Электропривод соосных механизмов встречного вращения

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<,?65943

Союз Советскнк

Соцнапнстнческнх

Республик (61) Дополнительное к авт. свил-ву— (22) Заявлено 05.06.72 (21) 1792032/24-07 с с присоединением заявки ¹ 1792033/24-07 (23) Приоритет (51 } М. Кл.

Н 02 К 16/00

Государстввнный комитет по делам нзабретеннй н открытий

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 23.09.80 (53) УДК 621.316. .718:629.12 — 83— — 84 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. Е. Пухов и Ю. М. Розов (71) Заявитель

Институт электродинамики АН Украинской CCP (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД СООСНЫХ МЕХАНИЗМОВ

ВСТРЕЧНОГО ВРАЩЕНИЯ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к области электрических машин и электропривода и может использоваться преимущественно в судостроении.

Известен двигатель переменного тока с промежуточным ротором, представляющий собой каскадное соединение двух асинхронных машин 11).

Двигатели с. промежуточным ротором приме10 няются для получения трех или четырех: ступеней скорости, в частности для получения скоростей, превышающих 3000 об/мин при питании машины напряжением частотой

50 Гц. Из-за наличия двух воздушных зазоров в магнитной цепи этих двигателей их коэффициент мощности и использование веса. низки.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электропривод соосных механизмов встречного вращения, преимущественно малооборотных соосных гребных винтов, содержащий асинхронную и синхронную машины, фазная обмотка первой из которых и якорная обмотка второй электрически соединены между собой и расположены на общем валу, относительно которого с воэможностью вращения установлен индуктор синхронной машины, а первичная обмотка статора асинхронной машины подключена к источнику питания (21.

Однако из-за совпадения направлений вращения электромагнитных полей в асинхронном двигателе и в якоре синхронной машины не могут быть достигнуты эффект .встречного вращения соосных валов, уменьшение числа полюсов, применяемых в агрегате машин, снижение массо-габаритных показателей электропривода по сравнению с неагрегатированным электроприводом соосных механизмов встречного вращения.

Цель изобретения — уменьшить массу и поперечные размеры электропривода соосных механизмов..

Это достигается тем, что указанные фазная и якорная обмотки соединены с изменением порядка следования фаз.

На фиг. 1 и 2 показаны два варианта конструктивных схем предлагаемого электропривода.

65943 4

j0

3 7

Злектропривод состоит из двух электрических машин переменного тока: синхронной машины 1 и сюгхронной машины 2. Статор 3 выполнен с обычной многофазной обмоткой, при работе привода подключаемой к питающей сети переменного тока. Роторные пакеты 4 и .5 установлены на внутреннем валу 6 и снабжены многофазными обмотками обычного типа. которые непосредственно (без помощи скользящего контакта) соединены между собой с изменением порядка следования фаз. Роторный пакет 5 обхвачен внеилтим ротором 7 с полым валом 8. В злектроприводе на фиг. 1 внешний ротор 7 выполнен в виде полого цилиндра, на внутренней полости которого смонтированы HBновыраженные полюса, возбуждаемые катушками постоянного тока через скользящий контакт 9

Электропривод, конструктивная схема которого изображена на фиг. 2, является полностью бесконтактным. Внешний ротор 7 в нем выполнен в виде системы когтеобразных полюсов, возбуждаемых через воздушный зазор аксиальными катушками !О и 11 постоянного тока.

В аксонометрии, показана конструкция половины внешнего ротора 7 с когтеобразными полюсами.

В конструкции обоих электроприводов внутренний вал 6 установлен в подшипниках 12, 13 и в третьем, не показанном на чертежах и расположенном за концом полого вала 8, Внешний ротор синхронных частей злектроприводов установлен в подшипниках 14 и 15.

Включаемая на питающую; сеть переменного тока асинхронная машина под действием нагрузки внутреннего вала 6 и включенного в его роторную цепь комплексного электрического сопротивления, которое представляет собой нагруженная синхронная машина 2, вращается с большим скольжением. В отличие от режимов, больших скольжений обычных асинхронных машин ток правильно спроектированной асинхронной машины в этих режимах не превышает его номинальной величины.

Из-за изменения порядка следования фаз при электрическом соединении обмоток роторного пакета 4 асинхронной и роторного пакета 5 синхронной машин скорость вращения злектромагнитного поля относительно роторного пакета 5 вычитается из скорости вращения внутреннего вала б и роторных пакетов 4 и 5. Обычным режимом работы злектропривода является превышение скорости вращения электромагнитной волны относительно роторного пакета 5 над механической скоростью внутренне о вала 6.

При таком соотношении скоростей результирующее вращение электромагнитного поля в пространстве и возбужденных постоянным током внешних роторов 7 с их полыми валами 8 на фиг. 1 и 2 является встречным по отношению к вращению внутреннего вала 6. Это обеспечи. вается при проектировании электропривода за счет выбора соотношения параметров обеих машин и нагрузок коаксиальных валов 8 и б.

В случае работы электропривода на систему соосных гребных винтов встречного вращения соотношение нагрузок валов определяется геометрией гребных винтов.

Рассмотрим один из вариантов проектирования предлагаемого электропривода на числовом примере. Пусть требуется обеспечить привод двух соосных винтов, вращающихся встречно со скоростью 250 об/мин. 1 акая задача может быть решена описанным электроприводом, состоящим из матцин с спнхрошюй скоростью

750 об/мин, каждая, т.е. восьмиполюсных при питании напряжением частотой 50 Гц.

Номинальный режим агрегата соответствует скольжению асинхронной машины 1 равному 2/3.

В этом случае внутренний вал 6 вращается со скоростью 1/3 синхронной, т.е. 250 об/мин, электромагнитное поле относительно роторного пакета 5 вращается в противоположную сторону со скоростью 500 об/мин, а результируюгцая его скорость в пространстве и скорость внешнего ротора 7 и полого вала 8 равна также

250 об/мин (500 — 250), но в направлении, противоположном тому, в каком вращается внут ренний вал 6 со своими роторными пакетами.

Необходимо иметь в виду, что вращающий момент механической реакции внешнего ротора 7 на роторный пакет 5 является полезным, складывается с моментом, развиваемым асинхронной машиной 1, и работает на нагрузку внутреннего вана 6. В случае привода соосных гребных винтов зто обстоятельство приводит к необходимости применения в системе винтов с неодинаковым шагом, производительностью и уситпп1ми упора. Стремление к уменьшению различий этих показателей винтов в системе приводит к необходимости использования в злектроприводе малополюсной асинхронной части и многополюсной синхронной. Если в рассмотренном числовом примере трекратное снижение полюсности машин-в электроприводе обеспечивает уменьшение поперечных его измерений более чем s два раза, то в последнем случае достигается многократное снижение полюсности асинхронной части электроцривода и лишь двойное — синхронной части. Зго значит, по имеется возможность создать электропривод "грибообразной" формы — с предельно уменьшенным диаметром асинхронной части и с диаметром синхронной части, на 40-45% меньшим, чем в случае использования неагрегатированных двигателей традиционной конструкции на те же мощности и номиналы скоростей вращения. Электроприводы "грибообразнои" формы применительно к оборудованию систем соосных гребных винтов компактно вписываются в кормовые оконечности судовых корпусов.

Предложенный электропривод может применяться в оборудовании как известных сооскых механизмов встречного вращения в различных областях техники, например в самолетостроении, в аэродинамических исследованиях, так и механизмов, которые могут быль созданы в будущем.

Эффект уменьшения полюсности ма шит в 1п предложенном их агрегатировании црименителько к. приводу воздушных винтов, являющихся высокооборотными, делает целесообразным выполнение электромеханических передач повышенной частоты в подвижных объектах, например в транспортных средствах на воздушной подушке. Электромеханические передачи повышенной частоты обладают уменьшенным весом, менее металлоемки. Однако основным назначением предлагаемого устройства является оборудование им системы сооеных гребных винтов встречного вращения.

Примекение изобретения в судостроении может обеспечить высокую компактность гребной установки, снижение веса и стоимости средств электродвижения судов. Кроме того, предлагаемое устройство в результате соответствующих конструкторских проработок может оказаться наиболее целесообразным из всех известных средств привода системы соосных гребных винТо8 встречного вращения.

Компактность предлагаемого злектропривода позволяет минимизировать длину обоих коаксиальных валов в системе соосных гребных винтов встречного вращения. Это создает пред3S посылки для полного устранения прогиба внутреннего вала и коренного повышения надежности его работы.

Внедрение систем соосных гребных винтов встречного вращения в сочетании с предлагаемым электроприводом позволяет решить в судостроении ряд задач конструкторского плака.

43 6

Сюда oTHocHTcs возможность отказа при проектировании и строительстве судов от применения зубчатых редукторов илн изготавливаемых в основном зарубежными фирмами громоздких малооборотных дизелей; сокращение протяженности валопроводов и, как следствие, многократное уменьшение количества их опор, сальниковых устройств, фланцевых и муфтовых соединений; достижение более рационального использования трюмных помещений судовых корпусов; обеспечение решения специальных задач при строительстве судов.

Благодаря внедрению в судостроении систем сооскых гребных винтов использование изобретения обеспечивает повышение экономичности гребных установок, приводит к существенной экокомии топлива при эксплуатации судов.

Формула изобретения

Электропривод соосных механизмов встречного вращения преимущественно малооборотных соосных гребных винтов, содержащий асинхронную и синхронную машины, фазная обмотка первой нз которых и якорная обмотка второй электрически соединены между собой и расположены ка общем валу, относительно которого с возможностью вращения установлен индуктор синхронной машины, а первичная обмотка статора асинхронной машикы подключена к источнику питания, о т л и ч а ю щи йс я тем., что, с келью уменьшения массы и поперечных размеров электропривода, указанные фазная и якорная обмотки соединены с изменекием порядка следования фаэ.

Источники информации, прнкятые во внимание при экспертизе

1. Рихтер P. Электрические машины.М.— Л., ГЭИ, 1939, т, IV, с. 60.

2. Авторское свидетельство СССР К 34074, кл. Н 02 P 7/78, 1932 (прототип).

7о5 >43

2 7

Фиг.Z

Составитель Е. Коростелева

Техред А.Щепанская Корректор В. Бутяга

Редактор О. Стенина

Заказ 6523/50

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьгтий! l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5