RU175549U1

RU175549U1 - High speed electromechanical energy converter

Info

Publication number: RU175549U1
Application number: RU2017114756U
Authority: RU
Inventors: Флюр Рашитович Исмагилов; Ирек Ханифович Хайруллин; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Айбулат Халяфович Минияров; Антон Александрович Меднов
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2017-12-08

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в магнитоэлектрических генераторах автономных систем электроснабжения.Технический результат: повышение надежности и энергоэффективности высокооборотного синхронного генератора обращенной конструкции.Сущность полезной модели: электрическая машина, содержащая ротор с постоянными магнитами, магнитопровод с зубцовой обмоткой, что выполнена в виде шестифазного синхронного генератора с выходом на три фазы, при этом ротор выполнен внешним, зубцовая обмотка выполнена в виде двух последовательно соединенных обмоток, одна из которых соединена в звезду, а другая - в треугольник, причем при насыщении стали магнитопровода статора пространственный сдвиг между частями зубцовой обмотки составляет более πm/3р, гдеm -целое число;р - число пар полюсов,при этом площадь паза в магнитопроводе статора остается неизменной.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in magnetoelectric generators of autonomous power supply systems. Technical result: improved reliability and energy efficiency of a high-speed synchronous generator with reversed design. The essence of the utility model: an electric machine containing a rotor with permanent magnets, a magnetic circuit with a gear winding, which is made in the form of a six-phase synchronous generator with access to three phases, while the rotor is made external, the serration winding you filled in the form of two series-connected windings, one of which is connected to a star and the other to a triangle, and when the stator magnetic steel is saturated, the spatial shift between the parts of the tooth winding is more than πm / 3p, where m is an integer; p is the number of pole pairs, while the groove area in the stator magnetic circuit remains unchanged.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в магнитоэлектрических генераторах автономных систем электроснабжения.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in magnetoelectric generators of autonomous power supply systems.

Известна статорная комбинированная обмотка асинхронного генератора [патент РФ №2249290 С1, МПК Н02К 17/14, 27.03.2005], состоящая из 18 катушечных групп. Конец 1-й катушечной группы соединен с началом 10-й катушечной группы, конец 3-й - с началом 12-й, конец 5-й - с началом 14-й, конец 7-й - с началом 16-й, конец 9-й - с началом 18-й, конец 11-й - с началом 2-й, конец 13-й - с началом 4-й, конец 15-й - с началом 6-й, конец 17-й - с началом 8-й. Выводы, составляющие «звезду», взяты от начал 3-й, 9-й и 15-й катушечных групп. Дополнительные выводы, составляющие «треугольник», взяты от объединенных концов 4-й, 6-й, 8-й катушечных групп, от объединенных концов 10-й, 12-й, 14-й катушечных групп и от объединенных концов 16-й, 18-й, 2-й катушечных групп, от объединенных начал 5-й и 7-й катушечных групп, от объединенных начал 11-й и 13-й катушечных групп и от объединенных начал 17-й и 1-й катушечных групп.Known stator combined winding of an asynchronous generator [RF patent №2249290 C1, IPC НКК 17/14, 03/27/2005], consisting of 18 coil groups. The end of the 1st coil group is connected to the beginning of the 10th coil group, the end of the 3rd - with the beginning of the 12th, the end of the 5th - with the beginning of the 14th, the end of the 7th - with the beginning of the 16th, the end of 9 -th - with the beginning of the 18th, the end of the 11th - with the beginning of the 2nd, the end of the 13th - with the beginning of the 4th, the end of the 15th - with the beginning of the 6th, the end of the 17th - with the beginning of 8 th. The conclusions that make up the "star" are taken from the beginnings of the 3rd, 9th and 15th coil groups. Additional conclusions that make up the “triangle” are taken from the combined ends of the 4th, 6th, 8th coil groups, from the combined ends of the 10th, 12th, 14th coil groups and from the combined ends of the 16th 18th, 2nd reel groups, from the combined beginnings of the 5th and 7th reel groups, from the unified beginnings of the 11th and 13th reel groups and from the unified beginnings of the 17th and 1st reel groups.

Недостатками данного устройства является сложность конструкции, потребление большой реактивной мощности, а также высокие массогабаритные показатели.The disadvantages of this device is the design complexity, the consumption of large reactive power, as well as high overall dimensions.

Известен генератор переменного тока с комбинированным возбуждением [патент РФ №2262178 С1, МПК Н02К 19/36, 10.10.2005], содержащий выпрямитель, к выходам «плюс» и «минус» которого параллельно подключена обмотка возбуждения, а к входу - статорная трехфазная обмотка и конденсаторы возбуждения, содержит диоды, токоограничивающий резистор и контакты, при этом конденсаторы возбуждения через контакты соединены с фазными выводами статорной обмотки, диоды катодами соединены через токоограничивающий резистор с «плюсом» выпрямителя и обмоткой возбуждения, а аноды диодов соединены либо с отпайками статорной обмотки, либо с ее фазными выводами со стороны подключения нагрузки.A known alternating current generator with combined excitation [RF patent No. 2262178 C1, IPC Н02К 19/36, 10/10/2005] containing a rectifier, to the plus and minus outputs of which an excitation winding is connected in parallel, and a three-phase stator winding is connected to the input and excitation capacitors, contains diodes, a current-limiting resistor and contacts, while the excitation capacitors through the contacts are connected to the phase terminals of the stator winding, the diodes are connected by cathodes through the current-limiting resistor with the plus of the rectifier and the field winding, and the anodes of the diodes are connected either with the taps of the stator winding, or with its phase terminals on the load connection side.

Недостатками данного устройства являются высокие массогабаритные показатели, сложность конструкции. Кроме того, недостатком является температурное ограничение режима работы из-за использования полупроводниковых материалов.The disadvantages of this device are high overall dimensions, design complexity. In addition, the disadvantage is the temperature limitation of the operating mode due to the use of semiconductor materials.

Известна синхронная электрическая машина [патент РФ №2311715 С1, МПК Н02К 19/02, 27.11.2007], содержащая статор с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой расположена на отдельном зубце, катушки в катушечной группе соединены между собой встречно, и индуктор ротора, полюса которого выполнены с чередующейся полярностью, при этом число катушек в каждой катушечной группе статора составляет λ=3, 5, 7… - целое положительное нечетное число, большее или равное 3. Объединение катушек в группы, таким образом, чтобы число зубцов Z статора, число λ катушек в катушечной группе статора, число d катушечных групп в фазе и число р пар полюсов ротора были связаны определенными соотношениями.Known synchronous electric machine [RF patent No. 2311715 C1, IPC НКК 19/02, 11/27/2007] containing a stator with a multiphase coil winding, each coil of which is located on a separate tooth, the coils in the coil group are connected to each other, and the rotor inductor, the poles of which are made with alternating polarity, while the number of coils in each stator coil group is λ = 3, 5, 7 ... is a positive odd integer greater than or equal to 3. The coils are combined into groups so that the number of stator teeth Z number katu ns in the stator coil group, the number d of coil groups in phase and the number p of rotor pole pairs were connected by certain relations.

Недостатками данного устройства являются высокие массогабаритные показатели, а также сложная система питания электрической машины, которая увеличивает потери энергии на возбуждение стартера.The disadvantages of this device are high weight and size indicators, as well as a complex power system of an electric machine, which increases the energy loss on the excitation of the starter.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемый полезной подели является высокоскоростный многофазный синхронный генератор [патент РФ №2599056 С1, МПК Н02К 16/04, 10.10.2016], содержащий n одинаковых статоров для каждой из фаз, собранных из отдельных сегментов, набранных из листов аморфной стали, зубцовую обмотку, уложенную в пазы каждого соответствующего статора так, что каждая отдельная секция зубцовой обмотки образует с соответствующим ей зубцом отдельный полюс, секции зубцовой обмотки соединены согласно схеме. Статоры повернуты друг относительно друга так, что лобовые части занимают свободные от зубцовой обмотки промежутки и, по возможности, на величину пространственного угла α. Магниты из редкоземельных материалов расположены на роторе генератора, образующие n полюсов каждой отдельной однофазной электрической машины. Ротор электрической машины установлен на дополнительные газодинамические подшипникиThe closest in technical essence and the achieved result to the claimed useful dividend is a high-speed multiphase synchronous generator [RF patent No. 2599056 C1, IPC Н02К 16/04, 10/10/2016] containing n identical stators for each of the phases assembled from separate segments recruited from sheets of amorphous steel, a tooth winding laid in the slots of each respective stator so that each individual section of the tooth winding forms a separate pole with the corresponding tooth, sections of the tooth winding are connected according to the diagram. The stators are rotated relative to each other so that the frontal parts occupy the spaces free from the tooth winding and, if possible, by the value of the spatial angle α. Rare earth magnets are located on the rotor of the generator, forming n poles of each individual single-phase electric machine. The rotor of the electric machine is mounted on additional gas-dynamic bearings

Недостатками данного устройства являются пониженная мощность и КПД самого устройства, вследствие больших потерь на вихревые токи и перемагничивание, возникающих в статоре, а также большие массогабаритные показатели синхронного генератора и сложность его конструкции.The disadvantages of this device are the reduced power and efficiency of the device itself, due to the large losses of eddy currents and magnetization reversal occurring in the stator, as well as the large weight and size characteristics of the synchronous generator and the complexity of its design.

Задача полезной модели - создание синхронной электрической машины с повышенным КПД, уменьшенными массогабаритными показателями машины и расширенными функциональными возможностями, а также увлечение ресурса, благодаря применению зубцовой и комбинированной обмотокThe objective of the utility model is the creation of a synchronous electric machine with increased efficiency, reduced overall dimensions of the machine and enhanced functionality, as well as the fascination of the resource, thanks to the use of tooth and combined windings

Техническим результатом является повышение надежности и энергоэффективности высокооборотного синхронного генератора обращенной конструкции.The technical result is to increase the reliability and energy efficiency of a high-speed synchronous generator with reversed design.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что электрическая машина, содержащая ротор с постоянными магнитами, магнитопровод с зубцовой обмоткой, согласно полезной модели выполнена в виде шестифазного синхронного генератора с выходом на три фазы, при этом ротор выполнен внешним, зубцовая обмотка выполнена в виде двух последовательно соединенных обмоток, одна из которых соединена в звезду, а другая - в треугольник, причем при насыщении стали магнитопровода статора пространственный сдвиг между частями зубцовой обмотки составляет более πm/3р, гдеThe problem is solved and the specified result is achieved by the fact that the electric machine containing a rotor with permanent magnets, a magnetic circuit with a gear winding, according to a utility model is made in the form of a six-phase synchronous generator with three phases, while the rotor is made external, the gear winding is made in the form two series-connected windings, one of which is connected to a star and the other to a triangle, and when the stator magnetic steel is saturated, the spatial shift between the parts of the the winding is more than πm / 3p, where

m -целое число;m is an integer;

р - число пар полюсов,p is the number of pairs of poles,

при этом площадь паза в магнитопроводе статора остается неизменной.while the groove area in the stator magnetic circuit remains unchanged.

Сущность полезной модели поясняется по чертежам. На фиг. 1 изображен высокооборотный электромеханический преобразователь энергии в продольном разрезе, фиг. 2 изображен высокооборотный электромеханический преобразователь энергии в поперечном разрезе.The essence of the utility model is illustrated by the drawings. In FIG. 1 shows a high-speed electromechanical energy converter in longitudinal section, FIG. 2 shows a high-speed electromechanical energy transducer in cross section.

Высокооборотный электромеханический преобразователи энергии содержит магнитопровод статора 1, (фиг. 1) набранный из листов аморфной стали, уложенную в пазы зубцовую совмещенную обмотку 2, постоянные магниты 3 (фиг. 2), расположенные внутри вала 4. Кроме того, для минимизации высших гармоник зубцовая обмотка 2 выполнена в виде двух последовательно соединенных обмоток, а другая - в треугольник с возможного наведении ЭДС, причем токи в обмотке 2, соединенной в треугольник, меньше в 1,73 раза, поэтому число витков в катушках, соединенных в треугольник, умножено на этот коэффициент, что снижает площадь сечения проводника на этот же коэффициент, благодаря чему обеспечивается одинаковая геометрия паза магнитопровода статора. На основании вышеуказанного, пространственный сдвиг между частями зубцовой обмотки, соединенными по схемам соединений «звезда» и «треугольник», при насыщении магнитопровода статора составляет более πm/(3p).A high-speed electromechanical energy converter contains a stator magnetic circuit 1, (Fig. 1) assembled from sheets of amorphous steel, grooved combined winding 2, permanent magnets 3 (Fig. 2) located inside the shaft 4. In addition, toothed harmonics can be minimized winding 2 is made in the form of two series-connected windings, and the other into a triangle with possible induction of EMF, and the currents in winding 2 connected in a triangle are 1.73 times less, so the number of turns in the coils connected in a triangle multiplied by this coefficient, which reduces the cross-sectional area of the conductor by the same coefficient, which ensures the same geometry of the groove of the stator magnetic circuit. Based on the foregoing, the spatial shift between the parts of the tooth winding connected according to the star and triangle connections when saturating the stator magnetic circuit is more than πm / (3p).

Высокооборотный электромеханический преобразователь энергии работает следующим образом. Магнитный поток каждого постоянного магнита 3 проходит через воздушный зазор, ближайший зубец магнитопровода статора 1, ярмо магнитопровода статора, следующий зубец магнитопровода статора, воздушный зазор, следующий постоянный магнит 3 и замыкается по ярму ротора. Поле постоянных магнитов 3, перемещаясь вместе с валом 4, пересекает совмещенную зубцовую обмотку 2 магнитопровода статора, в которых наводится ЭДС с пространственным сдвигом фаз, при этом выходное напряжение из треугольника складывается с выходным напряжением звезды.High-speed electromechanical energy converter operates as follows. The magnetic flux of each permanent magnet 3 passes through the air gap, the nearest tooth of the stator magnetic circuit 1, the yoke of the stator magnetic circuit, the next tooth of the stator magnetic circuit, the air gap, the next permanent magnet 3 and is closed by the rotor yoke. The field of permanent magnets 3, moving together with the shaft 4, intersects the combined tooth winding 2 of the stator magnetic circuit, in which the emf is induced with a spatial phase shift, while the output voltage from the triangle is added to the output voltage of the star.

Таким образом, обеспечивается повышение надежности и увеличение КПД, а также снижение массогабаритных показателей высокооборотного электромеханического преобразователя энергии за счет применения совмещенной зубцовой обмотки.Thus, it provides an increase in reliability and an increase in efficiency, as well as a decrease in the overall dimensions of a high-speed electromechanical energy converter through the use of a combined tooth winding.

Заявленная полезная модель обеспечивает лучшие выходные энергетические характеристики во всех режимах работы за счет использования совмещенной зубцовой обмотки и сердечника магнитопровода статора из листов аморфной стали, минимальные габариты, благодаря использованию совмещенной зубцовой обмотки.The claimed utility model provides the best output energy characteristics in all operating modes due to the use of a combined tooth winding and the core of the stator magnetic core made of sheets of amorphous steel, minimal dimensions due to the use of a combined tooth winding.

Claims

An electric machine containing a rotor with permanent magnets, a magnetic circuit with a tooth winding, characterized in that it is made in the form of a six-phase synchronous generator with three phases, the rotor is made external, the tooth winding is made in the form of two series-connected windings, one of which is connected into a star, and the other into a triangle, and when the stator magnetic steel is saturated, the spatial shift between the parts of the dentic winding is more than πm / 3p, where

m is an integer;

p is the number of pairs of poles,

while the groove area in the stator magnetic circuit remains unchanged.