Электрическая машина Советский патент 1993 года по МПК H02K1/06 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке и проектировании электродвигателей переменного тока с тяжелыми условиями пуска.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем сни- жения пусковых токов и улучшение плавности пуска электродвигателя.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемой электрической машины; на фиг. 2 - расположение обмоток фаз в беспазовом статоре двухполюсной трехфазной электрической машины; на фиг. 3 - схема соединения обмоток трехфазной активной зоны одного беспазового статора; на фиг. 4 - схема соединения обмоток трехфазной активной зоны второго беспазового

статора; на фиг. 5 - схема звезда с двумя последовательно включенными обмотками беспазовых статоров; на фиг. 6 - схема звезда с последовательно включенной схемой треугольника; на фиг. 7 - схема треугольника с двумя последовательно включенными обмотками; на фиг. 8 - схема звезда с двумя параллельными обмотками; на фиг. 9 - схема треугольника со звездой; на фиг. 10 - схема треугольник-треугольник.

Беспазовый статор предлагаемой машины содержит корпус 1, например разъемный, состоящий из частей 2 и 3, активную зону 4, 5 являющуюся одновременно магни- топроводом и токопроводом. Между корпусом и активной зоной помещена корпусная изоляция 6, 7. В продольном направлении активные зоны закреплены с одной стороны

00

01 vj

CJ vj

порными кольцами 8, 9, а с другой стороны ыступом 10 корпуса. На фиг. 1 изображены ве активные зоны (п 2) трехфазной двухолюсной машины. Эти зоны представляют обой совмещенную обмотку, состоящую из ести самостоятельйых витых частей 11,12, 13, 14, 15, 15 (см. фиг. 2) активной зоны 4 и аких же частей активной зоны 5 (на фиг. не показано). Все части активной зоны беспаового статора изолированы друг от друга межфазной изоляцией 17, а с наружной стороны корпусной изоляцией 6, 7. Направление намотки всех частей одинаковое. Так как одна активная зона имеет шесть частей соединенных между собой (см. фиг. 3, 4) и образующих три фазы (см. например, фиг. 5), то в машине имеется 12 выводов или в общем случае, число выводов N определяется по формуле: N 2п т. где п - число активных зон, am- число фаз машины. Обмотка выполнена витой, например, в виде двенадцати трапецеидальных цилиндров, и расположена по окружности корпуса параллельно валу 18 машины (фиг. 1,2). Каждый виток выполнен из изолированной полосы, состоящей из слоев токопроводного и магнитопроводного материала. Возможно выполнение и из одного магнитопроводного материала.

Ротор изготовлен из двух одинаковых дисков 19, 20 выполненных из магнитопроводного материала, закрепленных на валу 18 и расположенных перпендикулярно направлению магнитного ротора активных зон статора 4. 5 с обеих сторон от обмоток, а внутри расположен диск 21 выполненный также из магнитопроводного материала. Этот диск 21, в отличие от дисков 19, 20 содержит две обмотки 22. 23, помещенные в пазах. Диск 19 имеет обмотку 24, а диск 20 имеет обмотку 25. Общее число роторных дисков определяется по формуле

Ng n + 1,

а число обмоток, размещенных в дисках ротора

No 2п.

Ротор может быть выполнен шихтованным. Обмотки дисков, например, коротко- замкнутые имеют верхние кольца 26. 27, 28. 29 и нижние. Диски имеют выступы 30, в которых размещены пазы с обмоткой. Выступы обеспечивают прохождение, магнитного поля перпендикулярно обмотке

дисков. Средний диск такого выступа может не иметь, но зато его сечение рассчитывается на передачу двойной мощности. Вал 18

вместе с дисками 19, 20, 21 помещен в подшипники 31, 32.

Фаза А - состоит из двух трапецеидальных цилиндров, соединенных последовательно. Аналогично, фазы В и С также состоят из двух обмоток каждая. Обмотки фиг. 3 и 4 симметричны относительно друг друга. Концы фаз рекомендуется выводить при помощи выводных проводов, помещенных в дополнительных пазах 33, 34 корпуса, выход которых через дополнительные отверстия 35, 36. Выводы закрепляются на общем клеммнике переключателя. Концы фаз . выводятся от торцов в специально выполненных при навивке пазах. Выводы выполняются с учетом обеспечения равномерного распределения плотности тока по сечению витка. Цилиндры статорной обмотки закреплены между собой за счет

бокового распора и кроме того могут быть помещены на опорных цилиндрах 37, 38, изготовленных из немагнитного материала. Корпус 1 изготовлен с таким расчетом, чтобы он обеспечивал радиальное сжатие обмоток.

На фиг. 5-10 приведены схемы соединения частей активных зон (обмоток статора), которые необходимо последовательно применять для снижения пускового тока

электрической машины.

Активные зоны 4, 5 с частями (совмещенными обмотками фаз А, В, С) изображены на фиг, 5; фазы зон соединения последовательно и образуют схему звезды

с двумя последовательными обмотками. Такое соединение (относительно основной рабочей схемы фиг, 10) обеспечивает уменьшение пускового тока в 12 раз. Это видно из следующего. Линейный пусковой

ток для активной зоны 4 (соединенной по схеме 10) определяется:

пд;

45

UjO/JT ZK

Так как в сеть включаются обе зоны 4,5, то пусковой ток будет в два раза больше, то есть

50

1п2А

2УЛ V3

ZK

где Ул - линейное напряжение, и ZK - сопротивление короткого замыкания фазы.

В свою очередь, линейный пусковой ток для схемы фиг. 5 будет

, .Un

ln4-5J TTZi

Взяв отношение 1п1 к In4,5 имеем: I пл2 U л V3 Z к

I п4,5

Z

и

12.

Таким образом, включение активных зон 4, 5 по схеме фиг. 5 дает уменьшение пускового тока в 12 раз. Пересоединив схему 5 на схему фиг. 6 мы получим схему звезды с последовательно включенным треугольником и уменьшение пускового тока в 8 раз, Осуществляя дальнейшие переключения, последовательно получаем схемы треугольника с двумя последовательными обмотками (фиг. 7) и схему двойной звезды (фиг. 8), дающие уменьшение пусковых токов соответственно в четыре и три раза, а схемы фиг. 9, 10 дают уменьшение пусковых токов 1,5 и 1 раз. Применение схемы на фиг. 5-10 при п 2 дает, следовательно, снижение пусковых токов в отношении 12 : 8 : 4 : 3 : 1,5 : 1 при п больше двух мы получим большую гамму градаций пусковых токов.

Кроме указанных на фиг. 5-10 схем, пусковые схемы дополняются двумя схемами: одна звезда и один треугольник, дающие снижение пусковых токов в 6 и 2 раза. Таким образом, пусковые токи могут последовательно регулироваться в отношении: 12 :8:6:-4:3:2:1,5:1, что обеспечивает большую плавность изменения пусковых токов и плавность пуска, а также экономичность пуска.

При недогрузке машины, выбором соответствующей схемы для работы, можно значительно улучшить cos p и КПД двигателя. Недогрузка возможна, при обработке мелких деталей.

Соединение частей корпуса осуществлено болтами, помещенными в отверстия, оси которых обозначены позициями 39, 40, 41, 42, 43 (фиг. 1). На дисках ротора могут быть помещены вентиляторы для охлаждения машины. Опорные цилиндры 37, 38 могут иметь отверстия для улучшения охлаждения. На активных зонах 4, 5 статора, в зазорах между дисками 19, 20, 21 помещен магнитодиэлектрик 44,45,46,47 и на скользящий контакт между ними и дисками подаётся смазка (например, от централизованной системы цеха).

Предложенная машина работает следующим образом. К обмоткам статора, соединенным например, в две параллельные звезды (фиг. 3, 4) подводится напряжение. Так как обмотки выполнены совмещенными с магнитопроводом и ток проходит на каждом из участков обмотки в направлении образующих цилиндров, то возникает магнитное поле перпендикулярное этому направлению или перпендикулярно дискам машины. Магнитный поток, например, уча- 5 стка А - X .(фиг, 3) проходит через зазор, в котором помещен магнитодиэпектрик со смазкой, пересекает обмотку диска 19 ротора и замыкается через магнитопровод ротора, воздушный зазор, участок X - А, 0 воздушный зазор и диск ротора 21. Аналогично протекает процесс и для фаз В и С. В соответствии с предложенной конструкцией, один полюс обмотки создается участками A, Z, В и другой полюс - участками X, 5 С, Y, то есть результирующий магнитный поток создается фазами А, В. С. Этот магнитный поток наводит ЭДС в обмотках 24, 22 роторов, возникает ток, взаимодействие которого с магнитным полем создает враща0 ющий момент. Аналогичный процесс происходит и для обмоток фиг. 4, магнитные потоки которых взаимодействуют с обмотками 23, 25 дисков 20 и 21. Моменты дисков суммируются на общем валу 18. В то время,

5 как диски 19 и 20 имеют по одной обмотке, диск 21 им-еет две обмотки и поэтому момент этого диска в два раза больше, чем крайних дисков 19,20. Обращаем внимание, что обмотки 22 и 23 пересекаются магнит0 ными потоками в одном направлении (см. стрелки 48, 49). Одновременно эти магнитные потоки направлены встречно в теле ди- 1 ска 21 и поэтому на этом участке они взаимно компенсируются. Компенсация

5 магнитных потоков вызывает уменьшение габаритов диска 21 и одновременно уменьшение тока холостого хода создающего магнитное поле, а в результате улучшаются энергетические показатели электрической

0 машины: улучшается КПД и снижается вес на единицу мощности.

Изготовление машины из п активных зон, у которой крайние диски имеют в два раза меньшую мощность, чем внутренние,

5 способствует снижению махового момента, а следовательно ускорению переходных процессов (главным образом сокращается время пуска и торможения, что увеличивает производительность).

0 Выше указывалось, что в зазоре между дисками и активными зонами статора размещен магнитодиэлектрик резко снижающий сопротивление зазора магнитному потоку. В образовавшейся скользящий кон5 такт между дисками и магнитодиэлектриком подается смазка, несущая двойное назначение:

а) не допускает износа диэлектрика и обеспечивает ничтожно малый зазор;

б) противодействует явлению прилипания.

Применение магнитодиэлектрика в совокупности со смазкой, которая подается и отводится из электрической машины, обеспечивает значительное повышение энергетических показателей и дополняет вышеуказанные показатели, в результате чего суммарный эффект возрастает.

Известно, что величина пусковых токов достигает(4 - 8) крат номинального тока, что отражается на электрической сети и приходит к снижению напряжения и увеличению потерь. Для снижения пусковых токов применяется пуск с переключением обмоток статора со звезды на треугольник. Такой способ пуска прзволяет снизить пусковой ток в линии в 3 раза. К недостаткам данного способа относится неплавность пусковой операции, имеющей всего две пусковые ступени. Рассматриваемая машина при п 2 обеспечивает (согласно предложения) 8 пусковых ступеней. Еще большее число ступеней можно получить, если выполнить п

2.. ;-.. - . . ... .

Предлагается с целью уменьшения пусковых токов и получения большей плавности пуска, пуск электрической машины осуществлять с переключением обмоток статора, согласно фиг. 5 - 10. с добавлением пуска по схеме одной звезды и одного треугольника. Машина включается в работу с соединением обмоток по схеме з везды (А) с двумя последовательными обмотками активной зоны 4,5 (см. фиг. 5), звезды с последовательно включенным треугольником (фиг. б), затем переключается на схему одной звезды, на схему треугольника с двумя последовательными обмотками (фиг. 7} по схеме одного треугольника, после чего переключается на схему двойной звезды (фиг. 8). на схему треугольника с параллельной звездой (фиг. 9) и завершается пуск по схеме переключения на рабочий режим треугольника и треугольник (фиг. 10). Предложенная схема пуска обеспечивает получение восьми пусковых ступеней, то есть в четыре раза больше, чем известная. Ступени имеют соответственное снижение пусковых токов в отношении 12 : 8 : 6 : 4 : 3 : 2 : 1,5 : 1.

В зависимости от конкретного привода могут быть применены все вышеуказанные ступени либо часть из них. При этом ступени 12, 8 чаще всего будут использоваться для выбора зазора, создания натяжения в механической кинематике.

Наличие восьми регулировочных ступеней также способствует повышению КПД и

cos f электрической машины работающей с недогрузкой. Так для режима нагрузки 70% от номинальной можно рекомендовать работу по схеме фиг. 9 и при нагрузке не

более 45% по схеме 8. Таким образом энергетические показатели предложенной машины создаются за счет конструкции и за счет соответствующей схемы на которой она будет работать.

Предложенная машина одновременно обладает и повышенной надежностью за счет конструктивных особенностей ив результате того, что npvi выходе из строя одной активной зоны работа может продолжаться,,

на оставшихся зонахГ

Рассмотренная электрическая машина обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом.

1. Обеспечивает увеличение мощности без увеличения диаметра и уменьшение расхода материала на единицу мощности.

2. Улучшение переходных, процессов.

3. Улучшение энергетических показателей.

4. Улучшение эксплуатационных характеристик и расширение диапазона экономичной работы.

Формула изобретения

1. Электрическая машина, содержащая корпус, внутри которого размещен беспазовый статор с многофазной активной зоной, состоящей из отдельных расположенных по окружности и изолированных друг от друга

частей, выполненных витыми из электропроводного и магнитопроводного материа- . ла с осью навивки, параллельной осевой линии вала ротора, который выполнен в виде дисков, расположенных по торцам стато- .

ра перпендикулярно его активной зонё.о т- личающаяся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем снижения пусковых токов, беспазовый статор электрической машины выполнен из

не менее двух частей с многофазными активными зонами, обмотки каждой из которых присоединены к переключателю с возможностью переключения электрических схем соединения отдельных фаз обмотки многофазной активной зоны.

2. Машина по п. 1,отличающаяся тем, что на каждом торце многофазной активной зоны каждой части статора разме- щен диск из магнитодиэлектрика, образующий с диском ротора механический скользящий контакт для подключения к си-, стеме смазки.

ptf&Z

фие.З

pi/&4

Изобретение относится к электромаши- построению. Цель изобретения-улучшение энергетических показателей путем снижения пусковых токов и улучшения плавности пуска электродвигателя. Беспазовый статор содержит корпус, состоящий из двух частей, и активные зоны. Последние представляют собой совмещенную обмотку из шести самостоятельных витых частей. Каждый виток выполнен из изолированной полосы, состоящей из слоев токопроводного и магнито- проводного материала. Возможно выполнение и из одного магнитопроводного материала. Концы фаз выведены при помощи выводных проводов, которые закреплены на общем клеммнике переключателя. Отдельные фазы обмотки присоединены к переключателю с возможностью переключения их электрических схем соединения. Ротор изготовлен из двух одинаковых дисков. В зазоре между дисками и активными зонами статора размещен магнитодиэлект- рик, снижающий сопротивление магнитному потоку. 1 з.п. ф-лы, 10 ил. ел

Ф&Р.6

(риг 9