Многофазная электрическая машина переменного тока

Изобретение относится к области электротехники, а именно к многофазным электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано в бытовой технике, где требуется применение компактных электрических машин с высокими энергетическими показателями. Предлагаемая многофазная электрическая машина переменного тока содержит ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, и модульность обмотки статора связана с числом зубцов статора соотношением:

Zs=2·m·M, где Zs - число зубцов статора, m - количество фаз,

M=p=1, 2, 3 … до технологически возможного значения - количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется как

Ω=2·π·f/M, где f - частота питающей сети, M - количество модулей.

В результате достигается технический результат: повышение удельного момента и кпд за счет высокой магнитной связи между контурами и возможности модульного построения конструкции. 3 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к многофазным электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано в бытовой технике, где требуется применение компактных электрических машин с высокими энергетическими показателями, а также в качестве замены серийным синхронным и асинхронным машинам в механизмах со стандартизированной линейкой скоростей вращения.

Известны многофазные электрические машины переменного тока синхронного и асинхронного типа, содержащие ротор и статор, с размещенной на нем распределенной обмоткой, скорость вращения создаваемого бегущего поля которых определяется как:

Ω=2·π·f/p,

где f - частота питающей сети, p - число пар полюсов поля статора [Электрические машины: учебник для вузов / Иванов-Смоленский - Москва: Изд-во Энергия, 1980, стр. 365-374, 491-508].

Недостатком данных электрических машин является то, что вылет лобовых частей обмотки статора занимает в среднем 1/3-1/2 от длины сердечника магнитопровода статора, что ухудшает массогабаритные показатели электрической машины, а разработка данных классов машин на низкие скорости вращения приводит к усложнению конструкции и технологии изготовления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многофазная машина переменного тока (синхронный электродвигатель) [Патент на изобретение RU №2047936 C1 от 10.11.95], являющаяся прототипом изобретения и содержащая зубчатый статор с m-фазной сосредоточенной обмоткой, каждая катушка которой охватывает один зубец статора, и ротор с чередующимися по полярности полюсами 2p, у которого число полюсов ротора 2р и число зубцов статора Zc связаны соотношением 2·p=θ·(m·Zrp+1), где θ=1, 2, 3 … - число повторяющихся частей многофазной электрической машины, в каждой из которых содержится m катушечных групп, a Zrp=1, 2, 3 … - число катушек в катушечной группе, состоящей из последовательно-встречно соединенных катушек. А также при m=3 и Zrp четном катушечные группы каждой фазы соединены между собой встречно, а при Zrp нечетном - согласно, при m=2 и Zrp, равном любому целому числу, катушечные группы фазы соединены между собой встречно.

Недостатками этой электрической машины синхронного типа являются низкие значения удельного момента и кпд из-за слабой магнитной связи между катушечными группами.

Задачей изобретения является повышение удельного момента и кпд.

Поставленная задача достигается за счет того, что в многофазной электрической машине переменного тока, содержащей ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, модуль электрической машины состоит из двух частей, каждая из которых содержит обмотку, соединенную в «звезду», при этом обе «звезды» одного модуля соединены в электрическом плане встречно, а число зубцов статора и количество модулей связаны соотношением:

Zc=2·m·M,

где Zs - число зубцов статора,

m - количество фаз,

М=р=1, 2, 3 … до технологически возможного значения - количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется как

Ω=2·π·f/M,

где f - частота питающей сети,

M - количество модулей.

На фиг. 1 представлена многофазная электрическая машина переменного тока на примере электрических машин переменного тока различных типов, а именно: a) - синхронная электрическая машина с явнополюсной конструкцией ротора с постоянными магнитами (m=3, M=1, n=3000 об/мин); b) - асинхронная электрическая машина с короткозамкнутым ротором (m=3, M=2, n=1500 об/мин); c) - синхронная электрическая машина с явнополюсным ротором с обмоткой возбуждения (m=3, M=4, n=750 об/мин). На фиг. 2 приведена схема электрическая соединения обмоток статора для модуля 3-фазной машины. На фиг. 3 изображена картина распределения токов и м.д.с. трехфазной обмотки статора.

Многофазная электрическая машина переменного тока (фиг. 1a), содержит 3-фазную обмотку (m=3), состоящую из катушек 1 в количестве 6 шт. (M=1), каждая из которых размещена на одном из зубцов магнитопровода 2 статора. Диаметрально противоположенные пары катушек модуля запитаны от одной из фаз и включены согласно друг другу. Магнитопровод 2 статора содержит полузакрытые пазы. Ротор 3 выполнен безобмоточным составным с чередующимися по полярности постоянными магнитами 4, расположенными радиально на наконечниках полюсов (на роторе 1 пара полюсов и совпадает с количеством полюсов поля статора).

Многофазная электрическая машина переменного тока (фиг. 1b), содержит статор с 3-фазной обмоткой (m=3), состоящей из катушек 1 в количестве 12 шт. (M=2), каждая из которых размещена на одном из зубцов магнитопровода 2 статора. Каждая фаза охватывает 4 катушки, сдвинутые на 90 пространственных градусов друг относительно друга (сдвиг между фазами 30 пространственных градусов для приведенной конструкции). Диаметрально противоположенные пары катушек модуля включены согласно друг другу. Магнитопровод 2 статора содержит полузакрытые пазы. Ротор 3 выполнен короткозамкнутым с беличьей клеткой.

Многофазная электрическая машина (фиг. 1c) содержит статор с 3-фазной обмоткой (m=3), состоящей из катушек 1 в количестве 24 шт. (M=4), каждая из которых размещена на одном из зубцов магнитопровода 2 статора. Каждая фаза охватывает 6 катушек, сдвинутых на 90 пространственных градусов друг относительно друга (сдвиг между фазами 15 пространственных градусов для приведенной конструкции). Диаметрально противоположенные пары катушек модуля запитаны от одной из фаз и включены согласно друг другу. Магнитопровод 2 статора содержит полузакрытые пазы. Ротор 3 выполнен явнополюсным с размещенной на нем обмоткой возбуждения.

Предложенная многофазная электрическая машина переменного тока, представляющая собой, например, синхронную электрическую машину, приведенную на фиг. 1a, работает следующим образом:

При подключении обмотки 1, размещенной на зубцах магнитопровода статора 2, к 3-фазной питающей сети переменного тока с частотой f, как показано на фиг.2, по катушкам начинает протекать система токов. Токи в катушках статора меняются с течением времени и создают вращающееся бегущее поле. Характер кривой м.д.с. и распределения токов в момент времени, когда токи в фазах B и C имеют величину половины тока фазы A, представлен на фиг. 3. Бегущее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов 4 ротора 3 и создает электромагнитный момент, который приводит ротор 3 во вращение, при этом положение его полюсов относительно токов статора не изменяется аналогично принципу действия классической синхронной машины с постоянными магнитами. Скорость поля, созданного обмоткой статора, определяется по формуле n=60*f/p (об/мин), где f - частота питающей сети, p - число пар полюсов поля обмотки статора.

В силу особенности механизма создания бегущего магнитного поля заявляемая электрическая машина переменного тока может быть выполнена как в синхронном, так и в асинхронном исполнениях. Как в случае синхронной электрической машины, в случае асинхронной электрической машины взаимодействие полей статора и ротора, имеющих одинаковое число полюсов, создает электромагнитный момент, вращающий ротор.

В отличие от прототипа, предлагаемая многофазная электрическая машина переменного тока обладает более высокими значениями удельного момента и кпд за счет высокой магнитной связи между контурами и возможности модульного построения ее конструкции, в которой количество зубцов магнитопровода статора и число модулей связаны соотношением:

Zs=2·m·M,

где Zs - число зубцов статора,

m - количество фаз,

M=p=1, 2, 3 … до технологически возможного - число модулей (повторяющихся частей многофазной электрической машины переменного тока), при этом каждый модуль состоит из двух частей, обмотки которых соединены в «звезды» и подключены параллельно друг другу согласно фиг. 2, а скорость вращения поля, созданного обмоткой статора, определяется как:

Ω=2·π·f/M,

где f - частота питающей сети, M - число модулей.

Кроме того, заявляемая электрическая машина может быть по принципу действия как синхронного, так и асинхронного типа и позволяет работать в широком диапазоне скоростей (от 3000 об/мин до 300 об/мин и ниже) и имеет меньший уровень шума и вибраций, за счет предложенного распределения фаз по обмоткам статора, которое исключает появление в кривой м.д.с. третьей гармоники, тем самым уменьшая появление негативных раскачивающих пульсаций момента при работе.

Многофазная электрическая машина переменного тока, содержащая ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, отличающаяся тем, что модуль электрической машины состоит из двух частей, каждая из которых содержит обмотку, соединенную в «звезду», при этом обе «звезды» одного модуля соединены в электрическом плане встречно, а число зубцов статора и количество модулей связаны соотношением:
Zs=2·m·M,
где Zs - число зубцов статора,
m - количество фаз,
M=p=1, 2, 3 … до технологически возможного значения - количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется как
Ω=2·π·f/M,
где f - частота питающей сети,
M - количество модулей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным высокомоментным синхронным двигателям и генераторам с неподвижным якорем и вращающимися магнитами, и может быть использовано в качестве ветрогенераторов, высокочастотных электрических генераторов и в автономных энергоустановках. Тихоходный электрический генератор на постоянных магнитах содержит ротор в виде двух плоских дисков, статор размещен между дисками ротора и выполнен в виде кольца, соединенного с неподвижным валом спицами, якорную обмотку, намотанную на кольцо - тороид, магниты с чередующимися полюсами, установленными на боковых частях ротора в пазах в количестве от 80 до 250 на каждом диске.

Изобретение относится к приводному инструменту, снабженному трехфазным бесщеточным электродвигателем, а конкретнее к способу управления выходной характеристикой электродвигателя приводного инструмента.

Изобретение относится к электротехнической промышленности и позволяет изготавливать энергоэффективные электрические машины, в частности высокомоментные малошумные асинхронные двигатели с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к конструкции обмотки для вращающейся электрической машины. Технический результат заключается в уменьшении торцевого размера катушки.

Изобретение относится к области электротехники и электротехнической промышленности и позволяет изготавливать энергоэффективные электрические машины, в частности высокомоментные малошумные асинхронные двигатели с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Изобретение относится к электротехнике, к статору вращающейся электрической машины (1) с постоянным возбуждением. В середине первой группы (10a) катушек размещен средний зубец (8a), который имеет первую ширину MB среднего зубца.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве вентильных автономных асинхронных генераторов автономных электростанций.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве асинхронных генераторов автономных электростанций. Технический результат - расширение области применения многофункциональных автономных асинхронных генераторов, позволяющее изменять мощность генератора и подключать нагрузку на разное напряжение.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в асинхронных генераторах автономных электростанций. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в повышении энергоэффективности асинхронного генератора путем выполнения частей фазных обмоток проводом разного сечения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, касается особенностей конструктивного выполнения обмоток статоров и роторов электрических машин.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в специальных электроприводах в качестве низкооборотного электродвигателя.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам, и может быть использовано в качестве низкооборотного электродвигателя или генератора.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и касается выполнения синхронного микродвигателя (СД) с электромагнитным униполярным возбуждением.

Настоящее изобретение относится к конструкции статоров для использования в электродвигателях. Технический результат изобретения заключается в обеспечении упрощения обмотки (намотки статора), что ведет к повышению надежности статора и электродвигателя в целом, а также к снижению затрат.

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электродвигателям с большим отношением длины к диаметру, и может быть использовано при конструировании электродвигателей, используемых в качестве привода в погружных насосных установках для добычи пластовой жидкости из скважин.

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 электротехники и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электроприводе. Технический результат заключается в повышении надёжности.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к многофазным электрическим машинам переменного тока, и может быть использовано в бытовой технике, где требуется применение компактных электрических машин с высокими энергетическими показателями. Предлагаемая многофазная электрическая машина переменного тока содержит ротор и зубчатый статор с m-фазной обмоткой, у которой каждая катушка охватывает один зубец, а диаметрально противоположные катушки одной фазы модуля соединены согласно, и модульность обмотки статора связана с числом зубцов статора соотношением:Zs2·m·M, где Zs - число зубцов статора, m - количество фаз,Mp1, 2, 3 … до технологически возможного значения - количество модулей, равное числу пар полюсов, при этом скорость вращения магнитного поля электрической машины определяется какΩ2·π·fM, где f - частота питающей сети, M - количество модулей.В результате достигается технический результат: повышение удельного момента и кпд за счет высокой магнитной связи между контурами и возможности модульного построения конструкции. 3 ил.

Наверх