Синхронная электрическая машина Советский патент 1981 года по МПК H02K3/28 

1

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным генераторам.

Известны синхронные электрические машины, содержащие статор и ротор, на котором размещены основная обмотка постоянного тока и дополнительная обмотка с числом пар полюсов, кратным номеру одной из высших пространственных гармоник намагнинивакяцей силы несинусоидально распределенной обмотки якоря 1. Эта обмотка выявляет энергию высшей гармоники реакции якоря.4 с

Недостатком данных синхронных электрических машин являются несинусоидальные размещения проводников обмотки якоря, что снижает энергетические характеристики машины и усложняет ее конструкцию.

Известны также синхронные электрические машины, содержащие индуктор, на котором размещены основная обмотка постоянного тока и дополнительные 25 обмотки переменного тока, соединенные с основной обмоткой через преобразователь и якорь, обмотка которого подключена к комплексной нагрузке через силовой преобразователь . 30

Данное техническое решение наиболее близко к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту.

В .такой синхронной машине полюсный наконечник ограничен по ширине, поэтому недостатком такой машины является пониженный КПД, поскольку для получения достаточной для возбуждения высшей гармоники необходимо значительно искажать поле якоря.

Целью изобретения является повышение КПД электрической машины.

Цель достигается тем, что шаг дополнительных обмоток выполнен в соотношении

Bt . i l-Ci n ,

где у.. - шаг дополнительных обмоток: k -обмоточный коэффициент; СГ-) - полюсное деление индуктора;

n kitn, причем m - число Фаз, якоря; при m 1 и при m 1 для схем преобразователя с нулевил проводом;

k, « 4 при m 1 для мостовых схем преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-гсхема .синхронной машины; на фиг. 2 - временная диаграмма работы синхронной машины; на фиг. 3 - взаимное располо жение осей обмоток синхронной машины и намагничивающей силы якоря для коммутационного периода: на Фиг. 4 - то же, для внекоммутационного периода. Синхронная машина содержит индуктор 1, на котором расположены основная обмотка 2 постоянного тока и дополнительные обмотки 3 переменного тока, преобразователь 4, вход которого подключен к гальванически связанным дополнительным обмоткам 3, а выход - к основной обмотке 2, якорь 5, комплексную нагрузку 6, в качестве которой может быть обмотка возбуждения синхронной машины и силовой поеобразователь 7, вход которого подклю чен к якорю 5, а выход - к комплексной нагрузке 6. На индукторе 1 выполнены полюса 8. Работа устройства может быть рассмотрена на примере трехфазного якоря 5 и трехфазной нулевой схемы преобразования силового преобразователя 7. При другой фазности якоря 5 и схе ме силового преобразователя процессы аналогичны и отличаются длительностями коммутационного и внекоммутадионного периодов и количеством нахо дящихся в работе фаз якоря 5. При протекании постоянного тока через основную обмотку 2 постоянного tOKa в синхронной машине создается основной магнитный поток. Пои вращении якоря 5 под действием этого пото ка наводится ЭДС в обмотках якоря 5 и протекает ток в соответствии со схемой силового преобразователя 7. Ток якоря 5 создаёт н.с. f, которая перемещается во внекоммутационный период вместе с якорем, а в коммутационный период - в направлении, противоположном вращению якоря 5. При этом в дополнительных обмотках 3 наводится ЭБС е-, с частотой где f. - частота ЭДС якоря 5. Данная ЭДС выпрямляется преобразователем 4, в результате чего основная обмотка2 обтекается постоянным током И создается необходимая н.с. и поток для наведения ЭДС в обмотках якоря 5. Процесс начального возбуждения синхронной машины может быть осуществлен от отдельного источника постоянного тока или под дей ствием остаточной ЭЛС или любым другим способом. фиг. 2 иллюстрирует работу машины во времени, где: е , е. е - ЭДС фаз А, В, С якоря 5} IQ, i, i токи тех же фаз; Uf - напряжение на комплексной нагрузке 6; i. - ток основной обмотки 2; Г- угол коммутации; W- угловая частота; t - теку щее время. На фиг. 2 видно, что в случае выполнения преобразователя 7 по трех Фазной нулевой схеме (). f «Jf и дополнительные обмотки 3 должны быть выполнены с шагом ., причем величина обмоточного коэффициента k 3q , где q целое положительное число, выбираемое из конструктивных соображений и наилучшего использования магнитной системы машины. В процессе коммутации в силовом преобразователе происходит двухфазное короткое замыкание. Если перед началом коммутации ток протекал через фазу с якоря, то в коммутационный период будет происходить передача тока с фазы С на фазу А якоря 5. Начало коммутации происходит в момент времени t, когда ось фазы А опережает ЭДС за реактивностью коммутации на угол fl, + oi , где oi- угол ре1 о гулирования преобразователя 7; с угол, определяющий нагрузочный режим возбудителя. Результирующий вектор н.с. якоря 5 Рд, исходя из принципа наложения, может быть определен во времени и пространстве как геометрическая сумма постоянной во времени н.с. фазы С FC и и. с. F.. обусловленной К.З., которая определяется как геометрическая сумма н.с. FQ и F., фаз А и С, равных по абсолютной величине и ориентированных в пространстве в соответствии с осями обмоток и направлением тока к.з. относительно их начал. Проектируя вектор Fg на ось дополнительной обмотки 3 можно определить величину н.с. . , создающую потокосцепление дополнительной обмотки от реакции якоря 5 и скорость изменения , определяющие ЭДС вг Во внекоммутационный период FdA, определяется углом между осью фазы А ЯКОРЯ 5 и осью дополнительной обмотки 3 (фиг. 4). Таким образом, величина наведенной в дополнительной обмотке 3 ЭДС зависит от углового сдвига ее относительно продольной оси машины и шага у,. Дополнительные обмотки 3 можно размещать на обегающем или (и) набегающем крае полюса 8 индуктора 1. Они могут быть размещены активными сторонами на соседних полюсах 8 или (и) иметь смешанное расположение. В создании ЭДС . во всех случаях участвует вся н.с. Fjj, а не отдельные ее составляющие,- что приводит к росту величины ея, и, следовательно, к повышению энергетических характеристик, в частности КПД машины. Источником энергии, обеспечивающим питание постоянным током основной обмотки 2, является н.с. якоря 5, обусловленная особенностью работы якоря 5 на преобразователь 7 и размещением дополнительной обмотки 3 с указанным шагом . Все элементы машины могут быть выполнены по любым

известным схемам, в том числе преобразователи 4 и 7 могут быть выполне-ч ны как управляемыми, так и неуправляемыми. Количество дополнительных обмоток 3 равно или меньше числа полюсов 8 индуктора 1.- Размещение, шаг, и схема соединений дополнительных обмоток 3 определяется конкретными параметрами.

Отдельные дополнительные обмотки 3 могут быть использованы для питания или (и) в качестве источника сигнала устройств управления, регулирования, зашиты и измерения тока возбузвдения машины, так как величина ЭДС eq, пропорциональна н.с. якооя и, следовательно, току якоря и нагрузке машины. Выполнение дополнительных обмотсйс с шагом согласно изобретению позволяет повысить КПД машины, при этом обмютки якоря 5 мгш1ины выполняются с использованием обычной технологии и имеют простую конструкцию.

Формула изобретения

Синхронная электрическая машина, содержащая индуктор, на котором размещены основная обмотка постоянного тока и дополнительные обмотки переменного тока, соединенные с основной через преобразователь, и якорь, обмотка которого подключена к комплексс НОЙ нагрузке через силовой преобразователь, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД машины, шаг дополнительных обмоток выУа: . iJSполнен в соотношении

Т п

0

где УО - шаг дополнительных обмот ок; k - обмоточный коэффициент; 1 - полюсное деление индуКтора;n kfm, причем m - число фаз якоря;

5 2 при и при m 1 для

схем преобразователя с нулевым проводом: при m 1 для мостовых схем

преобразователя. 0 Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР . 433613, кл. Н 02 Р 9/14. 1970.

2.Авторское свидетельство СССР 5 544088, кл. Н 02 Р 9/14, 1974

(прототип).

еаЧ

Фиг.З