилизирующий момент устройство развивает в случае, когда на поверхности ротора 2, соответствующей полюсному делению, электропроводящие

0 стержни 5 расположены на половине полюса, т.е. на поверхности, которой соответствует центральный угол 90 электрических градусов. Уменьшение поверхности, несущей электропроводящие стержни 5, приво5 дит к уменьшению тока в роторе 2 и создаваемого этими токами электромагнитного стабилизирующего момента. Увеличениеповерхности,несущей электропроводящие стержни 5, обуславли0 вает возникновение на роторе 2 зон с различным знаком электромагнитного усилия, что также ведет к снижению интегральной величины стабилизирующего электромагнитного усииия.

5 Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает создание на валу ротора знакопеременного электромагнитного стабилизирующего момента. В нем, в отличие от прототипа, существенно сокращена дли0 на лобовых частей обмотки ротора, что приводит к уменьшению расхода активных материалов, снижению стоимости и увеличению быстродействия, являющегося важнейшим показателем электромагнитных стабилизирующих устройств. Сокращение

5 длины лобовых частей обмотки ротора одновременно обеспечивает уменьшение активного и индуктивного сопротивлений, что ведет к снижению потерь энергии и потребляемой из сети реактивной мощности. При

0 этом достигается улучшение энергетических показателей устройства и увеличение электромагнитного стабилизирующего момента. Конструкция электромагнитного устройства отличается технологичностью,

5 простотой и высокой надежностью работы.

Заявляемое изобретение предназначено для применения в системах автоматического регулирования и управления для создания корректирующего электромагнитного момента с целью стабилизации объектов и их точного позиционирования.

Формула изобретения 1. Электромагнитное устройство для стабилизации объектов, содержащее статор с однофазной обмоткой и отделенный от статора воздушным зазором ротор, на части каждого полюсного деления которого выполнены пазы с размещенными в них электропроводящими стержнями, отличающееся тем, что, с целью уменьшения расхода активных материалов, снижения стоимости, увеличения быстродействия,

Ч

улучшения энергетических показателей и повышения момента стабилизации, концы электропроводящих стержней соединены между собой на торцах токозамыкающими кольцами.

2. Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что на каждом полюсном делении электропроводящие стержни ротора расположены на части цилиндрической поверхности, соответствующей центральному углу 90 эл.гр.

Фиг, 2

1

fl

Использование: в системах автоматического регулирования и управления для созданий стабилизирующего электромагнитного момента. Сущность изобретения: устройство содержит статор с однофазной обмоткой и ротор. На части каждого полюсного деления ротора выполнены пазы с размещенными в них электропроводящими стержнями. Концы стержней соединены по торцам токозамыкающими кольцами. При отклонении ротора от исходного состояния устройство создает стабилизирующий элек- тромагнитный момент, направленный встречно по отношению к возмущающему моменту. 1 з.п, ф-лы, 10 ил.

Ч

5 «1Иф

h

IU

7 Иф

Ј МИф

0888/Ј1

оооооо

Фив.7

Фиг.8

фиг.З

fe