Синхронная электрическая машина Советский патент 1993 года по МПК H02K21/14 H02K21/02 

Изобретение относится к -специальным электрическим машинам и может быть/использовано в учебных заведениях в качестве демонстрационной машины.

Цель изобретения - повышение перегрузочной способности..

.Сущность изобретения заключается в следующем. При выполнении одного ротора явнополюсным без обмотки возбуждения, а второго, расположенного коаксиально ему, неявнополюсным с обмоткой возбуждения (или с постоянными магнитами без полюсных наконечников), продольные оси полюсов которых смещены на угол 45 эл.град. (при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора), максимумы кривых составляющих электромагнитной мощности соёпадают и обеспечивают повышение перегрузочной способности машины: Сказанное иллюстрируется следующим математическим выражением

+ Р .

mUE

sin б

(Л

С

P w

mir

(

1

1

)81пЈ2(±Д)

2 VXq2

где Рэм - электромагнитная мощность машины;

Р1 - активная составляющая мощности;

Р - реактивная составляющая мощно-- сти;

m - число фаз статора;

U - фазное напряжение на зажимах обмотки статора;

Е - ЭДС, наводимая магнитным потоком ротора в обмотке фазы статора;

xd -синхронноеиндуктивное сопротивление по продольной оси;

Xq - синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси;

9 - сдвиг по фазе между векторами напряжения и ЭДС (угол нагрузки).

Р - угол смещения продольных осей ротора (со знаком минус - в генераторном

со

к ел

О

режиме, со знаком плюс - в двигательном режиме);

xdi - синхронное индуктивное сопротивление системы статор - внутренний ротор ;

xd2 синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси системы статор - внешний ротор ;

хЧ2 - синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси системы статор - внешний ротор.

При учете активного сопротивления обмотки статора угол смещения продольных осей коаксиально расположенных роторов находится в пределах от 0 до 45 эл.град. и определяется условием совпадения максимумов кривых составляющих1 электромагнитной мощности.

На фиг.1 показана угловая характеристика предложенной машины,выполненной при работе в/генераторном режиме, при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора; на фиг.2 - поперечный разрез машины в варианте выполнения с внутренним неявнополюсным ротором с обмоткой возбуждения; на фиг.З - продольный разрез машины с ротором в виде стакана; на фиг.4- машина в варианте выполнения с внутренним ротором с постоянными магнитами без полюсных наконечников

Синхронная электрическая машина содержит два коаксиально расположенных ротора 1 и 2 и статор 3. Статор 3 выполнен в виде тора и установлен между роторами 1 и 2 концентрично им, закреплен на опоре 4 и снабжен тороидальной обмоткой, Ротор 1 выполнен с неявновыраженными полюсами и обмоткой возбуждения и является внутренним. Ротор 2 выполнен явнополюсным без обмотки возбуждения и является внешним. Ротор 1 закреплен на валу 5, который установлен на опорах4 и 6 на подшипниках, а ротор 2 выполнен в виде стакана, закрепленного на валу 5. При этом их продольные оси полюсов смещены относительно друг друга На-уол, находящийся в пределах от О до 45 эл.градусов. Величина угла смещения ft и направление смещения зависят от активного сопротивления обмотки статора 3 и синхронных индуктивных сопротивлений xd2,Xq2 и определяются из условия совпадения максимумов составляющих электромагнитной мощности Р и Р на угловой характеристике в соответствующем режиме работы.

Машина может быть также выполнена в следующих вариантах.

Во втором варианте ротор 1 выполнен с неявновыраженными полюсами и обмоткой возбуждения, а ротор 2 - виде стакана, на

внутренней торцовой поверхности которого размещены явновыраженные полюса.

В третьем варианте ротор 1 выполнен с постоянными магнитами без полюсных наконечников, а ротор 2 - явнополюсным без обмотки возбуждения..

Машина содержит также пусковую ко- роткозамкнутую обмотку.

Машина работает следующим образом.

в генераторном режиме вал 5 приводится во вращение приводным устройством и магнитный поток ротора 1 индуктирует ЭДС в обмотке статора 3. При работе параллельно с сетью с напряжением U из-за взаимодействия поля ротора 1 и поля внутренней стороны тороидальной обмотки статора 3 создается электромагнитная мощность Р (описанная первым слагаемым в выражении), за счет того, что у ротора 1 синхронные

индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям равны. При взаимодействии явнополюсного безобмоточного ротора 2 с полем внешней стороны тороидальной обмотки статора 3 создается

электромагнитная мощность Р (описанная вторым слагаемым в выражении), где xd2 и хЧ2 - синхронные индуктивные сопротивления соответственно по продольной и попе-, речной осям системы статор 3 - ротор 2. В

частности при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора 3 угловое смещение роторов 1 и 2 составляет 45 Эл.град. в направлении вращения вала 5 (знак минус при/Зв выражении), При этом

максимумы кривых Р иР на фиг,1 в области положительных значений угла нагрузки в совпадают, обеспечивая увеличение максимальной электромагнитной мощности машины.

. В двигательном режиме при включении обмотки статора 3 в сеть осуществляется асинхронный пуск машины посредством ко- роткозамкнутой обмотки, а после втягивания в синхронизм электромагнитная

мощность машины определяется аналогично работе в генераторном режиме с той

лишь разницей, что смещение продольных

осей роторов 1 и 2 друг относительно друга

осуществляется в направлении, обратном направлению вращения вала 5 (знак плюс выражении). В частности, при пренебрежением активным сопротивлением обмотки статора 3 угловое смещение роторов 1 и 2 составляет 45 эл.град. При этом достигается совпадение максимумов Р и Р в области отрицательных значений угла нагрузки в и повышение результирующей электромагнитной мощности РЭм,

При выполнении внешнего ротора 2 в виде стакана, на внутренней торцовой поверхности которого размещены явновыра- женные полюса, составляющая электромагнитной мощности Р создается также вследствие взаимодействия тока в обмотке статора 3 с полюсной системой ротора 2, обращенной к торцовой части тороидальной обмотки статора 3. Тем самым, достигается наибольшее использование тороидальной обмотки статора 3, дополнительное повышение результирующей электромагнитной мощности и перегрузочной способности,

Использование предложенной синхронной электрической машины позволит повысить ее перегрузочную способность по сравнению с прототипом за счет достижения совпадения максимумов кривых составляющих электромагнитной мощности в генераторном и двигатель ном режимах.

Р.

Формула изобретения

1. Синхронная электрическая машина, содержащая статор с обмоткой, внутренний ротор с неявновыраженными полюсами и

обмоткой возбуждения, отличающая- с я тем, что, с целью повышения перегрузочной способности, она снабжена внешним яв- нополюсным безобмоточным ротором, причем продольные оси полюсов роторов

смещены относительно друг друга на угол, находящийся в пределах от 0 до 45 эл.град,

2. Машина по п.1, от л и ч а ю ща я с я тем, что обмотка статора выполнена тороидальной.

3. Машина по пп,1 и 2, о т л и ч а ю ща- я с я тем, что наружный ротор выполнен в виде стакана, на внутренней торцовой поверхности которого размещены явновыра- женные полюса.

4. Машина по п,1, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что внутренний ротор выполнен с постоянными магнитами без полюсных наконечников.

U-

IT

Фаг. 3