Индукторная электрическая машина

 

Изобретение относится к области электроэнергетики, а именно - к индукторным электрическим машинам с зубчатыми ротором и статором. Сущность изобретения состоит в том, что число зубцов статора равно Zo, число пар полюсов Р, каждая катушка его обмотки размещена на одном зубце статора, число катушек статора равно, и они образуют фазы обмотки, которые сдвинуты между собой на двойное полюсное деление 2τ=Z_o/P и подключены через диоды к источнику питания. Согласно изобретению начала первой пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с электродом одного знака первого диода, начала второй пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с одним из электродов другого знака второго диода, при этом концы нечетных катушек объединены между собой в вывод основной фазы обмотки, концы четных катушек объединены между собой в вывод вспомогательной фазы обмотки, а остальные электроды обоих диодов объединены в общий вывод фаз обмотки. Изобретение обеспечивает улучшение гармонического состава тока питающей сети, повышение коэффициента полезного действия путем снижения добавочных потерь, а также снижение уровня высокочастотных вибраций машины. 2 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к индукторным электрическим машинам с зубчатым статором и зубчатым ротором.

Известны индукторные электрические машины, работающие на принципе электромагнитной редукции и содержащие статор с явновыраженными полюсами, на которых выполнены радиальные зубцы, зубчатый ротор. На статоре размещены: обмотка возбуждения, катушки которой охватывают каждый зубчатый полюс статора, формируя магнитный поток противоположного знака в соседнем зубчатом полюсе, и многофазная обмотка переменного тока (US, N 4075521, Н 02 К 3/00, 1976 г.).

Недостатком является размещение двух обмоток в одних и тех же пазах статора, что делает конструкцию электрической машины малотехнологичной и существенно снижает использование активного объема.

Также известна индукторная электрическая машина, являющаяся прототипом и состоящая из статора с явновыраженными полюсами, каждый из которых имеет радиальные зубцы, и зубчатый ротор. Обмотка статора выполнена из катушек, каждая катушка размещена на одном из полюсов статора. Фаза обмотки образована из Р-катушек, которые размещены на статоре со сдвигом на 2τ полюсов: 2τ=Z_o/P где Zo число зубчатых полюсов статора, а Р число четное, и последовательно включенного с ними диода. Пара таким образом устроенных ветвей объединена параллельно в фазу обмотки включенной на соответствующую фазу источника питания (SU, N 1723640, H 02 К 19/06, 1992 г.). Совмещенная обмотка прототипа обтекается совмещенной системой токов, обмотка технологична и имеет малый вылет лобовых частей, что обуславливает снижение расхода меди. Однако, для обеспечения работоспособности, в каждую ветвь включают последовательно вентиль. Объединенные в фазу ветви не образуют путей для протекания обратных токов, что определяет целую гамму отрицательных свойств: повышенный состав гармоник токов в ветвях фаз обмотки, дополнительные потери, что снижает К. П.Д. и виброакустические явления. Этим обуславливается значительная вибрация машины.

Предложенная схема включения фаз с уменьшенным вдвое числом диодов позволяет улучшить ряд технических и потребительских качеств индукторной электрической машины: улучшается гармонический состав питающей сети, повышается коэффициент полезного действия за счет снижения добавочных потерь, снижается уровень высокочастотных вибраций машины.

Это достигается в предложенной индукторной электрической машине, содержащей зубчатый ротор, явнополюсный статор с числом зубцов Zо, числом пар полюсов Р и с обмоткой, каждая из катушек которой размещена на одном зубце статора, при этом фазы обмоток образованы электрически соединенными между собой катушками число которых равно Р, сдвинутыми на двойное полюсное деление 2τ=Z_o/P и подключенными через диоды к источнику питания. При этом, начала первой пары рядом расположенных четной и нечетной катушек соединены с электродом одного знака первого диода, начала второй пары рядом расположенных четной и нечетной катушек соединены с одним из электродов другого знака второго диода, при этом концы нечетных катушек объединены между собой в вывод основной фазы обмотки, концы четных катушек объединены между собой в вывод вспомогательной фазы обмотки, а остальные электроды обеих диодов объединены в общий вывод фаз обмотки.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема двигателя, на фиг. 2 схема включения фаз обмотки.

Индукторная электрическая машина (фиг. 1) имеет обмотку, состоящую из катушек 1-8, каждая из которых размещена на одном из зубцов статора. В общем случае на внутренней поверхности явновыраженных зубцов статора 9 выполнены дополнительные радиальные зубцы (на фиг. 1 последние не изображены). Ротор 10 выполнен зубчатым безобмоточным. Общее число зубцов статора 9 Zo=8, электрически соединены при Р=2 между собой, катушки (фиг. 2) 1 и 5, 2 и 6, 3 и 7, 4 и 8 соединены последовательно. Возможно и параллельное соединение как всех катушек 1-8, так и части из них, например, нечетные 1 и 5, 3 и 7, что определяется параметрами источника питания для электрической машины конкретной мощности. Электрически соединенные между собой катушки сдвинуты относительно друг друга на двойное полюсное деление 2τ=Z_o/P= 8/2=4 и образуют ветви 1-5, 2-6, 3-7, 4-8, которые через диоды 11 и 12 включены к источнику питания. Включение выполнено следующим образом. Начала первой пары рядом расположенных по расточке статора четной 2 и нечетной 1 катушек соединены с анодом первого диода 11, начала второй пары расположенных четной 4 и нечетной 3 катушек соединены с катодом второго диода. Катод первого диода 11 и анод второго диода 12 соединены, образуя вывод 13 общей точки обмотки. Концы нечетных катушек 5 и 7 объединены, образуя вывод 14 главной фазы обмотки, концы четных фаз 6 и 8 катушек также объединены, образуя вывод 15 вспомогательной фазы обмотки.

При питании индукторной электрической машины, например, от однофазной сети переменного тока, к выводу 15 вспомогательной фазы обмотки подсоединен фазосдвигающий элемент (например, конденсатор) 16.

Индукторная электрическая машина работает следующим образом. Синусоидально изменяющееся напряжение однофазной сети прикладывается к нечетным катушкам главной фазы обмотки 1-5, 3-7 через диоды 11 и 12, соединенные с общей точкой обмоток 13. Очевидно, что через диоды 11 и 12 токи протекают лишь в одном направлении, а индуктивный характер тока в фазе предполагает их отставание по фазе от приложенного напряжения, поэтому, при закрытии диода от обратно приложенного напряжения, ток может продолжать протекать по замкнутому контуру, образованному всеми катушками обмотки 1-5, 3-7, 4-8-2-6. Поэтому в фазах образуется знакопеременный ток с значительной долей постоянной составляющей, обеспечивающей возбуждение индукторной электрической машины, работающей по принципу синхронных машин с возбуждением. Последнее приводит к улучшению гармонического состава потребляемого тока из сети и тока в фазах машины, что определяет повышение коэффициента полезного действия. К четным катушкам вспомогательной фазы обмотки 2-6, 4-8 напряжение через диоды 11 и 12 прикладывается через фазосдвигающий конденсатор, что определяет сдвиг токов первой гармонической (рабочей гармоники) во вспомогательной фазе по отношению к токам первой гармонической главной фазы обмотки, создается вращающееся магнитное поле обмоткой статора индукторной машины наряду с полем возбуждения от постоянных составляющих токов в фазах.

Таким образом, включая диод одновременно в две ветви каждой удается снизить вдвое их число, а соединение фаз в единый замкнутый контур обеспечило улучшение ряда технических и потребительских качеств индукторной электрической машины: улучшается гармонический состав тока питающей сети, повышается коэффициент полезного действия за счет снижения добавочных потерь, имеет место снижение уровня высокочастотных вибраций машины.

Формула изобретения

Индукторная электрическая машина, содержащая зубчатый ротор, явнополюсный статор с числом зубцов Z₀, числом пар полюсов p и с обмоткой, каждая из катушек которой размещена на одном зубце статора, при этом фазы обмоток образованы электрически соединенными между собой катушками, число которых равно p, сдвинутыми на двойное полюсное деление 2τ = Z_o/P и подключенными через диоды к источнику питания, отличающаяся тем, что начала первой пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с электродом одного знака первого диода, начала второй пары рядом расположенных четных и нечетных катушек соединены с одним из электродов другого знака второго диода, при этом концы нечетных катушек объединены между собой в вывод основной фазы обмотки, концы четных катушек объединены между собой в вывод вспомогательной фазы обмотки, а остальные электроды обоих диодов объединены в общий вывод фаз обмотки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2