Индукторная электрическая машина

 

Изобретение относится к электротехнике и касается особенностей конструктивного выполнения индукторных электрических машин. Сущность изобретения состоит в том, что индукторная электрическая машина содержит зубчатый статор с числом полюсов z и с m-фазной катушечной обмоткой, безобмоточный ферромагнитный ротор и преобразователь. Полуфазы m-фазной обмотки размещены на полюсах статора. Согласно изобретению, в машину введены два включенных согласно полупроводниковых элемента с образованием средней точки между ними и двух разноименных полюсов, а преобразователь содержит модуль питания цепи возбуждения и модуль питания якорной цепи. При этом концы каждой полуфазы m -фазной обмотки статора соединены с разноименными полюсами полупроводниковых элементов, начала полуфаз и средняя точка между полупроводниковыми элементами подключены к модулю питания якорной цепи, а разноименные полюсы полупроводниковых элементов - к модулю питания цепи возбуждения с обеспечением протекания в полуфазах m-фазной обмотки статора тока подвозбуждения, а через среднюю точку - суммарного тока полуфаз якоря. Изобретение направлено на повышение эффективности использования объема индукторной электрической машины при работе как с постоянной, так и с переменной частотой вращения. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, 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 установлена обмотка возбуждения, охватывающая каждый полюсный наконечник статора, формируя магнитный поток возбуждения, и многофазная обмотка переменного тока (патент США N 4075521, кл. H 02 K 3/00, опубл. 1976).

У проведенного аналога две системы обмоток, якорная и возбуждения, размещенные в одних и тех же пазах, что снижает использование электрической машины.

Наиболее близкая к предлагаемому, являющаяся прототипом, индукторная электрическая машина, которая состоит из зубчатого статора с явновыраженными полюсами и безобмоточного ротора с радиальными зубцами. Катушечная m-фазная обмотка, содержащая полуфазы и выполненная из катушек, размещенных на полюсах статора, представляет собой совмещенную обмотку возбуждения и якоря. Обмотка статора подключена к преобразователю /патент России N 2009599, кл. H 02 K 19/24, H 02 K 19/06, опубл. 1994/.

Питание совмещенной обмотки от преобразователя пульсирующим переменным током определяет строгую зависимость между постоянной составляющей тока и первой, основной гармоникой тока, что ограничивает использование объема электрической машины.

Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является создание индукторной электрической машины с улучшенным использованием объема.

Это достигается тем, что явнополюсный с числом полюсов Z₀ зубчатый статор с m-фазной катушечной обмоткой, содержащей полуфазы, катушки которых размещены на полюсах статора, безобмоточный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, содержит индукторная электрическая машина, в которую введен полупроводниковый делитель, включающий в себя два полупроводниковых элемента, включенных согласно, среднюю точку между ними и два разноименных полюса, при этом преобразователь содержит модуль питания цепи возбуждения и модуль питания якорной цепи, к которому подключены начала полуфаз m-фазной катушечной обмотки, а концы каждой полуфазы, принадлежащей одной фазе, соединены с разноименными полюсами полупроводникового делителя, при этом средняя точка полупроводникового делителя также включена на модуль питания якорной цепи, разноименные полюса полупроводникового делителя подключены к модулю питания цепи возбуждения.

На фиг. 1 изображена индукторная электрическая машина например двухфазное исполнение машины; на фиг. 2 - индукторная электрическая машина - трехфазное исполнение машины; на фиг. 3 приведена конструктивная схема электрической машины; на фиг. 4 показаны электромеханические характеристики электрической машины в двигательном режиме.

Индукторная электрическая машина содержит катушечную обмотку 1, состоящую из полуфаз 2 и 3, 4 и 5 /фиг. 1/, образующих однофазно-двухфазную отмотку, и из полуфаз 6 и 7, 8 и 9, 10 и 11, образующих однофазно-трехфазную обмотку /фиг. 2/. Обмотка 1 подключена к источнику питания - преобразователю 12.

Преобразователь 12 содержит два модуля: модуль питания якорной цепи 13 и модель питания цепи возбуждения 14.

Начала полуфаз 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки и начала полуфаз 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки подключены к модулю питания 13 якорной цепи преобразователя 12. Концы каждой полуфазы 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки, принадлежащие одной фазе 2-3, 4-5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки, 6-7, 8-9, 10-11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки соединены с разноименными полюсами 15 и 16 полупроводникового делителя 17. Полупроводниковый делитель 17 содержит два полупроводниковых элемента 18 и 19 /фиг.1 и 2/, которые включены согласно, и среднюю точку 20 между ними. Средняя точка 20 полупроводникового делителя 17 подключена к модулю питания якорной цепи 13 преобразователя 12.

Разноименные полюса 15 и 16 полупроводникового делителя 17 подключены к модулю питания цепи возбуждения 14 преобразователя 12.

Катушки 21 обмотки 1 /фиг. 3/ расположены на явновыраженных полюсах 22 статора 23 индукторной электрической машины. В общем случае на внутренней поверхности полюсов 22 выполнены радиальные зубцы /на фиг. 3 не изображены/. Ротор 24 выполнен зубчатым безобмоточным.

Индукторная электрическая машина работает следующим образом. Модуль питания якорной цепи 13 преобразователя 12 /фиг. 1 и 2/ обеспечивает протекание в полуфазах 2, 3, 4, 5 /фиг.1/ двухфазной обмотки и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки тока ≈ I, содержащего основную рабочую гармонику тока переменной частоты, f₀, определяющей частоту вращения n_c индукторной электрической машины в двигательном режиме n_c=f₀/Z₂, где Z₂ - число зубцов ротора 24 /фиг. 3/. В генераторном режиме наоборот - частота тока f₀ определяется частотой вращения n_с f₀=Z₂·n_c Модуль питания цепи возбуждения 14 преобразователя 12 обеспечивает протекание в полуфазах 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ двухфазной обмотки и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ трехфазной обмотки тока подвозбуждения - I.

Полупроводниковый делитель 17, обеспечивает протекание суммарного тока якоря ≈ I полуфаз 2, 3, 4, 5 /фиг.1/ и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ через среднюю точку 20 и возможность подключения к полюсам 15, 16 источника питания 14, обеспечивающего регулируемое напряжение - U и регулируемый ток возбуждения - I.

Возможность изменения тока возбуждения - I в полуфазах 2, 3, 4, 5 /фиг. 1/ и 6, 7, 8, 9, 10, 11 /фиг. 2/ совмещенной обмотки 1 позволяет реализовать дополнительный канал регулирования индукторной электрической машины /помимо цепи якоря/, обеспечивая изменение как перегрузочной способности машины М_mm, так и потребляемой реактивной мощности -cosϕ /фиг. 4/.

Благодаря возможности регулирования перегрузочной способности и потребляемой реактивной мощности представляется возможным повысить использование объема электрической машины в двигательном режиме при работе как с постоянной, так и переменной частотой вращения.

Кроме того, расширяются функциональные возможности индукторной электрической машины, работающей в режимах генераторном, тормозном и в качестве электромагнитных муфт с электромагнитной редукцией.

Формула изобретения

Индукторная электрическая машина, содержащая явнополюсный с числом полюсов z₀ зубчатый статор с m-фазной катушечной обмоткой, содержащей полуфазы, катушки которых размещены на полюсах статора, безобмоточный ферромагнитный зубчатый ротор и преобразователь, к которому подключена обмотка статора, отличающаяся тем, что в нее введены два включенных согласно полупроводниковых элемента с образованием средней точки между ними и двух разноименных полюсов, а преобразователь содержит модуль питания цепи возбуждения и модуль питания якорной цепи, при этом концы каждой полуфазы, принадлежащей одной фазе m-фазной катушечной обмотки статора, соединены с разноименными полюсами включенных согласно полупроводниковых элементов, начала полуфаз m-фазной катушечной обмотки статора и средняя точка между полупроводниковыми элементами подключены к модулю питания якорной цепи, а разноименные полюсы полупроводниковых элементов - к модулю питания цепи возбуждения с обеспечением протекания в полуфазах m-фазной катушечной обмотки статора тока подвозбуждения, а через среднюю точку между полупроводниковыми элементами - сумматорного тока полуфаз якоря.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4