Способ преобразования электромагнитной энергии в механическую и электрический двигатель для его реализации

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик,»>959223 (61) Дополнительйое к авт. сеид-ву (22) Заявлено 250280 (21) 2886359/24-07

51)М Кп з с присоединением заявки ¹(23) ПриоритетН 02 К 19/10

Государственный комитет

СССР

fl0 делам изобретении и открытий

{53) УДК 621.313. 32 (088.8) Опубликовано 150982, Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 150982 (72) Автор изобретени я

A-H ° Антоненко ь .( (71) Заявитель институт электродинамики AH Украинской86У (54) СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение. относится к электротехнике и преимущественно к электри-. ческим машинам и электроприводам переменного тока.

Известен способ преобразования электромагнитной энергии в механическую, при котором управляют напряжением, приложенным к зажимам фаэ обмотки статора электродвигателя.

Известен способ в котором изменяют частоту и амплитуду напряжения на зажимах фаз обмотки статора путем модулирования напряжения несущей частоты с последующим выделением огибающей полученного напряжения (1).

Известен способ в котором изменяют частоту и амплитуду напряжения HcL зажимах фаэ обмотки статора путем модулирования напряжения несущей частоты с последующим выпрямлением модулированного напряжения так, что на зажимы фаз обмотки статора электродвигателя подается пульсирующее напряжение с частотой, пропорциональной синхронной частоте вращения двигателя, содержащее постоянную составляющую. Известны машины с внутренним каскадом, которые могут быть применены в электроприводе взамен каскадного соединения двух электродвигате лей ) 2).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности протекающих процессов электромеханического преобразования энергии является способ (3$.

Однако известный способ предполагает связь сети с электродвигателем по двум каналам. При частоте вращения ротора меньшей эквивалентной синхронной частоты вращения, электромагнитная энергия подводится к двигателю по каналу с нерегулируемям напряжением, а часть энергии, пропорциональная величине скольжения, возвра» щается в сеть по каналу с регулируемым напряжением. Это приводит к увеличению передаваемой через двигатель электроэнергии по. сравнению с вырабатываемой им механической энергией, а следовательно,и к увеличению потерь энергии.

Кроме того, наличие двух каналов

25 связи сети с электродвигателем требует выполнения двигателя с двумя независимыми выходами. Это возможно лишь при совмещении функции двух машин с разными числами полюсов. Совмещенная

ЗО обмотка при этом не может быть выпол.

959223

1 нена с одинаково большими обмоточными коэффициентами относительно обоих чисел полюсов, что в конечном счете также приводит к увеличению потерь энергии.

Целью изобретения являе.гся уменьше- э ние потерь энергии при преобразовании электромагнитной энергии в механическую с регулируемой частотой вращения.

Укаэанная цель достигается тем, что»приложенное к фазам обмотки ста- 10 тора переменное напряжение изменяют

» по амплитуде от максимума до минимума с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора, поочередно на каждой Фазе обмотки статора в соот, ветствии с их пространственным положением при изменении напряжения не-.. сущей частоты от максимума до минимума с часторой пропорциональной частоте вращения ротора, поочередно на каждой фазе обмотки статора в

20 соответствии с их пространственным положением по закону, содержащему основную составляющую вида

25 ц = U sar) (о Е+Ч)ю)) (аь+ч .;); либо

0. =u )<+ icos)at — — ":»)LSrnjO)t - )

Ми, " и, 30 где 0„ — мгновенное значение напряжения i-ой фазы, номер фазы, 0 — амплитудное значение напряжения; угловая частота напряжения, время, rI — угловая фаза напряжения, частота модуляции, число Фаз двигателя ч) = ф "-»- угловая фаза модуляции. 40

Известна машина с внутренним каскадом (3» на различное число полюсов и с совмещенной обмоткой статора, имеющая большие массогабаритные пока. эатели. 45

Цель изобретения — улучшенйе массогабаритных показателей.

Поставленная цель достигается тем, что на роторе двигателя размещены короткоэамкнутые контуры по продоль- 50 ной и поперечной осям, причем короткозамкнутый контур по продольной оси включен на емкостное сопротивление.

На фиг.1 представлен вариант эаконсферности изменения напряжения на зажимах фаз обмотки статора двигателя при реализации предлагаемого способа, содержащей составляющую

60 и .О Ы» (lilt»V)51» (Rt- )»)»аp=p.! йа фиг.2 — вариант изменения напряжения на зажимах фаз обмотки статора двигателя при реализации предлагаемо- 65 го способа, щую содержащий составляюUÄ = О р+2.соэрИ, 4й(+"0)1 Ы„1 2к(403

Ъ

В этом случае составляющие напряжений

U+„ „„UФ „U > несущей частоты отличаются по фазе на 120 . В момент. времени ещ (фиг.2) напряжения Uy< rr

U+>=0p70„„Ми(М,— 1 ") о U „=-p»3U tin(iyt- »

Ьсь (фиг.З) пульсирующего с часто-, той (Ш-(5 й) магнитного поля в зазоре двигателя в этот )ломент располагается посредине между осями Illè llтретьей и второй фазы. С течением времени напряжение первой и третьей фаз уменьша ется по амплитуде, а напряжение второй фазы увеличивается, и ось пульсирующего магнитного поля поворачивается в направлении к оси ll„ затем к оси

I и т.д., совершая полный оборот за два периода 2.Т = и (Т Я).

Таки)л образом, при изменении переменного напряжения от максимума до

0,=0 (+Rcos(A< — — ч;:"3)"

Srrr (ВС вЂ” — -3;

Zg((j 4) на фиг. 3 — расположение пульсирующей волны магнитной индукции в зазоре электродвигателя при реализации предлагаемого способа; на фиг.4 конструкция ротора электродвигателя для реализации предлагаемого способа.

Прикладываемое к фазам односкоростной трехфаэной обмотки двигателя напряжение уравновешивается, в основном, электродвижушей силой, наведенной магнитным полем, возбуждаемым в зазоре двигателя. Поэтому положение пульсирующего магнитного поля в зазоре двигателя определяется положением фазы обмотки, к которой приложено наибольшее напряжение. На фиг.1 видно, что в начальное время 1 найряжение 0ф<, прикладываемое к второй фазе двигателя, возрастает до максимума, причем оно находится в противофазе с напряжением первой и третьей фазы. Напряжение Офл первой фазы в это время возрастает от нуля, а напряжение Оф третьей уменьшается от

0,866 0 „ Миц) . Поэтому ось пульсирующего с частотой ю магнитного поля в зазоре двигателя в начальный момент времени О (фиг ° 3) располагается посредине между осями III u II третьей и второй фаэ и с течением времени перемещается в направлении к оси il, затем I и т.д., совершая полный оборот (при 2р=2) за период

Т= mjQ

Аналогичные процессы протекают при реализации закона изменения приложенных к фазам обмотки напряжений, содержащих составляющую

959223 минимума поочередно на фазах обмотки статора электродви гателя, в воздушном зазоре, также как и в машине с внутренним каскадом, возбуждается пульсирующее магнитное поле, вращающееся с частотой, пропорциональной частоте изменения напряжения на зажимах обмотки. Если в этом магнитном поле размещен ротор, обладающий провращающийся синхронно с указанным пе-. ременным магнитным полем, то любое отклонение оси ротора от оси пульсирующего магнитного поля приводит к

15 возникновению момента, а следовательно, к электромеханическому преобразованию энергии.

Для обеспечения требуемых свойств ротора по отношению к переменному магнитному полю, он выполнен шихто20 ванным, например, с явно выраженными полюсами. По поперечной оси (фиг.4) ротор снабжен электрическими контурами 1, демпфирующими переменный магнитный поток ° Функцию таких контуров могут выполнять пластины шихтованного магнитопровода при шихтовке вдоль оси ротора. По продольной оси ротор снабжен электрическими контурами 2, включенными на емкостное сопротивление 3, которые усиливают переменный магнитный поток.

Предлагаемый способ преобразования электромагнитной энергии в механическую может найти применение при разра- З5 ботке регулируемых электроприводов еременного тока, с параметрическим управлением с помощью тиристорных устройств или магнитных усилителей., а также автономных систем с электро-. 40 механическим преобразованием энергии.

При регулировании скорости с ностоян-. ным моментом сопротивления на валу двигателя потери в сети и обмотке статора электродвигателя уменьшаются по сравнению с питанием машины с внутренним каскадом в зависимости от частоты вращения. Уменьшение потерь в сети и обмотках двигателя обусловлено отсутствием циркуляции электромагнитной энергии, наблюдающейся в машине с внутренним каскадом и высоким значением обмоточного коэффициента односкоростной обмотки. В пределе, при неподвижном роторе, потери в участке сети между регулятором и двигателем могут быть уменьшены вдвое.

Формула изобретения

1. Способ преобразования„ электромагнитной энергии в механическую путем взаимодействия пульсирующего тивоположными характеристиками по отношению к переменному магнитному по- 10 лю по продольной и поперечной оси, в направлении переглещающейся вдоль расточки продольной оси магнитного поля, создаваемого напряжением несущей частоты, подводимым к многофа=ной обмотке статора, с ротором, имеющигл неодинаковые сопротивления по продольной и поперечной осям для переменного магнитного поля, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь электроэнергии, приложенное к фазам обмотки статора переменное напряжение изменяют по амплитуде от максимума до минимума с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора, поочередно на каждой фазе обмотки статора в соответствии с их пространственным положением.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что напряжение несущей частоты изменяют яо закону, содержащему основную составляющую вида

U„= u& siN 1щаФ ) 5 in(gati- ч „)

3. Способ по п.1, о т,л и ч а ю— шийся тем, что напряжение несущей частоты изменяют по закону, содержащему основную составляющую дида

U„=U )1+2.со (Щ; — ))siH(et „, ), где О„ — мгновенное значение напряжения г -ой фазы, номер фазы, 0 — амплитудное значение напряжения, угловая частота напряжения, время, - угловая фаза напряжения й, — частота модуляции.

Чг ==ф- угловая фаза модуляцииг г г — число фаз двигателя.

4. Электрический двигатель для реализации способа по пп.1-3, содержащий статор с магнитопроводом и многофазной обмоткой и шихтованный ротор с явно выраженными полюсами, отличающийся тегл,что,с целью улучшения массогабаритных показателей двигателя, на роторе двигателя размещены короткозамкнутые кон1туры по поперечной и продольной осям, причем короткозамкнутый контур по продольной оси включен на еглкостное сопротивление.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

24009 K . H 02 P 05/42, 1969.

2. Адаменко A.È., Антоненко A.È.

Перспектива применения машин с внутренним каскадом. Проблемы технической электродинамики, вып.46, "Наукова думка", Киев, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

М 235184, кл. Н 02 Р 7/78, 1967,