Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2772108:

Общество с ограниченной ответственностью "СовЭлМаш" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, машиностроения, электротранспорта и касается особенностей конструктивного исполнения энергоэффективных асинхронных машин, вращающихся с фазным ротором. Машина асинхронная, вращающаяся с фазным ротором, включает в себя статор с совмещенной обмоткой с параллельным соединением «звезды» и «треугольника», фазный ротор с интегрированным в него широтно-импульсным регулятором (ШИР), питающимся от обмотки ротора. Управление ШИР осуществляется через вращающийся трансформатор/трансформаторы или оптическую развязку. Существует вариант машины, в котором ротор содержит дополнительную обмотку, обеспечивающую питание ШИР. Также существует вариант машины, в котором питание ШИР происходит посредством вращающегося трансформатора, интегрированного в машину. Техническим результатом является повышение энергоэффективности машины с фазным ротором за счет применения СО статора, достижение высоких значений КПД в широких диапазонах нагрузки, повышение надежности машины с фазным ротором, упрощение управления машиной с фазным ротором, улучшение управления в диапазоне малых частот вращения ротора, уменьшение потерь на рассеяние энергии, уменьшение габаритов системы управления. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известны асинхронные машины вращающиеся с короткозамкнутым ротором и совмещенными обмотками (СО), отличающиеся повышенными надежностью, энергоэффективностью и другими улучшенными электромеханическими и эксплуатационными характеристиками [1-5] - аналоги. Недостатками аналогов являются: сложность регулирования скорости и момента на валу, особенно при малых частотах вращения; высокая кратность пускового тока; низкая кратность пускового момента.

Известна трехфазная асинхронная машина вращающаяся с фазным ротором, отличающаяся хорошими регулировочными свойствами, низкой кратностью пускового тока и высокой кратностью пускового момента. Обмотки трехфазной асинхронной машины вращающейся с фазным ротором выполнены из изолированного провода по стандартным технологиям [6] - прототип. Выводы фаз обмотки статора прототипа соединены в «звезду» или в «треугольник», концы фаз обмотки ротора соединены в «звезду», а начала подключены к контактным кольцам, изолированным друг от друга и от вала. Через токосъемные щетки и контактные кольца к обмотке ротора присоединяется трехфазный пусковой или регулировочный реостат.

Недостатками прототипа являются низкая надежность и необходимость обслуживания щеточного узла, вызванные искрением, пылеобразованием, износом щеток и др. Также недостатками прототипа являются относительно низкая эффективность машины, обусловленная диссипацией электрической энергии на реостате, а также применением т.н. классической обмотки статора, соединенной в «звезду» или «треугольник». К недостаткам прототипа следует отнести также сложность «реостатного» управления, высокие стоимостные и массогабаритные показатели такой системы управления.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является:

- повышение энергоэффективности машины с фазным ротором за счет применения СО статора;

- достижение высоких значений КПД в широких диапазонах нагрузки [7];

- повышение надежности машины с фазным ротором;

- упрощение управления машиной с фазным ротором;

- улучшение управления в диапазоне малых частот вращения ротора;

- уменьшение потерь на рассеяние энергии;

- уменьшение габаритов системы управления.

Указанный технический результат достигается тем, что машина асинхронная вращающаяся включает в себя статор с совмещенной обмоткой с параллельным соединением «звезды» и «треугольника», фазный ротор с интегрированным в него трехфазным широтно-импульсным регулятором (ШИР), питающимся от обмотки ротора, и не содержит в своей конструкции щеточного механизма, а управление ШИР осуществляется через вращающийся трансформатор/трансформаторы или оптическую развязку.

Существует вариант машины, в котором фазный ротор содержит дополнительную обмотку для обеспечения питания ШИР.

Также существует вариант машины, в котором питание ШИР происходит посредством вращающегося трансформатора, интегрированного в машину.

Техническая применимость и использование изобретения

Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой статора может применяться в регулируемых приводах транспортных средств; приводах грузоподъемных механизмов - кранов, лифтов и др.; приводах, запускаемых под нагрузкой; приводах, требующих достижения высоких пусковых моментов и ограничения пусковых токов. Результаты компьютерного моделирования указывают на существенный потенциал возможностей достижения высоких пусковых моментов при использовании СО статора и фазного ротора, а также снижения кратности пусковых токов при использовании ШИР.

Фиг. 1 и фиг. 2 иллюстрируют результаты компьютерного моделирования характеристик асинхронной машины с СО статора и фазным ротором (далее -машины) мотор-колеса габарита 318 с батарейным питанием 48 В, предназначенного для привода транспортного средства.

На фиг. 1 представлены результаты компьютерного моделирования механических характеристик машины - вариант для «реостатного» управления при разных сопротивлениях реостата. Ось абсцисс - частота вращения ротора, об/мин, ось ординат - вращающий момент, Н⋅м. Результаты моделирования указывают на существенный потенциал возможностей повышения пускового момента (пересечения графиков с осью ординат), а также возможности достижения высоких значений максимального вращающего момента для таких машин.

На фиг. 2 представлены результаты компьютерного моделирования механических характеристик асинхронной машины с СО статора и фазным ротором и интегрированным в него ШИР при разных значениях длительности импульса широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Ось абсцисс - частота вращения ротора, об/мин, ось ординат - вращающий момент, Н⋅м. Упрощение процесса управления машиной достигается за счет использования ШИР при сохранении преимуществ как асинхронной машины с фазным ротором, так и СО статора.

Источники информации

1. Малошумный асинхронный двигатель [Текст]: пат.2507664 Рос.Федерация: МПК7 Η02K 3/28, Η02K 17/12 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Блинов В.Л., Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». 2011151274/07. Заявл. 14.12.2011. Опубл. 20.02.2014. Бюл. №5.

2. Малошумный энергоэффективный электропривод [Текст]: пат.2568672 Рос.Федерация: МПК Н02K 17/14, Н02K 3/28 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Дуюнов Е.Д., Блинов В.Л. Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 11.08.2014. Опубл. 20.11.2015. Бюл. №32.

3. Машина асинхронная вращающаяся [Текст]: пат.109934 Рос.Федерация: МПК Н02K 17/12, Н02K 3/12 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Блинов В.Л., Иванов С.А., Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 23.05.2011. Опубл. 27.10.2011. Бюл. №30.

4. Высокомоментная асинхронная электромашина [Текст]: пат.132272 Рос.Федерация: МПК Н02K 17/16 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Дуюнов Е.Д., Блинов В.Л., Яковлев И.Н., Иванов С.А.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 16.04.2012. Опубл. 10.09.2013. Бюл. №25.

5. Малошумный асинхронный двигатель [Текст]: пат.150824 Рос.Федерация: МПК В06K 17/00 / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Блинов В.Л., Яковлев И.Н., Дуюнов Е.Д.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП». Заявл. 27.03.2014. Опубл. 27.02.2015. Бюл. №6.

6. Забудский, Е.И. Электрические машины. В 4-х частях: Учебное пособие для вузов [Текст]: Часть 2. Асинхронные машины / Е.И. Забудский - Москва: ООО «Мегаполис», 2017. - 304 с.

7. Дуюнов Е.Д., Дуюнов Д.А. Совмещенные обмотки электрических машин. Справочник. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. - 2018. - 246 С.

1. Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой статора, отличающаяся тем, что не содержит в своей конструкции щеточного механизма, а ротор включает в себя трехфазный широтно-импульсный регулятор (ШИР), питающийся от обмотки ротора, при этом управление ШИР осуществляется через вращающиеся трансформатор/трансформаторы или оптическую развязку.

2. Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой по п. 1, отличающаяся тем, что ротор включает в себя дополнительную обмотку, которая служит для питания ШИР.

3. Машина асинхронная вращающаяся с фазным ротором и совмещенной обмоткой по п. 1, отличающаяся тем, что содержит в себе вращающийся трансформатор, обеспечивающий питание ШИР.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к общепромышленному электроприводу и электроприводу транспортных средств. Электрическая вращающаяся асинхронная машина содержит разделенную обмотку с числом полюсов 2р=2, числом пазов статора z1=36 и количеством параллельных ветвей обмотки статора a1=2.

Многофазная стержневая волновая обмотка статора асинхронного двигателя // 2709095

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конструировании асинхронных электрических двигателей, питаемых от преобразователей частоты. Технический результат: повышение технологичности и улучшение охлаждения волновой обмотки.

Энергоэффективная обращённая асинхронная машина // 2707585

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к изготовлению обращенных вращающихся электрических машин с короткозамкнутым ротором, которые могут использоваться, например, в качестве энергоэффективных двигателей мотор-колес. Техническим результатом изобретения является повышение теплоотвода от ротора.

Асинхронное мотор-колесо с повышенным магнитным сцеплением // 2706669

Изобретение относится к машиностроению. Мотор-колесо с повышенным магнитным сцеплением содержит колесо со встроенным в него электродвигателем, выполненным в виде асинхронной электромашины, статор которой закреплен на неподвижной оси колеса, и подвижный короткозамкнутый ротор.

Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал // 2681611

Изобретение относится к расположению электрических силовых установок и трансмиссий транспортных средств. Асинхронный электропривод с интеграцией на редуктор и дифференциал содержит малошумные асинхронные двигатели, запитанные от источников питания, и системы управления этими электродвигателями, дифференциал и редуктор моста.

Гибридная силовая установка технического средства // 2666023

Изобретение относится к гибридным силовым установкам. Гибридная силовая установка технического средства содержит накопитель электроэнергии, зубчатый механизм, тепловой двигатель и электрическую машину.

Асинхронная электрическая машина со статором и ротором из аморфной стали // 2652375

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к производству асинхронных электрических машин, например для электромобилей, трамваев и других транспортных средств. Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является снижение веса и габаритов асинхронных электрических машин.

Автономный асинхронный генератор с автотрансформаторной обмоткой статора // 2640403

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных генераторах для автономных источников электроэнергии. Технический результат - снижение электрических потерь.

Модульная многофазная электрическая машина // 2633379

Предложен многофазный электрический двигатель, который содержит ротор и статор. Ротор содержит ряд магнитов, ориентированных в направлении статора, содержащего, в свою очередь, множество фазных обмоток, ориентированных в направлении магнитов.

Способ пуска асинхронного двигателя // 2624734

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве асинхронных двигателей. Способ пуска асинхронного двигателя без разрыва цепи питания и без изменения пар полюсов выполнятся включением одной из двух раздельных частей трехфазной статорной обмотки, с расположением частей в одних и тех же пазах статора, по схеме Y с последующим после разбега двигателя подключением другой части по схеме Δ.

Двигатель сепаратора совмещенной конструкции // 2776987

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве привода барабанов сепараторов. Технический результат - уменьшение диапазона изменения скорости вращения ротора-барабана двигателя сепаратора при изменении момента его нагрузки при одновременном сохранении высокого пускового момента, увеличение КПД и cosϕ1 двигателя сепаратора. Двигатель сепаратора совмещенной конструкции содержит корпус, статор и ротор из электропроводящего, немагнитного материала, выполненный в виде барабана сепаратора. Статор содержит цилиндрический магнитопровод, в пазы которого уложена обмотка, в лобовых частях которой размещены трубки для охлаждения статора и подогрева сепарируемого продукта, замоноличенные компаундом. Особенность изобретения заключается в том, что с внутренней стороны барабана сепаратора, в нижней его части параллельно оси его вращения на равном расстоянии друг от друга установлены токопроводящие ферромагнитные стержни, соединенные токопроводящими короткозамыкающими ферромагнитными кольцами, образующие короткозамкнутый ротор. Количество токопроводящих ферромагнитных стержней n2 определяется: , где Dr - диаметр нижней части ротора-барабана, tZ1 - зубцовое деление статора, но не менее шести стержней. 3 ил.