Способ преобразования электромагнитной энергии в механическую и электрический двигатель для его реализации Советский патент 1982 года по МПК H02K19/10 

Изобретение.относится к злектротехнике и преимущественно к электри-;ческим машинам и электроприводам переменного тока. Известен способ преобразования электромагнитной энергии в механическую, при котором управляют напряжением, приложенн{1М к зажимам фаз обмотки статора электродвигателя. Известен способ в которс изменяют частоту и амплитуду напряжения на зажюлах фаз обмотки статора путём модулирования напряжения несущей час тоты с последующим выделением огибающей полученного напряжения flj. Известен способ в котором изменяют частоту и амплитуду напряжения на зажимах фаз обмотки статора путем модулирования напряжения несущей час тоты с последующим выпрямлением модулированного напряжения так, что на згикимы фаз обмотки статора электродвигателя полается пульсирующее напряжение с частотой, пропорциональной синхронной частоте вращения Двигателя, содержащее постоянную состав ляющую. Известны машины с внутренним касксщом, которые могут быть примене ны в электроприводе взаимен каскгщиого соединения двух электродвигателей 2. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности протекающих процессов электромеханического преобразования энергии является способ ЕзД. Однако известный способ предполагает связь сети с электродвигател;ем по двум каналам. При частоте вращения ротора меньшей эквивалентной синхронной частоты вращения, электромагнитная энергия подводится к двигателю по каналу с нерегулируемым напряжением/ а часть энергии, пропорциональная величине скольжения, возвращается в сеть по каналу с регулируемым напряжением. Это приводит к увеличению передаваемой через двигатель электроэнергии па сравнению с вырабатываемой им механической энергией, а следовательно, и к увеличению потерь энергии. , Кроме того, наличие двух каналов связи сети с электродвигателем требует выполнения двигателя с двумя независимыми выходами. Это возможно лишь при совмещении функц-ии двух машин с разными числами полюсов. Совмещенная ббмотка при этом не может быть вьтолйена с одинаково большими обмоточными коэффициентами относительно обоих чисел полюсов, что в конечном счете также приводит к увеличению потерь энергии. Целью изобретения являед-ся уменьш ние потерь энергии при преобразовани электромагнитной энергии в механичес кую с регулируемой частотой вращения Указанная цель достигается тем, что-приложенное к фазам обмотки статора переменное напряжение изменяют по амплитуде от максимума до минимума с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора, поочередно на каждой фазе обмотки статора в соот|ветствии с их пространственным положением при изменении напряжения не-г сущей частоты от максимума до минимума с часторой пропорциональной частоте вращения ротора, поочередно на каждой фазе обмотки статора в соответствии с их пространственным положением по закону, содержащему основную составляющую вида и - (u/-t+if}5in (at-t-f -); (t2cos si-t- i - мгновенное значение напряжения i-ой фазы, - номер фазы} и - амплитудное значение напря жения-, -угловая частота напряжения -время, -угловая фаза напряжения; -частота модуляцииj w . - число фаз двигателя угловая фаза модуляции. Известна машина с внутренним каскадом 3} на различное число полюсо и с совмещенной обмоткой статора, имеющая большие массогабаритные пока затели. Цель изобретения - улучшение мас согабаритНЕЛх показателей. Доставленная цель достигается тем что на роторе двигателя размещены короткозамкнутые контуры по продольной и поперечной осям, причем- корот козамкнутый контур по продольной ос включен на емкостное сопротивление. На фиг.1 представлен вариант зако HoJ iepHocTH изменения напряжения на зажимах фаз обмотки статора двигател при реализации предлагаемого способа содержащей составляющую U. {u;t4v,)si« (sit- 2ffidl) . Ma фиг.2 - вариант изменения напряж ния на зажимах фаз обмотки статора двигателя при реализации предлагаем содержащий составляюго способа, щую U U - 2:cos Slt.S,, на фиг.З - расположение пульсирующей волны магнитной индукции в зазоре электродвигателя при реализации предлагаемого способа , на фиг.4 конструкция ротора электродвигателя для реализации предлагаемого способа. Прикладываемое к фазам односкоростной трехфазной обмотки двигателя напряжение уравновешивается, в основном, электродвижущей силой, наведенной магнитным полем, возбуждаемым в зазоре двигателя. Поэтому положение пульсирующего магни1;ного поля в зазоре двигателя определяется положением фазы обмотки, к которой приложено наибольшее напряжение. На фиг.1 видно, что в начальное время -Ь найряжение иф4 , прикладываемое к второй фазе двигателя, возрастает до максимума, причем оно находится в противофазе с напряжением первой и третьей фазы. Напряжение U0 первой фазы в это время возрастает от нуля, а напряжение иф5 третьей уменьшается от О, 866 и уи t . Поэтому ось пульсирующего с частотой ш магнитного поля в зазоре двигателя в начальный момент времени Q (фиг.З) располагается посредине между осями IIf и II третьей и второй фаз )И с течением времени перемещается в направлении к оси (I, затем I и т.д., совершая полный оборот (при ) за период Т 23t/fii . Аналогичные процессы протекают при реализации закона изменения приложенных к фазам.обмотки напряжений, содержащих составляющую и.--u | +гcos at - 4)3j siK,u;t - 1 в этом случае составляющие напряжений Иф ,Иф,1.,иф, несущей частоты отличают-, ся по фазе на 120. В момент, времени top (фиг. 2) напряжение i. U O|b7U si u;t-3Mtl)j а U -Qi3Uy sin uH;-2S| Ось (фиг.З) пульсирующего с частог той () магнитного поля в зазоре двигателя в этот момент располагается посредине между осями I I I и I I третьей и второй фазы. С течением времени напряжение первой и третьей фаз уменьшаетсяЪо алтлитуде,,а напряжение второй фазы увеличивается, и ось пульсирующего магнитного поли поворачивается в направлении к оси II, затем к оси I и т.д., совершая полный оборот за два периода 2.Т - 2 (.ТГ/Й}. Таким образом, при изменении переменного напряжения от максимума до минимума поочередно н фазах обмотки статора электродвигателя, в воздушном зазоре, также как и в машине с внутренним каскадом, возбуиодается пульсирующее магнитное поле, вращающееся с частотой, пропорциональной частоте изменения напряжения на зажи мах о бмотки. Если в этом магнитном поле размещен ротор, обладающий противоположными характеристиками по от ношению к переменному магнитному полю по продольной и поперечной оси, вращающийся синхронно с указанным пе ременным магнитным полем, то любое отклонение оси ротора от оси пульсирующего магнитного поля приводит к возникновению момента, а следователь но, к электромеханическому преобразованию энергии. Для обеспечения требуемых свойств ротора по отношению к переменному магнитному полю, он выполнен шихтованным, например, с явно вьфаженными полюсами. По поперечной оси (фиг.4) ротор снабжен электрическими контура ми 1, демпфирующигли переменный магнитный поток. Функцию таких контуров могут выполнять пластины шихтованного магнитопровода при шихтовке вдоль оси ротора. По продольной оси ротор снабжен электрическими контурами 2, включенными на емкостное сопротивле ние 3, которые усиливают переменный (магнитный поток. Предлагаемый способ преобразовани электромагнитной энергии в механичес ,кую может найти применение при разра ботке регулируемых электроприводов переменного тока, с параметрическим управлением с помощью тиристорных устройств или магнитных усилителей., а также автономных систем с электромеханическим преобразованием энергии При регулировании скорости с постоян ным моментом сопротивления на валу двигателя потери в сети и обмотке статора электродвигателя уменьшаются по сравнению с питанием машины с внутренним каскадом в зависимости от частоты вращения. Уменьшение потерь в сети и обмотках двигателя обусловлено отсутствием циркуляции электромагнитной энергии, наблюдакядейся в машине с внутренним каскадом и высо ким значением, обмоточного коэффициен та односкоростной обмотки. В пределе при неподвижном роторе, потери в участке сети между регулятором и дви гателем могут быть уменьшены вдвое. Формула изобретения 1. Способ преобразования, электромагнитной энергии в механическую путем взаимодействия пульсирующего в направлении перемещающейся вдоль расточки прюдольной оси магнитного поля, создаваемого напряжением несущей частоты, подводимым к многофазной обмотке статора, с ротором, имеющигл неодинаковые сопротивления по продольной и поперечной осям для переменного магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь электроэнергии, приложенное к фазам обмотки статора переменное напряжение изменяют по амплитуде от максимума до минимума с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора, поочередно на каждой фазе обмотки статора в соответствии с их пространственным положением. 2.Способ по П.1, отличающийся тем, что напряжение несущей частоты изменяют по закону, содержащему основную составляющую видаЦ ,) 5in(Ql.) 3.Способ по П.1, о т,л и ч а ю щ и и с я тем, что напряжение носу- щей частоты изменяют по закону, содержащему основную составляющую лида U,U ticos av«i si.u;t: , где ( - мгнойенное значение напряжения 1-ой фазы/ номер фазы; амплитудное значение напряжения;угловая частота напряжения; время , угловая фаза напряжения; Л - частота модуляции-;у.- угловая фаза модуляции} VW- число фаз двигателя. 4. Электрический двигатель для реализации способа по пп.1-3, содержащий статор с магнитопроводом и многофазной обмоткой и шихтованный ротор с явно выраженными полюсами, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей двигателя, на роторе двигателя размещены короткозамкнутые кон|туры по поперечной и продольной осям, причем короткозамкнутнй контур по продольной оси включен на емкостное сопротивление. Ниточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 240092 кл. Н 02 Р 05/42, 1969. 2.Адаменко А.И., Антоненко А.И. Перспектива применения машин с внутренним каскадом. Проблемы технической электродинамики, вып.46, Наукова думка, Киев, 1974. 3.Авторское свидетельство СССР № 235184, кл. Н 02 Р 7/78, 1967,