Синхронный электродвигатель



Синхронный электродвигатель
Синхронный электродвигатель
Синхронный электродвигатель

 


Владельцы патента RU 2499343:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть применено в электромеханических системах. Предлагаемый синхронный электродвигатель содержит магнитопровод статора (2) с зубцами (3), выполненный из шихтованной электротехнической стали и опирающийся на корпус (1) и имеющей трехфазную обмотку (4). Ротор (5) выполнен в виде полого цилиндра и имеет ферромагнитные зубцы. С помощью немагнитного диска (9) ротор закреплен на валу (8). Внутренний магнитопровод (7) статора (2) выполнен в виде полого цилиндра из шихтованной электротехнической стали, который закреплен на корпусе (1) с помощью немагнитной втулки (10) и имеет на наружной поверхности радиально намагниченные постоянные магниты (6), расположенные напротив зубцов (3) статора (2) и имеющие чередующуюся полярность. Благодаря выполнению ротора (5) в виде полого цилиндра и введению дополнительного магнитопровода (7) статора с постоянными магнитами (6), расположенными напротив зубцов (3) статора, при использовании настоящего изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении энергетических показателей синхронного электродвигателя и его динамических характеристик. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть применено в электромеханических системах.

Известен синхронный электродвигатель, имеющий шихтованный магнитопровод статора с многофазной обмоткой и реактивный ферромагнитный ротор. Обмотка статора получает питание от инвертора частоты, вырабатывающего систему напряжений согласно требуемой скорости вращения (Г.Б. Онищенко «Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. заведений». 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 288 с.) - [1].

Его недостатком является сложность схемы питания и большой момент инерции ротора.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по конструкции и достигаемому эффекту является синхронный индукторный электродвигатель, имеющий шихтованный магнитопровод статора с многофазной обмоткой и реактивный ферромагнитный ротор с явно выраженными полюсами (Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иванове, 2008. - 298 с.) - [2].

Его недостатком являются низкие энергетические показатели, связанные с тем, что единственным источником магнитного поля является обмотка, в которой выделяется мощность электрических потерь.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в повышении энергетических показателей синхронного электродвигателя и его динамических характеристик.

Технический результат достигается тем, что в синхронный электродвигатель, содержащий статор с шихтованным зубчатым магнитопроводом и многофазной обмоткой, реактивный ферромагнитный ротор с явно выраженными зубцами, введен внутренний магнитопровод статора с постоянными магнитами, расположенными напротив зубцов статора и имеющими чередующуюся полярность, а ротор выполнен в виде полого цилиндра с чередующимися ферромагнитными зубцами и немагнитными элементами.

Сущность технического решения поясняется чертежами, где

Фиг.1 - поперечное сечение электродвигателя;

Фиг.2 - продольное сечение электродвигателя;

Фиг.3 - графики магнитной индукции в рабочем зазоре.

На фиг.1-2 обозначено:

1 - корпус;

2 - магнитопровод статора;

3 - зубцы статора;

4 - обмотка статора;

5 - ротор с зубцами;

6 - постоянные магниты;

7 - внутренний магнитопровод статора;

8 - вал;

9 - немагнитный диск;

10 - немагнитная втулка.

Магнитопровод статора 2 с зубцами 3 выполнен из шихтованной электротехнической стали. Он закреплен на корпусе 1 и имеет трехфазную обмотку 4.

Ротор 5 выполнен в виде полого цилиндра и имеет ферромагнитные зубцы. С помощью немагнитного диска 9 ротор закреплен на валу 8. Внутренний магнитопровод 7 выполнен в виде полого цилиндра из шихтованной электротехнической стали. Он закреплен на корпусе 1 с помощью немагнитной втулки 10 и имеет на наружной поверхности постоянные магниты 6, намагниченные радиально и имеющие чередующуюся полярность.

Фазы обмотки статора A, B и C соединены в звезду без нейтрального провода и питаются от источника постоянного напряжения через импульсный полупроводниковый инвертор, выполненный по мостовой схеме с шестью силовыми ключами.

Синхронный электродвигатель работает следующим образом.

На фиг.1 показано положение ротора, когда к зажиму фазы A подведено напряжение U, а зажимы фаз B и C подключены к нулевому потенциалу. Через фазу A течет ток, в два раза превышающий токи фаз B и C. При этом фаза A оказывается включенной согласно с постоянным магнитом напротив нее, т.е. их магнитные потоки складываются. В то же время токи фаз B и C, создают магнитные потоки, направленные против потоков соответствующих постоянных магнитов. Они ослабляют друг друга. Поэтому ротор занимает положение, при котором его зубцы замыкают большие магнитные потоки фазы A.

Через треть периода напряжение U подводится к зажиму фазы B, а зажимы фаз A и C подключены к нулевому потенциалу. Через фазу B течет ток, в два раза превышающий токи фаз A и C. При этом фаза B оказывается включенной согласно с постоянным магнитом напротив нее, т.е. их магнитные потоки складываются. В то же время токи фаз A и C создают магнитные потоки, направленные против потоков соответствующих постоянных магнитов. Они ослабляют друг друга. Поэтому ротор поворачивается в положение, при котором его зубцы замыкают большие магнитные потоки фазы B, и т.д.

Для рассмотрения эффективности применения постоянных магнитов примем, что постоянный магнит создает магнитодвижущую силу Fм=700 А, фаза A имеет МДС FА=1000 А, а фазы B и C - МДС FВ=FС=500 А.

В зазорах на оси фазы A действует МДС

FАΣ=FА+Fм=1700 А.

В зазорах на осях фаз B, C действуют МДС

FВΣ=FВ+Fм=200 А;

FСΣ=FС+Fм=200 A.

Электромагнитный момент определяется формулой

М = F А Σ 2 2 d Λ А d α + F В Σ 2 2 d Λ В d α + F С Σ 2 2 d Λ С d α ,

где ΛА, ΛВ, ΛС - магнитные проводимости по соответствующим осям.

Квадраты МДС имеют значения:

F А Σ 2 = 2.890.000  А 2 ; F В Σ 2 = 40.000  А 2 ; F С Σ 2 = 40.000  А 2 .

В предположении, что зубцы фаз В и С действуют в обратном направлении, получаем:

F А Σ 2 F В Σ 2 F С Σ 2 = 2.810.000  А 2 .

Для индукторного двигателя без постоянных магнитов, с той же обмоткой на статоре и мощностью потерь в ней имеем:

F А Σ 2 = 1.500.000  А 2 ; F В Σ 2 = 0  А 2 ; F С Σ 2 = 0  А 2 .

Отношение моментов составляет 1,873, т.е. введение постоянных магнитов увеличило момент на 87,3%.

На фиг.3 показаны графики МДС, созданной постоянными магнитами (фиг.3, а), обмоткой статора (фиг.3, б) и результирующей МДС (фиг.3, в).

Ротор представляет собой тонкостенный полый цилиндр с ферромагнитными зубцами и имеет малый момент инерции. Поэтому электродвигатель допускает большие угловые ускорения.

Благодаря введению внутреннего магнитопровода статора с постоянными магнитами, расположенными напротив зубцов статора и имеющими чередующуюся полярность, получен синхронный электродвигатель с повышенными энергетическими показателями и динамическими характеристиками.

Синхронный электродвигатель, содержащий статор с шихтованным зубчатым магнитопроводом и многофазной обмоткой, реактивный ферромагнитный ротор с явно выраженными зубцами, отличающийся тем, что введен внутренний магнитопровод статора с постоянными магнитами, расположенными напротив зубцов статора и имеющими чередующуюся полярность, а ротор выполнен в виде полого цилиндра с чередующимися ферромагнитными зубцами и немагнитными элементами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики и может быть использовано для создания генераторов для малооборотных ветро- или гидроустановок.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. .

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения вращающихся электрических машин, в частности двигателей, содержащих кольцеобразные статоры, расположенные вокруг оси, и два ротора, вращающиеся вокруг указанной оси.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения электродвигателей с низким числом оборотов.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к однофазным электрическим генераторам с постоянными магнитами, и может быть использовано в автономных системах электрооборудования, в автоматике и бытовой технике, на авиационном и автомобильном транспорте, в качестве ветрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных преобразователей частоты однофазного переменного тока, а также при выпрямлении переменной ЭДС при помощи неуправляемых и управляемых полупроводниковых вентилей - в качестве генераторов постоянного тока, возбудителей синхронных генераторов передвижных мини-электростанций, подвозбудителей главных возбудителей синхронных генераторов на стационарных электростанциях.

Изобретение относится к бесконтактным электродвигателям постоянного тока и может применяться в электроприводе, где необходимы сочетания качеств бесконтактного электродвигателя постоянного тока, а именно высокий ресурс, с высоким быстродействием и к.п.д., характерным для коллекторных электродвигателей с полым ротором.

Изобретение относится к области электротехники и электроэнергетики, а именно к электрическим машинам. .

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к электрическим машинам постоянного тока с постоянными магнитами, и может быть использовано в электрических двигателях и генераторах постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники, а именно – к особенностям конструктивного выполнения электродвигателей, предназначенных для безредукторного привода преимущественно транспортных средств.

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей выполнения компактного генератора, светоизлучающего колесика и способа изготовления данного генератора.

Изобретение относится к области электротехники, а точнее - к синхронным реактивным двигателям, применяемым в качестве тихоходных силовых электродвигателей. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в улучшении пусковых свойств синхронного реактивного двигателя с электромагнитной редукцией, повышении коэффициента использования его объема и уменьшении трудоемкости изготовления предлагаемого двигателя при большом числе пазов статора.

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано для приведения в движение машин и механизмов в случаях, когда определяющим фактором является надежность электропривода.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения бесконтактных электрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартеров-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в бытовой технике, электроприводов большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, в качестве прямых приводов без применения механических редукторов, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов, синхронных генераторов преобразователей частоты и в качестве управляемых шаговых двигателей.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается конструктивного исполнения синхронных электрических машин с контактными кольцами с возможностью глубокой электромагнитной редукции и может быть использовано в системах автоматики, в бытовой технике в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, электроприводов большой и средней мощности судов, троллейбусов, трамваев метро, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высокими моментами на валу и низкими частотами его вращения, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных генераторов преобразователей частоты.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным электрическим двигателям, электроприводам и генераторам, касается особенностей конструктивного исполнения бесконтактных электрических машин с электромагнитной редукцией и может быть использовано в системах автоматики, в качестве мотор-колес, мотор-барабанов, стартер-генераторов, электроусилителей руля, прямых приводов в электробытовой технике, электроприводов большой и средней мощности судов, транспортных средств, бетоносмесителей, грузоподъемных механизмов, ленточных транспортеров, насосов для перекачки жидкостей, механизмов с высоким моментом на валу и низкими частотами его вращения, а также в качестве ветрогенераторов, гидрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и синхронных генераторов преобразователей частоты.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к низкооборотным высокомоментным электрическим двигателям и электроприводам с электромагнитной редукцией частоты вращения и к высокочастотным электрическим генераторам.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к синхронным машинам индукторного типа, вращающимся при синхронизации изменения полярности якоря и вращения вала.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается выполнения синхронных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов, и может быть использовано в качестве компактного агрегата «двигатель-редуктор» в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках, например, в качестве мотора-колеса в экологически чистых автомобилях.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в силовом электроприводе. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к синхронным электродвигателям с постоянными магнитами, и может быть использовано в промышленных, транспортных и электромеханических системах.

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электрическим машинам постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов. .
Наверх