Индукторная машина Советский патент 1975 года по МПК H02K19/20 H02P9/42 

По основному авт, св. N 293545 известна индукторная машина с нониусной зубцовой зоной, содержащая якорную обмоТ ку и неподвижную обмотку возбуждения, размещенную на сг&торе, причем обмотка возбуждения выполнена многофазной и подключена к источнику регулируемой частоты.

С целью расширения диапазона рабочих частот в предлагаембй машине зубцы статора и ротора выполнены в виде аксиально расслоенных, пакетов, а якорная обмотка в виде кольневой катушки, соосной с валом : На фиг, 1 изображена предлагаемая машина; на фиг. 2 - ротор машины в момент максимального потокоснепления между рабочей обмоткой и обмотками возбуждения; на фиг. 3 - то же, после поворота на половину зубцового деления ротора относительно положения, показанного на фиг. 2; На фиг. 4 - то же, при повороте полей возбуждения на угол, соответствующий зубцовому делению статора,

:вала, и закреплена между выступами зубцов статора. По обе стороны от рабочей обмотки расположены две многофазные распреде.лительные обмотки 4 возбуждения. Обмотки возбуждения уложены в пазах, образованных между выступами зубцов статора, и выполнены по типу обычных многофазных обмотпк машин переменного тока. Обе обмотки идентичны и имеют одинаковое чередование фаз, так что осм созданных ими полей возбуждения всегца вращаются в одну сторону. Обмотки возбуждения подключают к много(шзному источнику регулируемой низкой ча стоты таким образом, чтобы направления осей магнитных полей обоих обмоток были противоположны, что достигается, например, питанием обмоток токами, сдвинутыми по фазе на полпериода. При этом на выступах каждого зубна статора создаются полюсы противоположной полярности.

Зубцы статора 5 представляют собой аксиально расслоенные пакеты, набранные из П-образных пластин электротехнической стали. Эти пакеты размещены равномерно по окружности и прикреплены либо непосред- CTBeHJio к CiiiUiUe 2, либо залиты до аысту пов: слоем 6 алюминия (или эпоксидным компаундом), либо размешены в пазах специальной втулки так, чтобы выступы зубцов остались свободными. В последних двух слу чаях статор может быть разъемным (см. разрез по на фиг. 1) для удобства размещения рабочей обмотки. Зубцы ротора 7 также представляют собой аксиально расслоенные пакеты, набранныё из прямоугольных пластин электротехнич|еской стали, Эги пакеты размещены рай ноМерпо по окружности, н пространство 8 мефду никги и валом залито алюминием или другим немагнитным материалом, например пластмассой. Для того, чтобы противостоят бол|эи1им центробежным силам при высокой окружной скорости, зубцы ротора могут быть ласточкины хвосты (см. фиг. 1). Числа зубгдогз статора и ротора отлича- ютс-я на единицу на каждую пару полюсов обмоток Бозбул,, В рассматриваемом примере п-юло пар нолюсов обмоток возбуж дения р 1 I числа зубцов статора и ротора pfiiMtLi соответственко двенадцати и оди ападцати. В геиератор)о.( режиме машина работает следующим обрйзо.ч-. 1 а;:кдан пярп расположенных друг HSJOTHB зубцов стотора я ротора образует отделЬиую магпцг-гую цепь, ,1й noiOK в которой замыкается в аксиа/Н: иом направлении Т) равен произведент ю намагничиваюшей- силы (п. с.), действующей в этой цепи и магнитной проводимости двух воздушных зазоров. Для К-й (акой цепи действующая в. с., созданная двумя обмотками возбуждения, равна fK-2F,(-f(K-i), Де PL - амплигуда первой гармо шки и. возбу шения, созданной одной о моткой возбуждения; ц - номер зубца статора, в котором рассматривается магнитный по ток; d - пространственный угол, опредеЛЯЮ1ПИН положеипе максимума н, с. возбуждения относительно начала отсчета, совмещенного с первым зубцом ( К 1); Ш число магнитных цепей или числ зубцов статоре (на фиг. 1 /М -12). Вследствие указанного соотношения чисел зубцов лпошади взаимного перекрытия обра1ченных цруг к другу поверхностей зубЦОБ статора и ротора измендются по перио дичоскокгу закону. С учетом этого магнитная проводимое: т.. двух воздушных зазоров для К-й магнитно;; цепи рассчитывается по формуле Vi(V mCOsKtt(K-)} где ,. и Я «и - постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники переменной составляюшей магнитной проводимости одного воздушного , СОО - ветственно; - угловая частота изменени я а)о 2 1Г2рПо магнитной проводимости BO; Iдушного зазора; 2и - число зубцов ротора; fl - скорость вращения (об/сек); t - время. Магнитный поток в К-й магнитной цепи равен К к т оеофНКп) C0s(0,Суммарный магнитный поток, охватываемый катушкой рабочей обмотки, выражается формулой Ф Д ( ОС ) Соответственно э, д. с,, индуктируемая в рабочей обмотке, изменяется по .закону Е Sin (toot-а). При питани ; обмоток возбуждения переменным током с угловой частотой 2 нужно применять {А i .fft , где з)дак + или - определяется направлением враиюния поля возбуждения. Следовательно, E (coo±.R)t Из последних двух выражений следует, что предлагаемой машине можно изменять фазу или частоту индуктированной в рабо- чей обмотке э. д. с. независимо от скорости вращения путем изменения фазы или частоты тока возбуждения, что соответствует принципу асинхронизированной синхронной . На фиг. обмотки возбуждения не показаны, а создаваемьге ими н. .с. противоположных полярностей на выступах статорных зубцов обозначены буквами N и S на продольных разрезах и показаны в виде волн N и S на поперечных разрезах, причем заштрихованные волны п. с. характеризуют поле возбуждения ки. Рабочая обмотка показана в виде про- водянка прямоугольного сечения между выступами статорных зубцов. Статор машины имеет зубцы 9-2О. Магнитный поток достигает максимального значения в той магнитной цепи, которая расположена по оси поля возбуждения (зубец 9 на фиг, 2), и в тот момент, когда в этой цепи площадь взаимного перекрытия зубцов максимальна. Максимальный поток условно показан на фиг. 2 двумя силовыми линиями, в противолежащем зубце 15 статора в тот же момент времени поток имеет прогивопололиюе направление и значительно меньшую величину, так как против зубца 15 находится немагнитное межзубцовое пространство ротора. Поток зубца 15 условно показан на фиг. 2 одной силовой линией. Результирующий поток в роторе, равный разности потоков зубцов 9 и 15 совпадает по напра°влению с потоком зубца 9, т. е. направ лен слева направо. Результирующий магнитный поток ротор пронизывающий катущку рабочей обмотки равен разности потоков половины всех зубцов, находящихся в поле одной полярности (зубцы 19, 20, 9, 10 и 11 на фиг. 2), и половины зубцов, находящихся в поле другой полярности (зубцы 13-17). Для моме та, показанного на фиг. 2, этот результирующий поток в продольном разрезе направлен слева направо. После поворота ротора на половину зуб цового деления взаимное положение зубцов становится таким, как показано на фиг. 3. При этом, если положение полей возбуждения не изменяется, то максимальным становится поток Статорного зубца 15 (и находящегося против него роторного зубца), а поток зубца 9 уменьщается. Картина потоков становится-обратной по сравнению с моментом, показанным на фиг. 2; сумма потоков зубцов 13-17 больше суммы потоков зубцов 19-16, и результирующий по ток ротора меняет знак. Таким образом, пронизывающий катущку рабочей обмотки магнитный поток (и, cooTBeTCTBBHHOj индуктируемая в катущке э. д. с. ) как и во всех тшдукторных машинах определяется по величине разностью между максимальной И- миникшльной проводимостью зубцового деления, а угловая частота э. д. с. рабочей обмотки равна ного на фиг. 2, поля возбуждения noiiep- j тыE aютcя против направления врашенпя ротора на одно зубцовое деление сгатира. В момент, показанный на фиг-, -1, погожи зубцов 9 и 15 имеют те же .иш, что U на фиг. 2, но меньи1ую вс-лич|)и (что условно показано на поперечном р,м.ч резе на фяг. 4 стрелками меньшей длины). Поэтому максимального, значения магнитный поток и э. д. с. в катущке ргэбочеП обмотки достигаю несколько позячо. it именно в момент, когда максимг лг.пан п.чоишдь перекрытия будет в зубии Ю. Таким образом, период э. д. с, кагугике уже fjo раве); времени поворота роторе на i одно зубиовое деление ротора, у l. копько больше, к частота э. д. с. t - очветственно меньше. Аналогично при ьрашеиин полч-й визбуждения но нанргиллению враще 111я ротора частога индуктированной э. д. с. увеличивав гея. Слеяоьнтельно, угловая частота андуктироваппо э. д. с. склгщывается из угловой частить; изменения магн1 гной проводимости воздуш-ного aaaoija зубпоього деления стаго) i угловой частоты TUKCI возбуждения 0 0:. ± Я. О где знак + соответсгвует врал)ен11ю осп поля возбуждения по направлению вращений ротора, знак против направления вращения ротора. В двигательном режиме машина паботаеч следующим образом. Рабочая обмотка подключается к однофазному источнику переменного тока, а две обмотки возбуждения - к многофазному источнику переменного тока регултфуемой низкой частоты так же, как и в генераторном режиме. Взаимодействие магнитных полей, созданных этими обмотками, стремится повернуть ротор в такое положение (см. . 2), при котором по оси поля возбуждения будет максимальное взаимное перекрытие площади зубцов статора и ротора (что соответствует максимальному потокосцеплению рабочей обмотки и обмоток возбуждения). Через полпериода частоты тока рабочей обмотки при неизменном положенин полей возбуждения (при возбуждении постоянным током), вследствие изменептш направления поля катушки рабочей обмотки, положение максимального перекрытия v3y6noB должно быть у противоположного полюса поля возбуждения (см. фиг. 3), и ротор повертывается еще на половину чзубцового , стремясь занять такое положение. Продолжая по инерции движение, через полпериода частоты тока рабочей обмотки роi-te фиг. 2. Под нагрузкой это вращение ротора происходит с отставанием на угол В;ы6ега ротора, кйк и во всех синхронных цашинах. : Таким образом, взаимодействие непод- в;ижнь х магнитных полей возбуждения и беременного поля рабочей обмотки создаёу- электромагнитный момент, вращающий р:отор с синхронной скоростью 1« - J lI0 2аГ2рIfte to fl - угловая частота тока 11абочей iобмотки. Если же «ОЛЯ возбуждения вращаются сг угловой частотой JE, , то, так как ротрр всегда стремится обеспечить максимальное потокоснепление между обмотками, скорость ротора равна П , соответствует вращению поле вЬзбуждения против направления вращения рЬтора, знак . по направлению вращения рЬтора. i Таким образом, предлагаемая мащина мржет работать как синхронная (при непод ПОЛЯХ возбуждения) и со скольжеш ем (при вращающихся полях возбуждения), Ti а. является асинхронизированной синхрои прй индукторной машиной. Принцип действи её пе изменяется, если число пар полюсов обмоток возбуждения равно р - 1 н числе зубцов статора и ротора отяичаются на р Электромагнитный момент машины пропорционален разности и, с. возбул дения, сЬчЗдаваемых обеими обмотками возбуждени О мотки возбуждения питаются токами, сдвинутыми по (fia-.ie на полпериопа, и созда ют н. с. противоположной полярности + F и -F так, что разностная п. с., действую щая в каждой К-й 10агнитной петт, равна та алгебраической сумме 2F . Изменяя фазу тока в любой из обмоток возбуждения получается не алгебршическое, а геомот --; -ческое сложение этих н. с. Следовательни, изменением 4)азы тока, в одной из обми-пи-. возбуждения можно плавно регулировать ;. личину электромагнитного момента машикм что часто удобнее, чем регулиро зка к личиной напряжения возбуждения. Выполнение рабочей обмотки в виде коль 1еБОЙ 1штущки резко уменьшает иьдукTiitiHoe сопротивление рассеяний рабочей обмотки, что весьма благоприятно дл5 асинхронизированной синхронной машины, особенно работающей при повыи1енноп или средней частоте, так как позволяет умоикшить реактивную мощность, потребляемук , при различной скорости от источника возбуждения. Приме1 ение машины в двигательном режиме позвтяет получить тихоходным двигате.чь с прецизиоино управляемой ски-ростью вращения при питании от ceiH нормальной частоты или использоват питай;, от источника повышенной imi средней частоты. При отключении у абочей обмотки питании двух обмоток возбуждения сни1)«;) ным током машина работает как реактивный редукторлый дцигате71ь. питание обки)ток возбуждения током частоты ско.чьжепил, пропорциопаль))ой отклонению скорости ротора от с П1хрО)ПК.)й, дает возложногтьI точно стабилизировать частоту выходмо о напряжеР1ия в генераторном режиме или скорость вращения в двигательном режик е, Предмет изобретения Индукторная машина по авт. св. № 293545, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазоне рабочих частот, зубцы статора и ротора выполнены в виде аксиально расслоенных пакетов, а якорная обмотка . в внд( колг- цевой катупжи, соосной с вялом.