Электрическая машина

 

Данное изобретение относится к электротехнике и касается выполнения высокоскоростных электрических машин с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов. Целью изобретения является улучшение формы кривой выходного напряжения путем устранения пятой и седьмой гармоник. Электрическая машина содержит ротор, состоящий из внутреннего и внешнего магнитопроводов 1, последний из которых выполнен с полюсами в виде радиально Нс1магниченных постоянных магнитов 2 и пазами 3, симметричными относительно оси полюса, статор 4 с многофазной обмоткой 5. Ширина пазов 3 и их с 9 (Л

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН . (19) 01) А1 (51)4 Н 02 К 21 12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3875091/24-07 (22) 29.03.85 (46) 15.03.87. Бюл. 9 10 (71) Пермский политехнический институт (72) С.А.Денисов и Э.Г.Манн (53) 621.313.322(088.8) (56) Безрученко В.А.и Галтеева Ф.Ф, Электрические машины с постоянными магнитами. M. ВИНИТИ, 1985, т. 5, с. 17, рис. 11.

Timerschin F.G., Bunzel Е. Berechnung der Felder von permanentmagneterregten elektrischen Naschinen.—

Elektrie, 1982, 36, В 8, s. 427-431.

Патент США У 4211452, кл. F 16 С 39/00, 308-10, 1980. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (57) Данное изобретение относится к электротехнике и касается выполнения высокоскоростных электрических машин с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов. Целью изобретения является улучшение формы кривой выходного напряжения путем устранения пятой и седьмой гармоник. Электрическая машина содержит ротор, состоящий из внутреннего и внешнего магнитопроводов 1, последний из которых выполнен с полюсами в виде радиально намагниченных постоянных магнитов 2 и пазами 3, симметричными относительН0 оси полюса, статор 4 с многофаз- сЯ ной обмоткой 5. Ширина пазов 3 и их

1297 I 83 расположение на полюсах определяются из условий sin 5 90 oL — sin 5(Ъ+а)+

+sin 5Ь=О sin 7 90 C, -sin 7(Ъ+а)+

+sin 7Ь=О, где а — ширина паза, эл.град; b — расстояние от паза до оси полюса, эл.град; g,; = 0,45-0,85— коэффициент полюсного перекрытия. В данной электрической машине достигаИзобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электрическим машинам с возбуждением от высококоэрцитивных постоянных магнитов, например к синхронным или 5 вентильным машинам, и может быть использовано в электроприводах кине-. тических аккумуляторов энергии.

Целью изобретения является улучшение формы кривой выходного напряже10 ния путем устранения пятой и седьмой гармоник.

Конструктивное выполнение полюсов ротора в виде трех постоянных магнитов с немагнитными пазами между ними

f5 позволяет улучшить синусоидальность магнитного поля, а следовательно, и синусоидальность генерируемого напряжения.

На фиг. 1 изображена электричес20 кая маши!1а, поперечный разрез; на фиг. 2 — развертка полюса электрической машины; на фиг. 3 — расчетные значения коэффициентов гармоник линейных напряжений трехфазной элект-.

25 рической машины с соединением фаз в звезду и с равномерно распределенной обмоткой, где кривая !! соответствует полюсу с немагнитным пазом, кривая б — полюсу без паза. 30

Электрическая машина содержит ротор с внутренним и внешним магиитопроводами 1, на последнем из которых размещены полюса в виде радиально намагниченных постоянных магнитов

2 с двумя пазами 3 и статор 4 с многофазной обмо;кой 5. Конструктивно каждый из полюсов ротора может быть выполнен в виде трех постоянных магнитов, установленных с зазорами 40 друг относительно друга.

Электрическая машина работает следующим образом. ется устранение пятой и седьмой гармоник магнитного поля, что приводит к улучшению формы кривой выходного напряжения. Кроме того, повышается

КПД за счет снижения потерь на вихревые токи, возбуждаемые в проводниках обмотки данными гармониками поля. з.п. ф-лы,, 3 ил.

В двигательном режиме по сигналам датчиков положения ротора (не показаны) осуществляется коммутация токов в фазах обмотки 5 статора в соответствии с угловым положением магнитопроводов 1 ротора, которые разгоняются до номинальной скорости, при этом внешний и внутренний магнитопроводы ротора неподвижны. В генераторном режиме электрическая машина работает как синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов 2.

Улучшение синусоидальности напряжения осуществляется следующим образом. Учитывая, что высококоэрцитивные постоянные магниты имеют практически постоянную намагниченности и пренебрегая кривизной воздушного зазора, получены выражения, определяющие геометрические размеры полюса из условия равенства нулю пятой и седьмой гармоник напряжения ° Для этого использовано выражение для магнитного потенциала в воздушном зазоре. В основу этого выражения положена модель полюса электрической машины, состоящей из одного магнита.

Используя разложение вектора намагниченности в ряд Фурье, получено выражение для намагниченности для случая, когда магнитная система имеет гчзы (фиг. 2)„

4 " . !!

3(x) = J (sin — < -. sin)(a+b) + !!

Q-=-!Л,з...

sin4x

+ sin 9 Ü) Подстановка данного выражения в уравнение для магнитного потенциала и вычисление напряженности магнитного поля в воздушном зазоре позволяют

3 12971 бпределить в общем виде напряжение холостого хода, возбуждаемое н обмотке 4 -й гармоникой магнитного поля.

КО6 9

= — — — — Lsin --<; — sin (b+a) + 5

+ sin) b где U — амплитуда -й гармоники

1 фазного напряжения, В, К вЂ” обмоточный коэффициент для

06 -й гармоники:

К вЂ” конструктивный коэффициент, определяется из параметров ротора, обмотки и постоянных магнитов; — номер гармоники, = 1, Зу5у ° ° ° усоy

a — ширина паза, эл.град;

b — расстояние от оси полюса паза, эл.град;

М; = 0,45-0,85 — коэффициент полюсного перекрытия.

Для устранения пятой и седьмой

25 гармоник напряжения параметры а, b и ес; подобраны так, что выражение в скобках равно нулю, т.е. условия устранения пятой и седьмой гармоник имеют вид

sin — aL- - sio 5(b+a) + sin 5Ь = О

5и

2 и sin — M; — sin 7(b+a) + sin 7Ъ = О.

35

Данные условия справедливы для нагруженной машины и позволяют определить множество значений параметров а и b, при которых из спектра гармоник напряжения устранены пятая и седьмая гармоники. Например, при

Из кривых, представленных на фиг. 3, видно, что при любых значе83 4 ниях полюсного перекрытия в электрической машине с пазом в полюсе коэффициент гармоник напряжения имеет меньшее значение.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет устранить пятую и седьмую гармоники магнитного поля, что приводит к улучшению формы кривой выходного напряжения. Кроме того, повышается КПД за счет снижения потерь на вихревые токи, возбуждаемые в проводниках обмотки данными гармониками поля.

Формула из об ре те ни я

1. Электрическая машина, содержащая цилиндрический ротор, состоящий из внутреннего и внешнего магнитопрово ов, последний из которых выполнен с полюсами в виде радиально намагниченных постоянных магнитов, и статор с многофазной обмоткой, размещенный между магнитопроводами ротора, о т л и ч а ю щ з я с я тем, что, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения путем устранения пятой и седьмой гармоник, на каждом полюсе ротора симметрично относительно его оси выполнены два паза, ширина каждого из которых и их расположение определяются из условий

sin 5 90 сс; — sin 5(b+a) +

+ sin 5b = О;

sin 7 90 сс; — sin 7 (Ь+а) +

+ sin 7Ь = О, где а — ширина паза, эл.град.;

Ь вЂ” расстояние от паза до оси полюса, эл.град;

К;= 0,4-0,85 — коэффициент полюсного перекрытия.

2. Машина по и. 1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что статор выполнен из немагнитного неэлектроводного материала.

1297183

49 А

Подписное

Тираж 661

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4

Редактор Ю. Середа

Заказ 792/59 ц7 цо Фиг.D

Составитель Т. Калашникова

Техред Л.Сердюкова Корректор Л. Патай