Синхронная электрическая машина

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

° К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик р»879710 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 110478 (21) 2603597/24-07 с присоединением заявки М—

Р1 М Кл 3

Н 02 К 3/28

Государственный комнтет

СССР

00 делам нзобретеннй н открытн Й (23) ПриоритетОпубликовано 07.1181. Бюллетень ИЯ 41

Ю) УДК 621. 313. 322.

-(O88. 8) Дата опубликования описания 07.11,81

Б. Н. Абрамович, И. К. Амбросов, A. Б. Купцов, В.И.Лагутин и И.Ф.Лозовой (72) Авторы изобретения

Центральное проектно-конструкторское и технойогическое бюро крупных электрических машин (71 3 Заявитель (54) СИНХРОННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к синхронным генераторам.

Известны синхронные электрические машины, содержащие статор и ротор, на котором размещены основная обмотка постоянного тока и дополнительная обмотка с числом пар полюсов, кратным номеру одной из высших пространственных гармоник намагничивающей силы несинусоидально распределенной обмотки якоря (1 ). Эта обмотка выявляет энергию высшей гармоники реакции якоря.

Недостатком данных синхронных электрических машин являются несинусоидальные размещения проводников обмотки якоря, что снижает энергетические характеристики машины и усложняет ее конструкцию.

Известны также синхронные электрические машины, содержащие индуктор, на котором размещены основная обмотка постоянного .тока и дополнительные обмотки переменного тока, соединенные с основной обмоткой через преобразователь и якорь, обмотка которого подключена к комплексной нагрузке через силовой преобразователь (2).

Данное техническое решение наиболее близко к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту.

В такой синхронной машине полюсный наконечник ограничен по ширине, поэтому недостатком такой машины является пониженный КПЛ, поскольку для .О получения достаточной для возбуждения высшей гармоники необходимо значительно искажать поле якоря.

Целью изобретения является повышение КПД электрической машины.

Цель достигается тем, что шаг до15 полнительных обмоток выполнен в соотношении Xk

2k и где у - шаг дополнительных .обмоток:

20 k - обмоточный коэффициент;

C — полюсное деление индуктора;

k„ m, причем m — число фаз якоря;

k 2 при m = 1 и при m > 1 для

25 схем преобразователя с нулевнк проводом;

k 4 при в 1 для мостовых схем преобразователя.

На фиг. 1 представлена блок-..схема

3p,синхронной машины; на фиг. 2 — вре879710

65 менная диаграмма работы синхронной машины; на фиг. 3 — взаимное расположение осей обмоток синхронной машины и намагничивающей силы якоря для коммутационного периода: на Фиг. 4 — то же, для внекоммутационного периода.

Синхронная машина содержит индуктор 1, на котором расположены основная обмотка 2 постоянного тока и дополнительные обмотки 3 переменного тока, преобразователь 4, вход которого подключен к гальванически связанным дополнительным обмоткам 3, а выход - к основной обмотке 2, якорь 5, комплексную нагрузку б, в качестве которой может быть обмотка возбуждения синхронной машины и силовой поеобраэователь 7, вход которого подключен к якорю 5, а выход — к комплексной нагрузке б. На индукторе 1 выполнены полюса 8.

Работа устройства может быть рассвютрена на примере трехфазного якоря 5 и трехфазной нулевой схемы поеобразования силового преобразователя

7. При другой фазности якоря 5 и схеме силового преобразователя процессы аналогичны и отличаются длительностями коммутационного и внекоммутационного периодов и количеством находящихся в работе фаз якоря 5.

При протекании постоянного тока через основную обмотку 2 постоянного тока в синхронной машине создается основной магнитный поток. Пои вращении якоря 5 под действием этого потока наводится ЭПС в обмотках якоря 5 и протекает ток в соответствии со схемой силового преобразователя 7.

Ток якоря 5 создает н.с. F<, которая перемещается во внекоммутационный период вместе с якорем, а в коммутационный период — в направлении, противоположном вращению якоря 5. При этом в дополнительных обмотках 3 наводится ЭЛС е,„ с частотой где f - частота ЭДС якои ря 5. Банная ЭДС выпрямляется преобразователем 4, в результате чего основная обмотка 2 обтекается постоянным током .и создается необходимая н.с. и поток для наведения ЭДС в обмотках якоря 5. Процесс начального возбуждения синхронной машины может быть осуществлен от отдельного источника постоянного тока или под действием остаточной ЭЛС или любым другим способом. фиг. 2 иллюстрирует работу машйны во времени, где: е,, е „ е - ЭДС фаз А, В, С якоря 5; о, igt ig токи тех же фаз; Ug — напряжение на комплексной нагрузке б; 1 - ток основной обмотки 2; Ъ - угол коммутации; а — угловая частота; t — текущее время.

На Фиг. 2 видно, что в случае. выполнения преобразователя 7 по трех5 !

О

4.

Фаэной нулевой схеме (пб) f 3f и

a - л и дополнительные обмотки 3 должны быть выполнены с шагом у

2k л причем

9 и величина обмоточного коэФфициента

k «» Зц, где ц целое положительное число, выбираемое из конструктивных соображений и наилучшего использования магнитной системы машины.

В процессе коммутации в силовом преобразователе происходит двухфазное короткое замыкание. Если перед началом коммутации ток протекал через фазу с якоря, то в коммутационный период будет происходить передача тока с фазы С на фазу A якоря 5. Начало коммутации происходит в момент времени t, когда ось фазы A опережает ЭДС за реактивностью коммутации на угол Ю + о Ъ, где о — угол регулирования преобразователя 7; 6 — угол, определяющий нагрузочный режим возбудителя. Результирующий вектор н.с. якоря 5 F, исходя из принципа наложения, может быть определен во времени и пространстве как геометрическая сумма постоянной во времени н.с. фазы С Г и н.с. F обусловленной к.з., которая определяется как геометрическая сумма н.c. F на ось дополнительной обмотки 3 можно определить величину н.с. F, создающую потокосцепление ф дополнительной обмотки от реакции якоря 5 и скорость изменения фу, определяющие ЭДС е .

Во внекоммутационный период н.с.

Fgr), определяется углом между осью фазы A якоря 5 и осью дополнительной обмотки 3 (фиг. 4) . Таким образом, величина наведенной в дополнительной обмотке 3 ЭДС зависит от углового сдвига ее относительно продольной оси машины и шага у, . Дополнительные обмотки 3 можно размещать на обегающем или (и) набегающем крае полюса 8 индуктора 1. Они могут быть размещены активными сторонами на соседних полюсах 8 или (и) иметь смешанное расположение. В создании ЭДС е . во всех случаях участвует вся н.с. F>, а не отдельные ее составляющие, что приводит к росту величины е и, следовательно, к повышению энергетических характеристик, в частности КПД машины.

Источником энергии, обеспечивающим питание постоянным током основной обмотки 2, является н.с. якоря

5, обусловленная особенностью работы якоря 5 на преобразователь 7 и размещением дополнительной обмотки 3 с указанным шагом у . Все элементы машины могут быть выполнены по любым

879710 известным схемам, в том числе преобразователи 4 и 7 могут быть выполне- ны как управляемыми, так и неуправляемыми. Количество дополнительных обмоток 3 равно или меньше числа полюсов 8 индуктора 1.. Размещение, шаг, и схема соединений дополнительных обмоток 3 определяется конкретными параметрами.

Отдельные дополнительные обмотки

3 могут быть использованы для питания или (и) в качестве источника сигнала устройств управления, регулирования, зашиты и измерения тока возбуждения машины, так как величина

ЭДС е пропорциональна н.с. якоря и, следовательно, току якоря и нагрузф ке машины. Выполнение дополнительных обмоток с шагом согласно изобретению позволяет повысить КПД машины, при этом обмотки якоря 5 машины выполняются с использованием обычной технологии и имеют простую конструкцию.

Формула изобретения

Синхронная электрическая машина, содержащая индуктор, на котором раэмещены основная обмотка постоянного тока и дополнительные обмотки переменного тока, соединенные с основной через преобразователь, и якорь, обмотка которого подключена к комплекс. ной нагрузке через силовой преобразователь, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД машины, шаг дополнительных обьюток выл. полнен в соотношении

;Г„п где у — шаг дополнительных обмотрк

М вЂ” обмоточный коэффициент;

С - полюсное деление индукто4

1 ра;

n=k m, причем m - число. фаз якоря

k<= 2 при m=1 и при m 7 1 для схем преобразователя с нулевым проводом: .k =4 при m > 1 для мостовых схем преобразователя.

20 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР .

le 433613, кл. Н 02 Р 9/14, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 544088, кл. Н 02 P 9/14, 1974 (прототип).

Составитель В.Трегубов

Редактор T.Çà ðåáåëüíàÿ Техред T.Ìàòî÷êà Корректор Г.Orap

Заказ 9737/26 Тираж 733 Подписное фНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иЗобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

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