Синхронный реактивный электродвигатель

 

Использование: силовые электроприводы , Сущность изобретения: синхронный реактивный электродвигатель содержит статор с многофазной обмоткой и ротор с валом 1. Вдоль оси вращения расположены ферромагнитные пакеты 2, толщина которых уменьшается от оси 5 полюса 6 к его краям по закону синуса. Слои 8 из немагнитного материала размещены между пакетами 2. Пакеты 2 состоят из отдельных элементов 3 с прорезями На боковых гранях ферромагнитных элементов 3 ротора выполнены прорези в форме равнобочной трапеции, сужающейся к противоположной стороне элемента 3. а внутри элементов 3 - прорези в форме шестиугольников, каждый из которых образован парой равнобочных трапеций, примыкающих друг к другу большими основаниями Во всех ферромагнитных элементах 3 ротора угол «между боковой стороной и большим оснрванием каждой трапеции одинаков, а ширина b ферромагнитного участка, расположенного между меньшими основаниями соседних трапеций, принадлежащих различным прорезям , удовлетворяет условию В dctg ct, где d - расстояние между большими основаниями тех же трапеций. 4 ил. (Л VI сл VI о 00 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 19/06

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ниями тех же трапеций. 4 ил, Ql

«4

C)

6д (р

К. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4823899/07 (22) 07,05.90 (46) 23.08.92. Бюл. № 31 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) П.А,Новиков (56) Авторское свидетельство СССР № 1192054, кл. Н 02 К 19/14, 1985..

Авторское свидетельство СССР

¹ 1515272, кл, Н 02 К 19/06. 1989. (54) СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Использование; силовые электроприводы, Сущность изобретения: синхронный реактивный электродвигатель содержит статор с многофазной обмоткой и ротор с валом 1. Вдоль оси вращения расположены ферромагнитные пакеты 2, толщина которых уменьшается от оси 5 полюса 6 к его краям по закону синуса, Слои 8 из немагнитного материала размещены между пак

„„5U „„1757035 А1 ми 2. Пакеты 2 состоят из отдельных элементов 3 с прорезями, На боковых гранях ферромагнитных элементов 3 ротора выполнены прорези в форме равнобочной трапеции, сужающейся к противоположной стороне элемента 3, а внутри элементов 3— прорези в форме шестиугольников, каждый из которых образован парой равнобочных трапеций, примыкающих друг к другу большими основаниями. Во всех ферромагнитных элементах 3 ротора угол смежду боковой стороной и большим основанием каждой трапеции одинаков, а ширина b ферромагнитного участка. расположенного между меньшими основаниями соседних трапеций, принадлежащих различным прорезям, удовлетворяет условию B = dctg а, где d — расстояние между большими основа1757035

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным реактивным электродвигателям, и может быть йспользовано, например, в силовых электроприводах.

Известен синхронный реактивный элек.тродвигатель, содержащий статор с многофазной обмоткой и ротор, выполненный из ферромагнитных пластин, расположенных вдоль оси вращения, объединенных в пакеты, которые отделены один от другого слоями немагнитного электропроводящего материала одинаковой толщины, причем толщина пакетов пластин выполнена различной с уменьшением ее от оси полюса ротора к его краям по закону синуса. Такая конструкция ротора обеспечивает распределение магнитной проводимости от продольной к поперечной оси полюса ротора по закону, близкому к косинусоидальному, и равномерную магнитную загрузку поперечного сечения магнитопровода ротора, Недостатками рассматриваемого двигателя являются низкое использование активных материалов . и невысокие эйергетические показатели, обусловленные малым значением отношения Од/Gq магнитных проводимостей по продольной и поперечной осям, вследствие высокого уровня магнитной проводимости Gq по поперечной оси, предопределенного тем, что пути, вдоль которых замыкается поперечный магнитйый поток, всюду включают наряду с немагнитными слоями еще и ферромагнитные пакеты.

Наиболее близким к предлагаемому является синхронный реактивный электродвигатель, содержащий статор с многофазной обмоткой и ротор, выполненный иэ расположенных вдоль активной поверхности двигателя ферромагнитных пакетов, состоящих из отдельных элемейтов с прорезями. между пакетами размещены слои из немагнит ного материала, Недостатком такого двигателя является невысокое использование активных материалов, предопределенное несинусоидальным характером изменения магнитной проводимости на полюсном делении ротора и неравномерной магнитной загрузкой раз личных участков магнитопровада ротора.

Цель изобретения -- улучшение использования активных материалов синхронного реактивного электродвигателя, Поставленная цель достигается тем, что в синхронном реактивном электродвйгатегге; содержащем статар с многофазной обмоткой и ротор, выполненный из расположенных вдоль оси вращения ферромагнитных пакетов, состоящих из отдельных элементов с прорезями, между пакетами размещены слои из немагнитного материала одинаковой толщины, а толщина пакетов уменьшается от оси полюса ротора к его краям по закону синуса, прорези в ферромагнитных элементах выполнены B. форме п-угольников, где и = 4,6, образованных равнобочными трапециями, при n = 6, примыкающих большими основаниями, 10 причем расстояние между соседними меньшими основаниями разных прорезей вдоль ферромагнитного элемента выполнено в соответствии с выражением

B=d-ctga., 15 где d — расстояние между большими основаниями трапеций; .

a — угол между боковой стороной и . большим основанием трапеции.

Заявителю неизвестны аналоги и дру20 гие технические решения, в которых описаны синхронные реактивные электродвигатели с роторами, прорези в ферромагнитных. элементах которых выполнены в форме п-угольников, где n = 4,6, образованных равнобочными трапециями при n = 6 примыкающих большими основаниями, причем расстояние между соседними меньшими основаниями разных прорезей вдоль ферромагнитного элемента

30 выполнено в соответствии с выражением

B--d erg a. где б — расстояние между большими основаниями трапеций; а — угол между боковой стороной и

35 большим основанием трапеции

На фиг. 1 представлен рассматриваемый в качестве примера 4-полюсный ротор синхронного реактивного электродвигателя (поперечный разрез); на фиг. 2-4 — ферро40 магнитные элементы ротора с различными вариантами прорезей.

Ротор предлагаемого синхронного реактивного электродвигателя (фиг, 1) содержит вал 1, пакеты 2 из ферромагнитных элементов 3 с прорезями 4, толщина пакетов 2 уменьшается от продольной оси 5 полюса 6 к ближайшим поперечным осям 7 по закону синуса, Немэгнитные прослойки 8 (например. из алюминия) имеют одинаковую толщину и отделяют пакеты 2 друг от друга.

Прорези 4 (фиг. 2,3 и 4) имеют форму либо четырехугольников, представляющих собой равнобочные трапеции 9, либо шести50 парой равнобочных трапеций 9, примыкающих одна к другой большими основаниями, Нричем расстояние между соседними меньшими основаниями разных прорезей 4

55 угольников, каждый из которых образован

1757035

5 6

f вдоль ферромагнитного элемента 3 равно трапеции 9 во всех ферромагнитных элеВ = d ctg а, где d — расстояние между боль- ментах 3 одинаковым, расстояние между сошими основаниями трапеций 9; а — угол седними меньшими основаниями разных между боковой стороной и большим основа- прорезей 4 вдоль ферромагнитного элеменнием трапеции 9. Во всех прорезях 4 угол 5 та 3, во всех ферромагнитных элементах 3 а одинаков. В частном случае, при отсут- равным В = d ctg й, где d — расстояние ствии прорези 4 с боковой грани элемента 3 между большимй основаниями трапеций 9, (фиг. 3 и 4) расстояние между этой боковой Такие формы, размеры и расположение гранью и меньшим основанием блиэлежа- йрорезей 4 следуют из айализа пути замыщей к ней прорези 4 вдоль ферромагнитного 10 кания магнитного потока в роторе, элемента 3, аналогично, равно С = а с19 а,: Действительно, магнитный поток прогде а — расстояние между боковой гранью и. никает из статора через воздушный зазор в большим основанием вышеуказанной тра- ротор по всей активной длине машины. Дапеции 9, лее он огибает прорези 4, проходит через

При работе заявляемого электродвига- 15 ферромагнитные участки элементов 3, растеля в синхронном режиме синусоидально- положенные между ними; и вйовь устремляму распределению индукции в воздушном ется в воздушный зазор, выходя из ротора зазоре способствует близкое к косинусои- также по всей активной длине. При огибадальному распределение магнитной прово- нии прорезей 4, т.е. в ферромагнитных учадимости от продольной 5 к поперечным 20 сткахэлементов3, расположенныхнад(под) осям 7 полюса 6 ротора, что, в сочетании с ними, величина магнитного потока нарастапредлагаемым выполнением прорезей 4, ет по линейному закону. Естественно, что обеспечивает оптимальную и равномерйую для равномерной магнитной загрузки-фермагнитную загрузку магнитопровода рото- ромагнитных участков отдельного элемента ра и; в конечном счете, улучшает исполъзо- 25 3 ротора, расположенных над(под) прорезявание активных материалов ми 4. во-первых. ширина этих участков долэлектродвигателя.: жна увеличиваться па лйнейному закону:

При синусоидальном распределении либо от одного края прорези 4 до другого. намагничивающей сйлы статора вдоль по-" либо в обе стороны от какой-либо точки на люсного деления для оптимальной и равно- 30 поверхности ротора, расположенной над мерной магнитной загрузки (под) рассматриваемой прорезью 4 (напримагнйтопровода ротора, ферромагнитные . мер, над (под) ее центром) до ее краев, и элементы 3 которого выполнены с прорезя- во-вторых, угол а между боковой стороной ми 4, недостаточно выполнения пакетов 2 и большим основанием каждой трапеции 9, различной толщиной с уменьшением ее от 35 как определяющий уровень индукций в этих оси 5 полюса 6 к его краям по закону синуса ферромагнитных участках (т,е, в ферромаги отделения их (пакетов 2) друг от друга нитных участках, расположенных над (под) немагнитными слоями 8 одинаковой толщи- прорезями 4) в сравнении с индукцией на ны. так как это обеспечивает требуемое си- активйой поверхностй элемента 3, должен нусоидальное распределение магнитной 40 быть постоянным, проводимости ротора лишь нв его поверх= . Для равномерной магнитной загрузки ности, обращенной к воздушному зазору ферромагнитных участков отдельного эле(т.е. на активной поверхности). .: . Мента 3 ротора; находящихся между прореНедостающим условием является вы- зями 4, ширина этих участков вдоль полнение прорезей 4 таким образом, чтобы 45 ферромагнитных элементов 3 должна остаих наличие не искажало внутри ротора ха- ваться постоянной и такой; чтобы отношерактеризменениямагнитнойпроводимости .: ние ее величины к расстоянию между достигйутый на его активной поверхности, а большими основаниями соседних трапеций их форма, размеры и расположение обеспе-. 9, принадлежащих различным прорезям, чивали равномерную магнитную загрузку 50 как определяющее уровень индукции в этих всех ферромагнитных участков ротора.:; . ферромагнитных участках (т.е, в ферромагУдовлетворить этому условию с доста"- нитных участках, расположенных между точной для практики точностью можно; вы- прорезями 4) в сравнении с индукцией на полнив: прорези 4 в ферромагнитных: активной поверхности элемента 3; было элементах 3 ротора в форме п-угольйиков, 55 одинаковым во всем ферромагнитном элегде n = 4,6, образованных равнобочными: менте 3. трапециями9,при п= 6 примыкающих боль- Для равномерной магнитной загрузки шими основаниями; угол а между боковой всех ферромагнитных участков отдельного стороной и большим основанием каждой -элемента 3, наряду с вышеописанными ус1757035 ловиями, расстояние между соседними меньшими основаниями разных прорезей 4

Распределение магнитной проводимости на полюсном делении ротора по закону, вдоль ферромагнитного элемента 3 должно близкому к синусоидальному, и равномербыть выполнено в соответствии с выражением В = dctg а, где d — расстояние между ная магнитная загрузка магнитопровода ротора снижают содержание высших большими основаниями трапеций 9. В частгармонических магнитного потока B воздушном случае, при отсутствии прорези 4, с ном зазоре и, таким образом, ведут к уменьбоковой грани элемента 3. расстояние между этой боковой гранью и меньшим основанием близлежащей к ней прорези 4 вдоль шению величины паразитных моментов, дифференциального рассеяния обмотки

10 статора и потерь в стали от этих гармоник и, Равномерная магнитная загрузка магнитопровода ротора достигнута при максимально допустимых размерах прорезей 4, между боковой гранью и большим основанием вышеуказанной ттпапеции 9, Так как на поверхности ротора, обрапри которых магнитная проводимость Gd no продольной оси сохраняется практически на том же уровне, что и у прототипа. Следщенной к воздушному зазору; достигнуто синусоидальное распределение магнитной проводимости (выполнением пакетов 2 различной толщиной, с уменьшением ее от оси

5 полюса 6 к его краям по закону синуса, и отделением их друг от друга немагнитными

20 ствием же больших, по сравнению с прото.типом, размеров прорезей 4 является уменьшение массы ферромагнитного матеслоями 8 одинаковой толщины), то для сохранения такого распределения магнитной риала ротора и снижение уровня магнитной проводимости Gq по попеРечной оси. Увелипроводимости внутри ротора и равномер- 25 чение отношения магнитных проводимоной магнитной загрузки всего магнитопро- стей бд/Gq приводит к росту вода. ротора, вышеперечисленные условия равномерной магнитной загрузки магнитоЭлектромагнитного момента и улучшению эйергетических показателей синхронного провода отдельного элемента 3 должны реактивного двигателя

Таким образом, в заявляемом синхронном реактивном электродвигателе по срав30 быть одинаковыми для всех ферромагнитйых элементов 3, Для принятого при расчете отношения

Вь/В индукции Вь в магнитопроводе ротора к индукции Вп íà его активной поверхнонению с прототипом уменьшена масса активных материалов, увеличен электромагнитный момент, повышены энергетические

35 показатели и, как результат, улучшено иссти (т.е, поверхйости, обращенной к воздушному зазору) угол а равен = arcctg

Вь/В>. Это следует из того; что для ферро магнитных участков элементов 3, располопользование активных материалов.

Формула изобретения женных над (под) прорезями 4. отношение

Синхронный реактивный электродвигаВь/Вп равно отношению полуразности m большего и меньшего оснований трапеций

9, равной m = I sin(90 à) = I сов ак высоте тель, содержащий статор с многофаз ной обмоткой и ротор, выполненный из той же трапеции 9, Равной h = I cos(90 -a);: расположенных вдоль оси вращения ферро1 sIna, где I — длина боковой стороны магнитных пакетов, состоящих из отдельm l.cosa 45 ных элементов с прорезями, между трапеции 9, т.е. Вь/Вп р eи р "е o " h Г:я сгр пакетами размещены слои из немагнигного материала одинаковой толщины, а толщина

Отсюда а = arcctg > . Для ферромагнит- пакетов уменьшается от оси полюса ротора ных участков элементов 3, расположенййх K eto краям по закону c Hyca o т п и ч a емежду прорезями 4, отношение Вь/Вя рав- 50 щ и и С Я тем, что, с целью УлУчшениЯ исно отношению расстояния В между сосед- польЗОваниЯактивныхматериалов, прорези ниМи меньшими основаниями разных . в ферромагнитных элементах выполнены в прорезей 4 вдоль ферромагнитного элемен- форме п-угольников, где и = 4,б, образованта 3 к расстоянию d между большими осно-: ных Равнобочными тРапециями, при n = 6

Вь Ь 55 примыкающих большими основаниями, ваниями трапеций 9, т.е. В = Выразив причем расстояние между соседними мень. шими основаниями разных прорезей вдоль

Вь/Вя через угол й, по у d ct9a) ° ферромагнитного элемента выполнено в соОтсюда В = d ctg а ответствии с выражением

b=dztg а, ферромагнитного элемента 3, аналогично, значит, к росту полезного электромагнитнодолжно быть выполнено в соответствии с го момента, коэффициента мощности и КПД выражением С = а ctg а, где а — расстояние двигателя, 1757035

®tJ8 . 2

Составитель:П.Новиков

Редактор Н.Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор Н,Кешеля

Заказ 3096 Тираж .: Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-.36, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 где d — расстояние между большими основаниями трапеций; а — угол между боковой стороной и большим основанием трапеции.