Синхронный двигатель

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в приводе турбомеханизмов и иных машин средней и большой единичной мощности, не требующих регулирования частоты вращения. Техническим результатом является снижение потерь мощности в блоке "трансформатор-двигатель". Синхронный электродвигатель содержит основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены трехфазному трансформатору, подключенному первичной обмоткой к источнику электроэнергии, причем дополнительная обмотка присоединена к трансформатору через выключатель, вторые выводы основной обмотки статора соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя. Трехфазный трансформатор имеет вторичную обмотку с ответвлениями, к которым подключены статорные обмотки электродвигателя. 2 ил.

 

Изобретение относится к синхронным машинам, а более конкретно к синхронным двигателям и силовым блокам "трансформатор-двигатель", и предназначено для использования в приводе турбомеханизмов и иных машин средней и большой единичной мощности, не требующих регулирования частоты вращения.

Синхронные электродвигатели находят широкое применение для привода турбомеханизмов и иных машин большой единичной мощности. В приводе насосов сельхозмелиорации и в других областях к ним предъявляется требование максимальной простоты конструкции и эксплуатации. Этим требованиям отвечает синхронный двигатель по авторскому свидетельству СССР №1694038, Н 02 К 19/12, 1995 г.

К недостаткам этого двигателя следует отнести наличие 2-х выпрямительных устройств и трех трехфазных обмоток в пазах статора, сдвинутых в пространстве машины на определенный угол, что, как следствие, завышает массогабаритные показатели и усложняет конструкцию и эксплуатацию двигателя.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому двигателю является синхронный двигатель по патенту РФ 2028719 "Синхронный электродвигатель", Н 02 Р 1/50//Н 02 К 19/12. Это устройство, принятое за прототип, содержит основную и дополнительную трехфазные статорное обмотки, вторые выводы первой из которых соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены со вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый ключ - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго ключа и резистора, трехфазный трехобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику электроэнергии, а в каждую из вторичных включена одна из обмоток статора электродвигателя.

Как показали исследования и опыт практического применения указанного двигателя на объектах Краснодарского края, ему присущи недостатки. Во-первых, существенным недостатком является относительно низкий КПД устройства, что вызвано высокими потерями во вторичных обмотках трансформатора. Объяснить это можно на примере режима холостого хода двигателя. В этом режиме по обмоткам статора протекают токи большей величины, чем суммарный ток этих обмоток. Такое положение вещей складывается потому, что ток I₂ обмотки статора, включенной последовательно с выпрямителем и обмоткой возбуждения, имеет характер потребляемого тока (см. фиг.1), в то время как ток I₁ другой обмотки статора, соединенной звездой, имеет характер тока генератора (обмотка работает в режиме генератора), а геометрическая сумма токов I₀ имеет модуль, меньший модуля каждого из этих токов. Большие токи обмоток статора обтекают соответствующие вторичные обмотки трансформатора, вызывая в них электрические потери, пропорциональные квадрату тока.

Во-вторых, недостатком является перегрев одной из вторичных обмоток трансформатора при пуске двигателя. Происходит это потому, что пусковой ток двигателя, как правило, 5-7-кратный к номинальному, протекает только по одной из вторичных обмоток трансформатора, сечение которой относительно невелико. Увеличение сечения проводника этой обмотки способствовало бы снижению его нагрева от пускового тока. Однако обмотки трансформатора двигателя-прототипа проектируются по значению токов отдельных обмоток статора.

Технической задачей является снижение потерь мощности в блоке "трансформатор-двигатель".

Решение задачи достигается тем, что синхронный электродвигатель, содержащий основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены к трехфазному трансформатору, подключенному первичной обмоткой к источнику электроэнергии, причем дополнительная обмотка подключена к трансформатору через выключатель, вторые выводы основной обмотки статора соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, вывод переменного тока которого соединен с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, при этом трехфазный трансформатор имеет вторичную обмотку с ответвлениями, к которым подключены статорные обмотки электродвигателя.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "изобретательский уровень" и "новизна". Заявляемое решение может быть реализовано в электроприводе турбомеханизмов и других устройств, что отвечает критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 представлена векторная диаграмма токов синхронного двигателя; на фиг.2 - принципиальная схема соединения обмоток синхронного двигателя.

Устройство двигателя поясняет фиг.2.

Через выключатель 1 трансформатор 2 присоединяется к трехфазному источнику электроэнергии. Вторичная обмотка трансформатора имеет выводы ответвлений 3 и 4, к которым присоединены статорные обмотки двигателя 6 и 7, причем обмотка 6 присоединена через выключатель 5. Выходные концы обмотки 6 подключены на вход трехфазного выпрямителя 8 двухполупериодного выпрямления (выпрямительный мост), к выходу которого подключена обмотка возбуждения двигателя 9.

Двигатель в установившемся режиме работает следующим образом. Контакты выключателей 1 и 5 замкнуты. Трансформатор подключен к источнику электроэнергии и обеспечивает на обмотках 6 и 7 синхронного двигателя напряжение, причем на обмотке 6 напряжение выше, чем на обмотке 7, благодаря их подключению к разным ответвлениям вторичной обмотки трансформатора 2. Благодаря разному напряжению на вводе обмоток на входе выпрямителя 8 имеется напряжение, обеспечивающее ток в обмотке возбуждения 9. При этом ток возбуждения является выпрямленным током обмотки 6. Токи статорных обмоток 6 и 7 создают в двигателе вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с магнитным полем обмотки возбуждения, обеспечивая ротору вращение с синхронной скоростью (т.е. скоростью вращения поля). При этом на участке вторичной обмотки трансформатора от выводов 3 до общей точки обмотки (нейтрали) протекает ток, равный геометрической сумме токов обмоток 6 и 7, как правило, меньший алгебраической суммы этих токов, благодаря чему электрические потери в обмотке снижаются по сравнению с прототипом.

Пуск и управление двигателем происходят следующим образом. В исходном состоянии контакты выключателей 1 и 5 разомкнуты, и напряжение на обмотках трансформатора и двигателя отсутствует. Для асинхронного пуска двигателя включается выключатель 1, и на статорную обмотку 7 двигателя подается напряжение. Соединенная звездой, она обтекается пусковым током двигателя, который создает вращающееся магнитное поле, обеспечивая асинхронный разбег двигателя. Статорная обмотка 6 при этом не обтекается током. Благодаря тому что сечение вторичной обмотки трансформатора рассчитывается на электрическую мощность обеих статорных обмоток, она имеет большее сечение и меньший нагрев, чем у обмотки трансформатора прототипа, рассчитанной только на ток одной статорной обмотки.

При достижении подсинхронной скорости (скольжение 2-5%), включается выключатель 5, обмотки 6 и возбуждения 9 обтекаются током, и двигатель втягивается в синхронизм. На этом пуск двигателя завершается, и он переходит в синхронный режим работы.

Синхронный электродвигатель, содержащий основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены трехфазному трансформатору, подключенному первичной обмоткой к источнику электроэнергии, причем дополнительная обмотка присоединена к трансформатору через выключатель, вторые выводы основной обмотки статора соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, отличающийся тем, что трехфазный трансформатор имеет вторичную обмотку с ответвлениями, к которым подключены статорные обмотки электродвигателя.