Патент ссср 411578

 

4И578

Союз Советских

Республин

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства ¹

М. Кл. Н 024 17/36

Н 02р 7/80

Заявлено 18.Х1.1969 (№ 1376862/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 15.1.1974. Бюллетень ¹ 2

Дата опубликования описания 15Х.1974

Гасударственный комитет

Совета е1инистров СССР по делам иэооретений и открытий

УДК 621.313.333 (088.8) Автор изобретения

Н. С. Галиев

Заявитель

КАСКАДНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к области регулирования скорости асинхронного двигателя и может быть использовано в качестве привода различных машин и механизмов, требующих регулирование скорости.

Известны каскадные электрические машины, содержащие две группы магнитнонесвязанных пакетов статора и ротора, обмотки каждой группы которых соединены между собой последовательно и выполнены на одинаковое число полюсов при одинаковом порядке следования фаз. Ротор выполнен с возможностью перемещения в аксиальном направлении, обеспечивая тем самым регулирование скорости вращения, Однако диапазон регулирования скорости таких машин незначителен при работе в области низких скоростей, так как они, потребляя большой ток, имеют малую величину развиваемого момента и большие потери энергии.

С целью увеличения диапазона регулирования скорости электрической машины к точкам последовательного соединения обмоток статора подключены конденсаторы.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемой каскадной электрической машины; фиг. 2 — второй вариант конструкции электрической машины; фиг. 3 — электрическая схема соединения обмоток электрической машины; фиг. 4 — второй вариант электрической схемы.

Каскадная электрическая машина содержит статор, состоящий из двух пакетов 1, 2, имеющих одну или несколько обычных обмоток переменного тока 3, 4, выполненных на одинаковое число полюсов при одинаковом порядке следования фаз. Электрические оси обмоток каждого пакета сдвинуты между собой

1о на угол, равный 180 эл. град.

Ротор электрической машины также содержит два пакета 5, 6, имеющие между собой замкнутые при одинаковом порядке следования фаз обмотки 7, 8. Эти обмотки могут

15 быть выполнены общими короткозамкнутыми по типу «беличьей клетки».

Пакеты ротора расположены на общем валу 9, который может перемещаться в процессе работы в аксиальном направлении при по2О мощи исполнительного перемещающегося устройства 10, причем пакеты ротора установлены таким образом, что пакет 5 находится под сердечником 1 статора, а пакет 6 — вне сердечника 2 статора.

2s Вал 9 крепится в общем корпусе 11 электрической машины с подшипниковыми щитами.

По другому варианту конструкции каскадной электрической машины (фиг. 2) в акси30 альном направлении перемещается не вал, а

411П8

10 15

65 ротор. Для этого на валу 9 посажены неподвижный поршень 12 и подвижный цилиндр 13, который может перемещаться в аксиальном направлении.

Для передачи крутящего момента цилиндр и вал имеют продольные канавки и выступы, Пакеты сердечников ротора 5, 6 посажены неподвижно на наружную поверхность цилиндра.

Перемещение цилиндра в одном направлении осуществляется с помощью сжатого воздуха или жидкости, подаваемого по отверстию вала 14 с помощью подводящего устройства 15; перемещение в обратном направлении — при помощи возвратной пружины 16.

Для перемещения ротора могут быть применены также известные системы рычагов.

Электрическая машина может быть выполнена таким образом, что сердечник статора состоит из одного пакета, а ротора — из двух пакетов 5 и 6. При этом электрические оси обмоток 7, 8 каждого пакета сдвинуты между собой на 180 эл. град.

Сдвиг электрических осей обмоток между пакетами статора или ротора может быть получен с помощью отдельных сдвинутых между собою многофазных обмоток, а также с помощью одной общей обмотки. С этой целью обмотки в промежутке между пакетами примерно на величину полюсного деления.

На фиг. 3 показана схема соединения обмоток, согласно которой обмотки 3, 4 статора и обмотки 7, 8 ротора соединены последовательно, электрические оси между обмотками пакетов ротора или статора сдвинуты примерно на 180 эл. град. Между обмотками пакетов статора включены емкостные сопротивления 17, На фиг. 4 показана схема соединения обмоток, согласно которой емкостные сопротивления 17 включены в дополнительные компенсационные обмотки статора 18, 19. Дополнительные компенсационные обмотки имеют индуктивную связь с основными обмотками 3, 4 и выполнены так же, как основные обмотки, на одинаковые число полюсов с одинаковым числом витков, но меньшего сечения. С целью уменьшения потребной емкости конденсаторов она может быть выполнена также с большим числом витков — на повышенное напряжение. Основные обмотки 3, 4 статора и обмотки 7, 8 ротора так же, как в предыдущем варианте, соединены последовательно и имеют такой же сдвиг электрических осей.

Регулирование скорости осуществляется перемещением ротора в аксиальном направлении.

Когда ротор занимает указанное на фиг. 1 и 2 положение, э.д.с. в обмотках его индуцируется только в основном пакете и скорость двигателя максимальна. Если ротор перемесгить вправо, сердечник второго пакета ротора войдет в сердечник статора. Э.д.с., индуцируемая в обмотках второго пакета ротора, направлена встречно э.д. с. первого пакета. Поэтому суммарная э. д. с. в обмотках будет уменьшаться и скорость двигателя будет падать. Когда сердечник второго пакета ротора полностью войдет в сердечник статора, э. д. с. в обмотках ротора и соответственно скорость двигателя мпнималь»ая. Промс>куточные положения ротора соответствуют промежуточным значениям скорости.

С уменьшением скорости увеличивается величина реактивной мощности цепи ротора, поэтому для компенсации реактивной мощности вторичной цепи к обмоткам статора включены емкостные сопротивления. При компенсации реактивной мощности вторичной цепи резко уменьшаются потери и улучшаются энергетические показатели регулирования.

Величина емкости конденсаторов выбирается из расчета полной компенсации реактивной мощности вторичной цепи для регулируемой области скоростей. Для включения емкостных сопротивлений могут применены разные схемы включения. Для схем включения (фиг. 3) конденсаторы рассчитываются на напря>кение, меньшее, чем напряжение сети, но на большую емкость.

Обмотки 3, 4 могут быть выполнены также без электрической связи. Обмотка 3 может быть подключена к сети и соединена в треугольник или в звезду, а обмотка 4 замкнута на емкостные сопротивления. При этом в замкнутом контуре обмотки 4 э. д.с. индуцируется со стороны ротора.

Дополнительную обмотку для включения конденсаторов можно рассчитывать на любое выгодное напряжение (фиг. 4) С увеличением напря>кения уменьшается величина потребной емкости конденсаторов, но при этом необходимо выбрать конденсаторы на большое напряжение. Однако известно, что с увеличением напряжения уменьшаются вес и стоимость конденсаторов на один квар компенсируемой мощности. Дополнительная компенсационная обмотка может быть размещена только на одном из пакетов статора. Во втором пакете статора обмотка 4 может отсутствовать, обмотка 3 может быть подключена к сети по любой схеме. При этом функцию обмотки 4 может выполнять дополнительная обмотка 19, которая замкнута на емкостные сопротивления и соединена последовательно с обмоткой 18. Обмотки 18, 19 и 3, 4 могут быть подключены к сети параллельно с разными сдвигами электрических осей.

Вместо емкостных сопротивлений могут быть применены также синхронные или другие виды компенсаторов.

Сердечники статора и ротора могут состоять также из большого числа пакетов, одна группа которых создает основную э.д. с., вторая группа — противонаправленную э.д. с. в обмотках ротора.

Величина второй группы пакетов статора и ротора зависит от предела регулирования

411578

Я ц

4>иг.

Фиг 2 скорости и выполняется в два или несколько раз меньшей, чем первая основная группа пакетов.

Перемещение ротора в одном направлении может обеспечивать также скос пазов на роторе, который обуславливает появление электромагнитного усилия, действующего в аксиальном направлении и обеспечивающего автоматическое перемещение ротора.

Ротор может также перемещаться за счет действующего в осевом направлении усилия, развиваемого посаженным на вал механизмом, например осевым вентилятором.

При применении поршневого механизма перемещение ротора в прямом и обратном направлении может осуществляться за счет сжатого воздуха или жидкости.

Для автоматического регулирования скорости применяются надежные и простые системы гидро- и пневмоавтоматики.

Предло>кенный электропровод не имеет вращающихся контактов, не требует отдельного регулятора нлн преобразователя, вели шна пускoHQI тока небольшая, имеет сравнительно высокие энергетические показатели при регулировании.

Двигатель может быть выполнен на любую мощность.

Предмет изобретения

Каскадная электрическая машина, содержащая две группы магнитонесвязанных пакетов статора н ротора, обмотки каждой группы которых соединены между собой последователь1S но и выполнены на одинаковое число полюсов при одинаковом порядке следования фаз, а ротор Bblpoëíåí с возможностью перемещения в аксиальном направлении, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличения диапа20 зона регулирования скорости, к точкам последовательного соединения обмоток статора почключены конденсаторы.

411578

Составитель A. Головченко

Техред T. Ускова

Корректор Л. Орлова

Редактор Л. Цветкова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1373/17 Изд. № 1182 Тираж 722 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4)5