Совмещенная асинхронная машина Советский патент 1981 года по МПК H02K17/14 

54) СОВМЕЩЕННАЯ АСИНХРОННАЯ МАШИНА

1

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к совмещенным асинхронным машинам.

Известны асинхронные машины с внутренним каскадом содержащие на статоре две обмотки на разное число пар полюсов и ротор с короткозамкну.той обмоткой особой конструкции ij .

Недостатком известных машин является относительная сложность короткозамкнутой обмотки и самого ротора, по сравнению с обычным коротко-. замкнутым ротором. Кроме того данная машина имеет сравнительно узкую область применения.

Наиболее близкой к предлагаемому по технической сущности является асинхронная электрическая машина, содержащая статор с обмоткой и короткозамкнутый ротор с разрезами короткозамыкающих колец, делящими обмотки на три части на участке 4t , где цполюсное деление для удвоенного числа полюсов L23

Однако известная машина не применима в ряде областей, например в системе электрического вал-а.

Цель изобретения - расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что. на роторе установлены три группы короткозамкнутых контуров на участке длиной 4t) причем ширина каждой группы на поверхности ротора 1 определяется диапазоном t t ь . где Т,- полюсное деление обмотки статора при удвоенном числе пар полюсов, 1(,-зубцовый шаг ротора, причем конту0ры, размещенные в пределах t в разных пазах,МОгут иметь общие лобовые части и стержни различного сечения.

,На фиг. 1 изображена схема соединений одной фазы статора данной асин5хронной машины , на фиг. 2 - развернутая схема ротора с данной короткозамкнутой обмоткой с общими лобовыми частями короткозамкнутых контуров и разными сечениями стержней, на 0 фиг. 3 - распределение магнитной индукции Bjvi на участке ротора протяженностью 41; ; на фиг. 4 - график распределения магнитной индукции, созданной одной фазой обмотки статора, об5раз ую.щей удвоенное число полюсов.

Каждая фаза в статоре 1 предлагаемой асинхронной машины имеет две об- . мотки на разные числа пар полюсов, что позволяет производить переключение числа полюсов. Первая обмотка имеет секции 2-3 и 3-4, а вторая - 5-6 и 6-7, рядом расположенные провода первой и второй обмоток размещены в одном пазу статора. При протекании тока через первую обмотку (на фиг, этот ток показан обычной стрелкой) создается удвоенное число полюсов 2р, с полюсным делением С,, . При про кании тока через вторую обмотку ста тора (на фиг. 1 этот ток показан стрелкой с кружком) образует ся одинарное число полюсов 2р2 с полюсным делением fij. 21 . На роторе 8 (фиг.2) расположены короткозамкнутые контуры 9 протяжен ностью, равной менее Ь , однотипны контуры размещены с равномернымсдви гом по три на участке протяженностью . fZt/j , причем контуры f разме щенные в пределах t, , имеют общие лобовые части и разное сечение стерж ней . При протекании тока в короткозамкнутом контуре ротора протяженностью Kj возникает распределение магнитной индукции В, . График на фиг. 3 имеет первую гар монику, у которой длина полуволны равна fij 2f и вторую гармонику с дли ной полуволны, равной t , На фиг. 4 зафиксировано распреде ление пульсирующей волны магнитной индукции .в первой фазе статора в момент максимального значения тока Im При подключении к сети трех фаз первой обмотки статора (секции 2-3 и 3в зазоре машины создается два поля-. Первое,, бегущее вправо, определяется выражением ,4rvrtv .,(-°™): (,) угол, зависящий от времени gti) угол зависящий от расстоя ния по расточке машины. Второе поле, бегущее влево, опре деляется по формуле 4v-|SEH,f --f), .,, в выра кениях (1) и 2 ) коэффициенты. Частота fij токов в роторе опреде ляется уравнением fa ( - п„) R, , -число синхронных оборотов где п. (в .секунду) ПОЛЯ статора -число оборотов ротора в се. кунду. Поле Bcjj вращается относительно ротора вправо.(в направлении вращени поля статора) со скоростью -() Поле Bj. 01Носнтс..1Ы10 статора вращается со скоростью 2а 2- % i () и, взаимодействуя с вращающимся полем статора, создает движущий момент. В обеих обмотках статора поля Б( индуктирует дополнительные ЭДС,направленные по стрелке с кружком (фиг.1). Частота этих дополнительных ЭДС выражается уравнением св-й мРг с (М где п - число оборотов ротора; fo частота напряжения сети. При получаем (- (знак минус указывает направление вращения поля Bj-vj ), при п п получаем- 0 , при П| п имеем oD ° 5 с Дополнительные ЭДС, направленные по стрелке с кружком, действуют в секциях правой обмотки статора (2-3 и 3-4) встречно и взаимно компенсируются, а в секциях второй обмотки статора (5-6 и 6-7) эти ЭДС складываются. Если замкнуть накоротко вторые обмотки статора (с секциями 5-6 и 6-7), то асинхронная машина будет работс1ть как асинхронный двигатель, имеющий синхронную скорость не ,()- fc rP.. а новую Свойства данной асинхронной машины при таком использовании аналогичны каскаду обычных асинхронных двигателей с фазным ротором и обеспечиваются обратным вращением относительно ротора или суммарного поля первых гармоник (при рассмотренном включении обмоток статора) или суммарного поля В.5ивторых гармоник (при подключении к сети второй обмотки статора с секциями 5-6 и 6-7). Если ко второй обмотке статора (с секциями 5-6 и 6-7) подсоединяют нагрузку (к .Зсшимам 5 и 7), то данная асинхронная машина работает одновременно и как асинхронный двигатель, имеющий синхронную скорость И -fc/p/ , и как генератор половинной частоты fp 0,5 fc При этом, когда асинхронная машина работает в холостую как асинхронный двигатель, то ЭДС половинной частоты очень мала и для генераторного режима может понадобиться предварительно замкнуть, а затем (после снижения оборотов) разомкнуть вторую обмотку статора (с секциями 5-6 и 6-7), Две данные асинхронные машины могут работать как электрический вал, если у них в каждой фазе соединить одноименные зажиг фл (достаточно только 5 и 7) вторых обмоток статора. При таком включении дополнительные ЭДС у двух обоих маимн, будучи направленными навстречу друг другу и пр несогласованном положении роторов создают уравнительный ток и уравнительный момент, стремящийся уменьшит рассогласование роторов. Положение роторов будет согласованным в том случае, если короткозамкнутые контуры у двух роторов на концах электрического вала расположены одинаково относительно вращакщегося магнитного поля статора. При этих условиях данная асинхрон ная машина на обоих концах электрического вала используется одновремен но и а качестве рабочей и в качестве уравнительной машины. Поскольку в процессе разгона при числе оборотов ротора , частота дополнительной ЭДС равна нулю, а в режиме холостого хода близка к нулю величина дополнительной ЭДС, то при использовании электрического вала в асинхронной машине целесообразно сделать дополнительный ротор с постоянными магнита1.1и, у которых полюсное деление t,j, 2.t . Для работы в системе электричейко го вала данная асинхронная машина может быть выполнена более просто, а именно только с одной первичной обмоткой на статоре (секции 2-3 и 3при этом в каждой фазе соединяются зажимы у асинхронных машин на концах электрического вала. Такое упрощенно исполнение выгодно тем, что в процес се разгона электрического вала при нарушении согласованного положения ротора уравнительный момент образует не только дополнительная ЭДС (стрелка с кружком), созданная полем В,,, , нр и основная ЭДС (стрелка обычная), созданная полем ,. Васинхронной машине с двумя обмотками на статоре, вторая обмотка может быть пересоединена по типу первой и подключена к ней параллельно. Эффект от короткозамкнутых контуров, протяженность которых незначительно меньше Ц, близок к вьошеописанному эффекту от контуров протяженнос тью f. Короткозамкнутые контуры, про тяженность которых значительно меньше Т J создают главным образом эффект, близкий к обычному короткозамкнутому ротору, и они необходимы для. уменьшения нежелательных эффектов от малого числа стержней в роторе. Рассмотрим работу данной асинхрон ной машины при подключении к сети трех фаз второй статорной обмотки (секции 5-6 и 6-7). Во второй обмотке статора токи (показанные стрелкой с кружком) создают в статоре поле, бегущее, например, вправо с бинхронной скоростью ti- - f с/Рг- и UNU-K щее полюсное деление . Ток, индуктированный в короткозамкнутом контуре ротора протяженностью , создает магнитную индукцию В (фиг.З), которая имеет вторую гармонику Во И первую гармонику В. Три пульсирующие волны гармоник В созданные тремя контурами ротора протяженностью , создают прямо вращающееся поле, скорость которого относительно статора п , , причем п 2п , где П| - синхронная скорость при рассмотренном выше первом варианте включения обмоток статора. Три пульсирующие волны гармоник Вр образуют обратно вращающее поле, скорость которого относительно статора определяется С 0,5nf(8) где п J - скорость ротора в данном режиме. Обратно вращающееся поле соэдает в первойобмотке статора отличную от нуля результирующую дополнительную ЭДСг имеквдую частоту --- Согласно уравнению (9):а) при О, получаем llj -fc (знак минус указывает направление вращения по(4.1 ля В2.р) б) при у,..у имеем .Id) fco 0 в) при .,, , получим . Таким образом, данная машина позволяет получить дополнительную ступень скорости аналогично каскаду обычных асинхрюнных машин, а также может быть использована в качестве основной части совмещенной рабочей и уравнительной машины в системе электрического вала, Формула изобретения 1.Совмещенная асинхронная машина, содержащая статор с двумя обмотками на различные числа полюсов в отношении 2:1 и ротор с короткоеамкнутой обмоткой, разделенной на группы короткозамкнутых контуров по три на участках длиной , отличающаяся тем,что, с целью расширения области применения, ширина каждой группы по поверхности ротора . находится в пределах где l. - полюсное деление обмотки статора с удвоенным числом пар полюсов, t - зубцовый шаг ротора. 2.Машина поп.1, отличающаяся тем, что короткозамкнутые контуры группы выполнены с общими лобовыми частями, а их стержни С различными величинами площадей поперечного сечения.

Источ1 ики информации ; принятые во внимание при экспертизе

т

-iL

.Авторское свидетельство СССР № 381136, кл. Н 02 К 17/34, 1970.

по заявке № 2596204, кл.Н 02 К 17/16, 22.02.78.

| j I

60 76

04 2