Синхронная электрическая машина

 

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 К 21/14, 21/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ .СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

3Ы36630И

ИИВП06- тНИ%РН

3вИЬЛИОТГ (А

Рэ л=Р +Р"

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4868490/07 (22) 09.07.90 (46) 30.04.93.Бюл,¹ 16 (71) Ереванский политехнический институт им, К.Маркса (72) В.Р.Гаспарян, К.Р,Гаспарян, А,С,Степанян, А.А.Терзян и Г,А,Цатурян (56) Заявка Ф РГ N 3113532, кл. Н 02 К 21/22, 1981, Иванов-Смоленский А.В, Электрические машины.M.: Энергия, 1980, с.506.. Изобретение относится к специальным электрическим машинам и может быть использовано в учебных заведениях в качестве демонстрационной машины, Цель изобретения — повышение перегрузочной способности.. .Сущность изобретения заключается в следующем. При выполнении одного ротора явнополюсным без обмотки возбуждения, а второго, расположенного коаксиально ему, неявнополюсным с обмоткой возбу>кдения (или с постоянными магнитами без полюсных наконечников), продольные оси полюсов которых смещены на угол .45 зл,град. (при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора). максимумы кривых составляющих электромагнитной мощности совпадают и обеспечивают повышение пе регрузочной способности машины: Сказанное иллюстрируется следующим математическим выражением,, Ы,, 1812598 А1 (54) СИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА (57) Использование, синхронные электрические машины для устройств с ограниченными аксиальными размерами.

Сущность изобретения; синхронная электрическая машина содержит сердечник статора с тороидальной обмоткой; внутренний ротор с неявно выраженными полюсами или с постоянными магнитами, внешний ротор с явно выраженными безобмоточными полюсами. 4 ил, p=NUE О

Х41

Р"= (— — — ) sin f 2 (О,В.) ) п1 Ц2

2 Xq2 Х42 где P M — электромагнитная мощность машины; еЪ

Р— активная составляющая мощности;,. ОФ

Р" — реактивная составляющая мощно- . 4 сти; 5

m — число фаз статора; (Я

U — фазное напряжение на зажимах об- О мотки статора;"

Š— ЭДС, наводимая магнитным потоком ротора в обмотке фазы статора; х4 — синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси; юваВ хя — синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси;

Π— сдвиг по фазе между векторами напряжения и ЭДС (угол нагрузки), j3 — угол смещения продольных осей ротора {со знаком "минус" — в генераторном

1812598 режиме, со знаком "плюс" — в двигательном режиме); хд — синхронное индуктивное сопротивление системы "статор — внутренний ротор"; хд — синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси системы "статор — внешний ротор"; хцz — синхронное индуктивное сопротивление по поперечной оси системы "статор — внешний ротор".

При учете активного сопротивления обмотки статора угол смещения продольных осей коаксиально расположенных роторов находится в пределах от 0 до 45 эл,град. и определяется условием совпадения максимумов кривых составляющих электромагнитной мощности.

На фиг,1 показана угловая характеристика предложенной машины, выполненной при работе в. генераторном режиме, при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора; на фиг.2 — поперечный разрез машины а варианте выполнения с внутренним неявнополюсным ротором с обмоткой возбуждения; на фиг.3 продольный разрез машины с ротором в виде стакана; на фиг.4.— машина в варианте выполнения с внутренним ротором с постоянными магнитами без полюсных наконечников.

Синхронная электрическая машина содержит два коаксиально расположенных ротора 1 и 2 и статор 3. Статор 3 выполнен в виде тора и установлен между роторами 1 и

2 концентрично им, закреплен на опоре 4 и снабжен тороидальной обмоткой, Ротор 1 выполнен с неявновыраженными полюсами и обмоткой возбуждения и является внутренним. Ротор 2 выполнен явнополюсным без обмотки возбуждения и является внешним. Ротор 1 закреплен на валу 5, который установлен на опорах 4 и 6 на подшипниках, а ротор 2 выполнен в виде стакана, закрепленного на валу 5. При этом их продольные оси полюсов смещены относительно друг друга на.угол, находящийся в пределах от 0 до 45 эл,градусов. Величина угла смещения

/3 и направление смещения зависят от активного сопротивления обмотки статора 3 и синхронных индуктивных сопротивлений xd2, хц2 и определяются из условия совпадения максимумов составляющих электромагнитной мощности Р и Р" на угловой характеристике в соответствующем режиме работы..

Машина может быть также выполнена в следующих вариантах.

Во втором варианте ротор 1 выполнен с неявновыраженными полюсами и обмоткой возбуждения. а ротор 2 — виде стакана, на внутренней торцовой поверхности которого размещены явновыраженные полюса, В третьем варианте ротор 1 выполнен с постоянными магнитами без полюсных на5 конечников, а ротор 2 — явнополюсным беэ обмотки возбуждения,.

Машина содержит также пусковую короткозамкнутую обмотку.

Машина работает следующим образом, "0 В генераторном режиме вал 5 приводится во вращение приводным устройством и магнитный поток ротора 1 индуктирует ЭДС в обмотке статора 3. При работе параллельно с сетью с напряжением О из-за взаимо"5 действия поля ротора 1 и поля внутренней стороны тороидальной обмотки статора 3 . создается электромагнитная мощность P (описанная первым слагаемым в выражении), за счет того, что у ротора 1 синхронные

20 индуктивные сопротивления по продольной и поперечной осям равны. При взаимодействии явнополюсного безобмоточного ротора 2 с полем внешней стороны тороидальной обмотки статора 3 создается электромагнитная мощность Р" (описанная вторым слагаемым в выражении), где хд и

xqz — синхронные индуктивные сопротивления соответственно по продольной и поперечной осям системы "статор 3 — ротор 2", В

30 частности при пренебрежении активным сопротивлением обмотки статора 3 угловое смещение роторов 1 и 2 составляет 45 эл,град, в направлении вращения вала 5 (знак ""минус" при P a выражении), При этом

35 максимумы кривых Р и Р" на фиг,1 в области положительных значений угла нагрузки О совпадают, обеспечивая увеличение максимальной электромагнитной мощности машины, .

В двигательном режиме при включении обмотки статора 3 в сеть осуществляется асинхронный пуск машины посредством короткозамкнутой обмотки, а после втягива45 ния в синхронизм электромаг итная мощность машины определяется аналогич.. но работе в генераторном режиме с той лишь разницей, что смещение продольных осей роторов 1 и 2 друг относительно друга

50 осуществляется в направлении, обратном направлению вращения вала 5(знак "плюс" при р в выражении), В частности, при пренебрежением активным сопротивлением обмотки статора 3 угловое смещение рото55 ров 1 и 2 составляет 45 эл,град. При этом достигается совпадение максимумов Р и P" . в области отрицательных значений угла нагрузки О и повышение результирующей электромагнитной мощности Рэ, 1812598

При выполнении внешнего ротора 2 в виде стакана, на внутренней торцовой поверхности которого размещены явновыраженные полюса, составляющая электромагнитной мощности Р" создается также вследствие взаимодействия тока в обмотке статора 3 с полюсной системой ротора 2, обращенной к торцовой части тороидальной обмотки статора 3. Тем самым, достигается наибольшее использование тороидальной обмотки статора 3, дополнительное повышение результирующей электромагнитной мощности и перегрузочной способности, Использование предложенной синхронной электрической машины позволит повысить ее перегрузочную способность по сравнению с прототипом за счет достижения совпадения максимумов кривык составляющих электромагнитной мощности в генераторном и двигательном режимах.

Формула изобретения

1, Синхронная электрическая машина, содержащая статор с обмоткой, внутренний ротор с неявновыраженными полюсами и

5 обмоткой возбуждения, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения перегрузочной способности, она снабжена внешним явнополюсным безобмоточным ротором, причем продольные оси полюсов роторов

10 смещены относительно друг друга на угол, находящийся в пределах от 0 до 45 эл,град, 2. Машина по п.1, отл и ч а ю ща я с я тем, что обмотка статора выполнена тороидальной.

15 3. Машина по пп,1 и 2, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что наружный ротор выполнен в виде стакана, на внутренней торцовой поверхности которого размещены явновыраженные полюса, 20 4,Машинапоп,1,отличающаяся тем, что внутренний ротор выполнен с постоянными магнитами без полюсных наконечников, 1812598

А-А

Составитель А.Степанян

Редактор Т.Горячева Техред M.Mîðûíòàë Корректор Т,Вашкович

Заказ 1578 . Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно- издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101