RU2414039C1 - Modular synchronous electric machine - Google Patents
Modular synchronous electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414039C1 RU2414039C1 RU2010101019/07A RU2010101019A RU2414039C1 RU 2414039 C1 RU2414039 C1 RU 2414039C1 RU 2010101019/07 A RU2010101019/07 A RU 2010101019/07A RU 2010101019 A RU2010101019 A RU 2010101019A RU 2414039 C1 RU2414039 C1 RU 2414039C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- armature
- inductor
- winding
- phase
- poles
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности, к низкооборотным высокомоментным синхронным электрическим двигателям, электроприводам и электрическим генераторам, касается конструктивного исполнения синхронных электрических машин с контактными кольцами любых мощностей - от десятых долей Вт до сотен кВт, и может быть использовано в системах автоматики, в качестве тяговых управляемых и неуправляемых электроприводов, электрических генераторов, многофазных источников питания электрическим током.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to low-speed high-torque synchronous electric motors, electric drives and electric generators, for the design of synchronous electric machines with slip rings of any power - from tenths of a W to hundreds of kW, and can be used in automation systems, as traction controlled and uncontrolled electric drives, electric generators, multiphase power supplies with electric current.
Известны конструкции синхронных машин с трехфазной обмоткой якоря и обмоткой возбуждения индуктора (Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. Стр. 490÷513). Якорь выполняется неявнополюсным, несущим трехфазную распределенную разноименно полюсную p-периодную обмотку, индуктор выполняется явнополюсным или неявнополюсным, несущим разноименно полюсную p-периодную обмотку возбуждения. Электрическая связь с источником питания осуществляется непосредственно и при помощи щеточно-контактного узла. Наибольшее распространение получили синхронные машины, у которых обмотка якоря подключается к нагрузке (в режиме генератора) или к источнику трехфазного напряжения (в режиме двигателя) непосредственно, а обмотка возбуждения индуктора соединена с контактными кольцами и подключается к постоянному источнику напряжения через скользящие контакты при помощи щеток. Синхронные машины малой мощности могут изготавливаться и в обращенном исполнении, когда электрический контакт с обмоткой возбуждения осуществляется непосредственно, а с обмоткой якоря - через щеточно-контактный узел. Недостатком этих электрических машин является сложность выполнения распределенной обмотки якоря, которая имеет меньшую надежность по сравнению с катушечной сосредоточенной обмоткой якоря. Кроме этого, синхронные машины данного класса в режиме двигателя имеют малые пусковые моменты, и для пуска их в ход применяют специальные меры.Known designs of synchronous machines with a three-phase winding of the armature and the excitation winding of the inductor (Ivanov-Smolensky A.V. Electric machines: Textbook for high schools. - M .: Energy, 1980. Pages 490 ÷ 513). The armature is carried out implicitly, carrying a three-phase opposite pole-shaped p-periodic winding, the inductor is carried out explicitly or implicitly, bearing the opposite pole p-period field winding. Electrical communication with the power source is carried out directly and using a brush-contact unit. Synchronous machines are most widely used, in which the armature winding is connected to the load (in generator mode) or to a three-phase voltage source (in motor mode) directly, and the inductor excitation winding is connected to slip rings and connected to a constant voltage source through sliding contacts using brushes . Low-power synchronous machines can also be manufactured in reverse design, when electrical contact with the field winding is carried out directly, and with the armature winding through the brush-contact unit. The disadvantage of these electric machines is the difficulty of performing a distributed winding of the armature, which has less reliability compared to the coil concentrated winding of the armature. In addition, synchronous machines of this class in the engine mode have small starting torques, and special measures are used to start them.
Известен синхронный электродвигатель (А.С. СССР SU №1345291 А1, МПК Н02К 19/02, бюл. №38, 1987 г., автор А.Ф.Шевченко), содержащий статор с трехфазной обмоткой и активный ротор с чередующейся полярностью полюсов, статор выполнен с явно выраженными полюсами, причем числа полюсов статора ZS и ротора ZR выполнены в соотношении ZR=ZS±k, где ZS=3·k, a k=1, 2, 3,…, катушки обмотки статора, принадлежащие одной фазе и расположенные на полюсах, сдвинутых на 360 эл.град., включены встречно. Недостатком описанного синхронного электродвигателя является наличие статора только с трехфазной обмоткой якоря, что уменьшает возможные применения данного устройства.A synchronous electric motor is known (AS USSR SU No. 1345291 A1, IPC Н02К 19/02, bull. No. 38, 1987, author A.F. Shevchenko), comprising a stator with a three-phase winding and an active rotor with alternating polarity of poles, the stator is made with distinct poles, and the number of poles of the stator Z S and the rotor Z R are made in the ratio Z R = Z S ± k, where Z S = 3 · k, ak = 1, 2, 3, ..., the stator winding coils, belonging to one phase and located at the poles shifted by 360 electric degrees are included in the opposite direction. The disadvantage of the described synchronous electric motor is the presence of a stator with only a three-phase winding of the armature, which reduces the possible applications of this device.
Известна принятая за прототип электрическая машина с двухпакетным индуктором (варианты) (Патент RU, 2356154 C1, МПК Н02К 19/06, Н02К 19/20, авторы: Захаренко А.Б., Чернухин В.М.), содержащая якорь с шихтованным сердечником, размещенную на его полюсных выступах многофазную катушечную обмотку, цилиндрический двухпакетный индуктор, содержащий шихтованный сердечник с полюсными выступами, якорь выполнен однопакетным, обмотка якоря состоит из катушек, каждая из которых расположена на отдельном зубце, возбуждение осуществляется кольцеобразной обмоткой, расположенной между двумя сердечниками индуктора, зубцы первого и второго сердечников индуктора размещены друг относительно друга так, что ось каждого зубца первого сердечника совпадает с осью каждого паза второго сердечника индуктора, электрическая машина с двухпакетным индуктором состоит из модулей - «элементарных машин», число зубцов якоря Z1=m·Z1m·c, число зубцов на любом сердечнике индуктора Z2N=Z2S=(m·Z1m±1)·c, где m=2, 3, 4, 5, 6… - число фаз обмотки якоря, Z1m=1, 2, 3, 4… - число зубцов якоря, приходящихся на один модуль, на которых расположены катушки обмотки фазы якоря, с=1, 2, 3, 4… - число модулей, электрическая связь между вращающейся обмоткой электрической машины с двухпакетным индуктором и внешней электрической цепью осуществляется посредством щеток и контактных колец. Недостатком описанной электрической машины является худшее использование ее полезного объема по сравнению с заявляемым изобретением.Known adopted for the prototype electric machine with a two-pack inductor (options) (Patent RU, 2356154 C1, IPC Н02К 19/06, Н02К 19/20, authors: Zakharenko AB, Chernukhin VM), containing an anchor with a lined core a multiphase coil winding placed on its pole projections, a cylindrical two-pack inductor containing a lined core with pole protrusions, the armature is single-packet, the armature winding consists of coils, each of which is located on a separate tooth, the excitation is carried out by a ring-shaped winding, arranged laid between the two cores of the inductor, the teeth of the first and second cores of the inductor are placed relative to each other so that the axis of each tooth of the first core coincides with the axis of each groove of the second core of the inductor, the electric machine with a two-pack inductor consists of modules - "elementary machines", the number of teeth of the armature Z 1 = m · Z 1m · s, the number of teeth on any core of the inductor Z 2N = Z 2S = (m · Z 1m ± 1) · c, where m = 2, 3, 4, 5, 6 ... is the number of winding phases armature, Z 1m = 1, 2, 3, ... 4 - number of teeth of the armature relating to one unit on which the bobbins phase armature winding, c = 1, 2, 3, ... 4 - number of modules, the electrical connection between the rotating electric machine winding dvuhpaketnym inductor and the external electrical circuit is carried out by means of brushes and slip rings. The disadvantage of the described electric machine is the worst use of its useful volume compared with the claimed invention.
Целью настоящего изобретения является улучшение энергетических показателей, увеличение удельного момента на валу электрической машины с контактными кольцами за счет лучшего использования ее полезного объема.The aim of the present invention is to improve energy performance, increase the specific moment on the shaft of an electric machine with slip rings due to the better use of its useful volume.
Наличие щеточно-контактного узла позволяет питать обмотку возбуждения индуктора значительным постоянным (выпрямленным) током и, тем самым, повысить электромагнитные и тепловые нагрузки, а также плавно управлять выходными параметрами синхронной электрической машины. Кроме этого, нет ограничений по выполнению указанных машин больших мощностей и с большими габаритами, а также по их сборке по сравнению с аналогичными магнитоэлектрическими машинами.The presence of a brush-contact unit allows you to power the inductor winding with a significant constant (rectified) current and, thereby, increase electromagnetic and thermal loads, as well as smoothly control the output parameters of a synchronous electric machine. In addition, there are no restrictions on the performance of these machines with large capacities and with large dimensions, as well as their assembly in comparison with similar magnetoelectric machines.
Задачей настоящего изобретения является оптимальный выбор числа явно выраженных полюсов якоря при выполнении сосредоточенной на них m-фазной катушечной обмотки якоря и числа явно выраженных полюсов индуктора при выполнении сосредоточенной на них катушечной обмотки возбуждения индуктора, питаемой через щеточно-контактный узел постоянным (выпрямленным) электрическим током модульной синхронной электрической машины.The objective of the present invention is the optimal choice of the number of pronounced pole of the armature when performing concentrated on them m-phase coil winding of the armature and the number of clearly marked poles of the inductor when performing focused on them coil winding excitation of the inductor, fed through a brush-contact node constant (rectified) electric current modular synchronous electric machine.
Техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение высоких энергетических показателей, большого удельного вращающего момента на валу в режиме электрического двигателя и большой удельной мощности в режиме электрического генератора модульной синхронной электрической машины.The technical result of the present invention is the provision of high energy performance, a large specific torque on the shaft in the electric motor mode and a large specific power in the electric generator mode of a modular synchronous electric machine.
С целью достижения задачи и технического результата изобретения синхронная электрическая машина состоит из модулей. Модуль представляет собой «элементарную машину» в составе синхронной электрической машины. Статор содержит шихтованный из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью сердечник якоря с явно выраженными полюсами и катушечной m-фазной обмоткой якоря, каждая катушка которой размещена на соответствующем явно выраженном полюсе якоря по одной на полюсе, ротор содержит шихтованный из листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью сердечник индуктора с явно выраженными полюсами и катушечной обмоткой возбуждения, каждая катушка которой размещена на соответствующем явно выраженном полюсе индуктора по одной на полюсе, создающей при протекании по ней постоянного (выпрямленного) электрического тока магнитный поток возбуждения индуктора с образующейся в воздушном зазоре чередующейся полярностью «N-S» магнитных полюсов. Сердечник индуктора насажен на втулку или непосредственно на вал (при малых диаметрах ротора). Электрическая связь обмотки возбуждения с источником постоянного (выпрямленного) напряжения осуществляется через скользящий контакт при помощи щеточно-пружинного узла со щетками. С целью повышения технологичности обмоточных работ и увеличения коэффициента заполнения паза явно выраженные полюса индуктора могут выполняться отъемными и крепиться непосредственно к втулке или валу (при малых диаметрах вала). Кроме этого, ротор может быть выполнен с когтеобразными полюсами и кольцевой обмоткой возбуждения индуктора. Возможны исполнения модульной синхронной электрической машины с внешним якорем и внутренним индуктором, с внутренним якорем и внешним индуктором.In order to achieve the objective and the technical result of the invention, a synchronous electric machine consists of modules. The module is an “elementary machine” as part of a synchronous electric machine. The stator contains an anchor core lined from insulated sheets of electrical steel with high magnetic permeability, with pronounced poles and an m-phase coil winding of the armature, each coil of which is placed on the corresponding distinct pole of the armature, one per pole, the rotor contains lined from sheets of electrical steel with high magnetic permeability core of the inductor with pronounced poles and a coil winding, each coil of which is placed on the corresponding clearly cut the connected pole of the inductor one at a time on the pole, which creates a constant (rectified) electric current when the magnetic field excites the inductor with the alternating polarity of the N-S magnetic poles formed in the air gap. The inductor core is mounted on the sleeve or directly on the shaft (for small rotor diameters). The electrical connection of the field winding with a source of constant (rectified) voltage is through a sliding contact using a brush-spring assembly with brushes. In order to increase the manufacturability of winding operations and increase the groove fill factor, pronounced inductor poles can be detachable and attached directly to the sleeve or shaft (for small shaft diameters). In addition, the rotor can be made with claw-shaped poles and an annular field winding of the inductor. Executions of a modular synchronous electric machine with an external armature and an internal inductor, with an internal armature and an external inductor are possible.
В заявляемом изобретении модульная электрическая машина является синхронной машиной, так как частота вращения ее ротора строго пропорциональна частоте питающего напряжения и остается постоянной независимо от изменения механического момента нагрузки на валу (в режиме работы электрическим двигателем). Она может работать как электрическим двигателем (в неуправляемом, управляемом и вентильном режимах), так и электрическим генератором.In the claimed invention, a modular electric machine is a synchronous machine, since the rotational speed of its rotor is strictly proportional to the frequency of the supply voltage and remains constant regardless of changes in the mechanical moment of the load on the shaft (in the operating mode of the electric motor). It can operate as an electric motor (in uncontrolled, controlled and valve modes), and an electric generator.
Обмотка возбуждения индуктора через контактные кольца и щетки может подключаться к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения, а также - к выходным концам фаз m-фазной обмотки якоря через m-фазный диодный мост.The inductor excitation winding through contact rings and brushes can be connected to an independent source of constant (rectified) voltage, as well as to the output ends of the phases of the m-phase armature winding through the m-phase diode bridge.
При применении модульной синхронной электрической машины в качестве синхронного электрического двигателя питание обмотки якоря электрическим током может осуществляться:When using a modular synchronous electric machine as a synchronous electric motor, the armature winding can be supplied with electric current:
- от m-фазного источника переменного напряжения постоянной частоты,- from an m-phase source of alternating voltage of constant frequency,
- от m-фазного источника переменного напряжения регулируемой частоты,- from an m-phase variable voltage source of adjustable frequency,
- от источника постоянного напряжения посредством управляемого инвертора, подающего синусоидальное напряжение на фазы обмотки якоря в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента. Питание обмотки возбуждения индуктора электрическим током в этом случае может осуществляться непосредственно от источника постоянного (выпрямленного) напряжения, либо от выходных концов фаз m-фазной обмотки якоря через m-фазный диодный мост.- from a constant voltage source by means of a controlled inverter supplying a sinusoidal voltage to the phases of the armature winding, depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque. In this case, the electric current of the inductor can be powered directly from a constant (rectified) voltage source, or from the output ends of the phases of the m-phase armature winding through the m-phase diode bridge.
При применении модульной синхронной электрической машины в качестве электрического двигателя постоянного тока с независимым возбуждением питание обмотки якоря электрическим током может осуществляться прямоугольными импульсами напряжения от электронного коммутатора по определенному алгоритму в зависимости от показаний датчика углового положения ротора для достижения максимального вращающего момента. В этом случае обмотка возбуждения индуктора подключена непосредственно к независимому источнику постоянного (выпрямленного) напряжения и получает от него питание электрическим током. В случае применения модульной синхронной электрической машины в качестве электрического двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением обмотка возбуждения индуктора подключена к выходным концам фаз m-фазной обмотки якоря через m-фазный диодный мост и получает от нее питание выпрямленным электрическим током.When using a modular synchronous electric machine as a direct current electric motor with independent excitation, the armature winding can be supplied with electric current by rectangular voltage pulses from the electronic switch according to a certain algorithm depending on the readings of the rotor angular position sensor to achieve maximum torque. In this case, the field winding of the inductor is connected directly to an independent source of constant (rectified) voltage and receives electric power from it. In the case of using a modular synchronous electric machine as a direct current electric motor with sequential excitation, the field coil of the inductor is connected to the output ends of the phases of the m-phase armature winding through the m-phase diode bridge and receives power from it with a rectified electric current.
Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:
фиг.1, фиг.3 - примеры реализации изобретения в виде поперечных разрезов модульной синхронной электрической машины с активным ротором,figure 1, figure 3 - examples of the invention in the form of cross sections of a modular synchronous electric machine with an active rotor,
фиг.2, фиг.4 - примеры реализации изобретения в виде схем соединений катушек m-фазных обмоток якоря при работе модульной синхронной электрической машины в режиме электрического двигателя и векторных диаграмм фазных токов якоря,figure 2, figure 4 - examples of the invention in the form of connection diagrams of coils of m-phase windings of the armature during operation of a modular synchronous electric machine in electric motor mode and vector diagrams of phase currents of the armature,
фиг.5 - общий вид модульной синхронной электрической машины с внешним якорем и внутренним индуктором.5 is a General view of a modular synchronous electric machine with an external armature and an internal inductor.
В соответствии с настоящим изобретением для получения наилучших энергетических показателей при максимальном удельном моменте на валу модульной синхронной электрической машины число явно выраженных полюсов якоря Z1P, число фаз m-фазной обмотки якоря m=3, 4, 5, 6,…, число явно выраженных полюсов в фазе модуля якоря Z1c, число модулей с=1, 2, 3, 4,… и число явно выраженных полюсов индуктора Z2P связаны равенствами (1) и (2):In accordance with the present invention, to obtain the best energy performance at the maximum specific moment on the shaft of a modular synchronous electric machine, the number of pronounced armature poles Z 1P , the number of phases of the m-phase armature winding m = 3, 4, 5, 6, ..., the number of distinct poles in the phase of the armature module Z 1c , the number of modules c = 1, 2, 3, 4, ... and the number of pronounced poles of the inductor Z 2P are related by equalities (1) and (2):
причем при m=3, 5, 7, 9,… - число явно выраженных полюсов в фазе модуля якоря Z1c=1, при m=4, 6, 8, 10,… - число явно выраженных полюсов в фазе модуля якоря Z1c=2, катушки обмотки в фазе модуля якоря при Z1c=2 соединены между собой согласно в магнитном отношении, соответствующие катушки обмотки фазы якоря разных модулей соединены в магнитном отношении встречно, начала фаз обмотки якоря могут принадлежать катушкам, сосредоточенным на явно выраженных полюсах одного из модулей, либо соответствующим катушкам любого модуля, катушки обмотки якоря, принадлежащие одной фазе и одному или разным модулям, могут быть соединены между собой последовательно, параллельно или образовывать последовательно-параллельные электрические цепи, концы фаз модулей обмотки, либо концы фаз обмотки якоря при этом могут быть соединены между собой накоротко, либо концы одноименных фаз, но разных модулей, могут быть соединены между собой накоротко и подключены к входным концам m-фазного диодного моста.moreover, with m = 3, 5, 7, 9, ... - the number of pronounced poles in the phase of the armature module Z 1c = 1, with m = 4, 6, 8, 10, ... - the number of pronounced poles in the phase of the armature module Z 1c = 2, the winding coils in the phase of the armature module at Z 1c = 2 are magnetically interconnected, the corresponding coils of the armature phase of the different modules are magnetically opposed, the beginning of the armature winding phases can belong to the coils focused on the pronounced poles of one of modules, or the corresponding coils of any module, coil windings of the armature belonging to e single phase and one or different modules can be interconnected in series, parallel or form series-parallel electrical circuits, the ends of the phases of the winding modules, or the ends of the phases of the armature windings can be short-circuited, or the ends of the same phases, but different modules can be interconnected shortly and connected to the input ends of the m-phase diode bridge.
Модуль MZ удобно обозначать в виде несократимой дроби MZ=Z1P/Z2P, показывающей соотношение числа явно выраженных полюсов якоря и числа явно выраженных полюсов индуктора в «элементарной машине».The module M Z is conveniently denoted as an irreducible fraction M Z = Z 1P / Z 2P , showing the ratio of the number of pronounced poles of the armature and the number of explicit poles of the inductor in the "elementary machine".
Следует отметить, что направление вращения индуктора в режиме работы модульной синхронной электрической машины электрическим двигателем совпадает с направлением вращения кругового магнитного поля якоря, созданного многофазной системой переменных электрических токов, протекающих по обмотке якоря.It should be noted that the direction of rotation of the inductor in the mode of operation of a modular synchronous electric machine by an electric motor coincides with the direction of rotation of the circular magnetic field of the armature created by the multiphase system of alternating electric currents flowing along the armature winding.
На фиг.1÷4 представлены примеры реализации изобретения в соответствии с равенствами (1) и (2). Положение векторов фазных токов якоря на векторной диаграмме, направления электрических токов, протекающих по катушкам обмотки якоря схемы соединений катушек 4x-фазной обмотки якоря, показанные на фиг.2, и положение сердечника индуктора относительно сердечника якоря модульной синхронной электрической машины в двигательном режиме, показанное на фиг.1, соответствуют одному и тому же моменту времени. Положение векторов фазных токов якоря на векторной диаграмме, направления электрических токов, протекающих по катушкам обмотки якоря схемы соединений катушек 3х-фазной обмотки якоря, показанные на фиг.4, и положение сердечника индуктора относительно сердечника якоря модульной синхронной электрической машины в двигательном режиме, показанное на фиг.3, соответствуют одному и тому же моменту времени. На фиг.2 представлена схема соединений катушек 4x-фазной обмотки якоря для 2x-модульной электрической машины, у которой катушки одного модуля, принадлежащие одной фазе, включены между собой последовательно, а полученные таким образом последовательные электрические цепи разных модулей, принадлежащие одной фазе, включены между собой параллельно. На фиг.4 представлена схема соединений катушек 3x-фазной обмотки якоря для 4x-модульной электрической машины, у которой все катушки одной фазы, но разных модулей, включены между собой последовательно.Figure 1 ÷ 4 presents examples of the invention in accordance with equalities (1) and (2). The position of the vectors of the phase currents of the armature in the vector diagram, the directions of the electric currents flowing along the coils of the armature of the armature of the circuit of the coils of the 4 x- phase armature windings shown in figure 2, and the position of the core of the inductor relative to the core of the armature of a modular synchronous electric machine in motor mode, shown figure 1, correspond to the same point in time. The position of the vectors of the phase currents of the armature in the vector diagram, the directions of the electric currents flowing along the coils of the armature of the armature of the connecting circuit of the coils of the 3 x- phase armature windings shown in Fig. 4, and the position of the core of the inductor relative to the core of the armature of a modular synchronous electric machine in motor mode figure 3, correspond to the same point in time. Figure 2 shows the connection diagram of the coils of a 4 x -phase armature winding for a 2 x -modular electric machine, in which the coils of one module belonging to the same phase are connected in series with each other, and the consequent electrical circuits of different modules belonging to the same phase are interconnected in parallel. Figure 4 shows the connection diagram of the coils of a 3 x -phase armature winding for a 4 x -modular electric machine, in which all the coils of the same phase, but of different modules, are connected in series.
Рассмотрим конструкцию модульной синхронной электрической машины с внутренним индуктором и внешним якорем (фиг.1, фиг.3, фиг.5). Перемагничиваемый с высокой частотой сердечник 2 якоря имеет явно выраженные полюса 3 и выполнен шихтованным из изолированных листов электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. Он запрессован в корпусе 1, который может быть выполнен из стали или из сплава алюминия. Возможен также и бескорпусный вариант. На каждом из явно выраженных полюсов 3 сердечника 2 якоря размещена катушка обмотки 4 якоря. Катушки обмотки 4 якоря выполняются из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины. Они изолируются от ярма и явно выраженных полюсов 3 сердечника 2 якоря корпусной изоляцией. Индуктор при помощи подшипников 11, вала 5 и подшипниковых щитов 10 позиционирован относительно якоря. Вал 5 выполнен из стали. Активная часть индуктора состоит из шихтованного из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью сердечника 7 с явно выраженными полюсами 8, насаженного на втулку 6, выполненную металлической. На явно выраженных полюсах 8 индуктора расположена катушечная обмотка 9 возбуждения индуктора, катушки которой, расположенные на соседних полюсах, соединены между собой согласно в магнитном отношении и выполнены из обмоточного медного провода или обмоточной медной шины. На валу 5 насажена изоляционная неэлектропроводная втулка с контактными кольцами 12, и присоединенными к ним выводными концами обмотки 9 возбуждения индуктора, электрическая связь которой с источником постоянного (выпрямленного) напряжения осуществляется через скользящий контакт при помощи щеточно-пружинного узла со щетками 13. С целью повышения технологичности выполнения обмоточных работ и повышения коэффициента заполнения паза явно выраженные полюса 8 индуктора могут быть выполнены отъемными из материала с высокой магнитной проницаемостью. В этом случае они крепятся непосредственно к втулке 6, выполненной из материала с высокой магнитной проницаемостью. При этом при малых диаметрах ротора вал 5 и втулка 6 могут представлять собой единую деталь, выполненную из материала с высокой магнитной проницаемостью.Consider the design of a modular synchronous electric machine with an internal inductor and an external armature (figure 1, figure 3, figure 5).
Модульная синхронная электрическая машина может работать в двигательном и генераторном режимах.Modular synchronous electric machine can operate in motor and generator modes.
Рассмотрим двигательный режим (фиг.1÷5). На фазы обмотки 4 якоря подают переменное напряжение, по обмотке протекает переменный ток, наводящий переменную во времени МДС якоря. На фиг.2 показана векторная диаграмма фазных токов якоря и схема соединений катушек 4x-фазной обмотки якоря для 2x-модульной машины. На фиг.4 показана векторная диаграмма фазных токов якоря и схема соединений катушек 3x-фазной обмотки якоря для 4x-модульной машины. Симметричные многофазные напряжения, поданные на зажимы этих обмоток, изменяются во времени, и векторы токов на векторных диаграммах поворачиваются в осях координат ху против часовой стрелки. Направления электрических токов, показанные на схемах соединений катушек обмоток якоря, соответствуют моменту времени, когда фазные токи на векторных диаграммах проецируются на ось ординат. Катушки обмотки 4 якоря названы буквой, обозначающей принадлежность к соответствующей фазе, и цифрой, обозначающей номер явно выраженного полюса 3 сердечника 2 якоря. Например, катушка А1 - катушка фазы А, расположенная на первом явно выраженном полюсе 3 сердечника 2 якоря. При протекании по катушкам обмотки 4 якоря переменного электрического тока явно выраженные полюса 3 якоря, намагничиваясь, образуют изменяющиеся во времени южные магнитные полюса «S» и северные магнитные полюса «N» с переменной МДС якоря. При возбуждении явно выраженных полюсов 8 индуктора постоянным (выпрямленным) током, протекающим по обмотке возбуждения 9 индуктора через щетки 13 и контактные кольца 12 от источника постоянного (выпрямленного) напряжения и обратно к нему, в воздушном зазоре образуются неизменяющиеся во времени и с постоянной МДС южные магнитные полюса «S» и северные магнитные полюса «N» индуктора с чередующейся полярностью. Вследствие взаимодействия переменной МДС якоря с постоянной МДС индуктора к ротору приложен однонаправленный вращающий момент. В соответствии с настоящим изобретением за один период изменения магнитного поля ротор поворачивается на два полюсных деления индуктора, т.е. на 2·t2P, где t2P=360°/Z2P. Вследствие этого, при изменении питающих напряжений, поданных на обмотку якоря с частотой ƒ (Гц), ротор перемещается с синхронной частотой вращения n=120·ƒ/Z2P (об/мин). Направление вращения ротора на фиг.1 и фиг.3 показано стрелкой с буквой «n».Consider the motor mode (figure 1 ÷ 5). An alternating voltage is applied to the phases of the winding 4 of the armature, an alternating current flows through the winding, which induces a time-varying MDS of the armature. Figure 2 shows a vector diagram of the phase currents of the armature and the connection diagram of the coils of the 4 x -phase armature winding for a 2 x -modular machine. Figure 4 shows a vector diagram of the phase currents of the armature and the connection diagram of the coils of the 3 x -phase armature winding for a 4 x -modular machine. Symmetric multiphase voltages applied to the terminals of these windings change in time, and the current vectors in the vector diagrams rotate counterclockwise in the coordinate axes xy. The directions of electric currents shown in the connection diagrams of the coils of the armature windings correspond to the point in time when the phase currents in the vector diagrams are projected onto the ordinate axis. The coils of the winding 4 of the anchor are called a letter denoting belonging to the corresponding phase, and a number denoting the number of the pronounced
Рассмотрим генераторный режим (фиг.1÷5). На обмотку возбуждения 9 индуктора от источника питания подают постоянное (выпрямленное) напряжение. При вращении ротора сторонним источником момента с частотой вращения n постоянный магнитный поток индуктора, созданный постоянным током, протекающим по обмотке возбуждения 9 индуктора через контактные кольца 12 и щетки 13 от источника постоянного (выпрямленного) напряжения и обратно к нему, пронизывая воздушный зазор и явно выраженные полюса 3 якоря то со стороны индуктора, то со стороны якоря создает в явно выраженных полюсах 3 якоря переменный магнитный поток, наводящий в катушках обмотки 4 якоря переменную ЭДС. В катушках обмотки 4 якоря, принадлежащих одной фазе, в любой момент времени наводятся одинаковые по величине ЭДС, которые, суммируясь, образуют ЭДС этой фазы. Если внешняя цепь - цепь нагрузки замкнута, то по обмотке 4 якоря протекает m-фазный электрический ток, электрическая мощность отдается потребителю.Consider the generator mode (figure 1 ÷ 5). A constant (rectified) voltage is supplied to the field winding 9 of the inductor from the power source. When the rotor rotates with an external source of torque with a rotational speed n, the constant magnetic flux of the inductor created by the direct current flowing through the
Claims (6)
причем при m=3, 5, 7, 9,… - число явно выраженных полюсов в фазе модуля якоря Z1c=1, при m=4, 6, 8, 10,… - число явно выраженных полюсов в фазе модуля якоря Z1c=2, катушки обмотки в фазе модуля якоря при Z1c=2 соединены между собой согласно в магнитном отношении, соответствующие катушки обмотки фазы якоря разных модулей соединены в магнитном отношении встречно.1. A modular synchronous electric machine, consisting of modules, the number of which c = 1, 2, 3, 4, ..., and containing an anchor with a lined core, a multiphase coil winding of the armature and a cylindrical inductor, characterized in that the stator contains a lined core of the armature with distinct poles and coil m-phase armature winding, each coil of which is placed on the corresponding distinct armature pole, one per pole, the rotor contains a lined core of the inductor with distinct poles and coil winding eniya, each coil which is located on the respective salient pole inductor on one pole, the electrical connection of the field winding to a source of DC (rectified) voltage through a sliding contact by means of brush-spring unit with brushes, the number of salient poles of the armature Z 1p, number phases of the m-phase armature winding m = 3, 4, 5, 6, ..., the number of pronounced poles in the phase of the module of the armature Z 1s , the number of modules c and the number of pronounced poles of the inductor Z 2p are related by equalities (1) and (2):
moreover, with m = 3, 5, 7, 9, ... - the number of pronounced poles in the phase of the armature module Z 1c = 1, with m = 4, 6, 8, 10, ... - the number of pronounced poles in the phase of the armature module Z 1c = 2, the winding coils in the phase of the armature module at Z 1c = 2 are magnetically connected to each other, the corresponding coil windings of the armature phase of the different modules are magnetically opposed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010101019/07A RU2414039C1 (en) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | Modular synchronous electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010101019/07A RU2414039C1 (en) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | Modular synchronous electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2414039C1 true RU2414039C1 (en) | 2011-03-10 |
Family
ID=46311249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010101019/07A RU2414039C1 (en) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | Modular synchronous electric machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2414039C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544341C1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-03-20 | Сергей Михайлович Есаков | Magnetoelectric generator |
RU2557252C2 (en) * | 2013-12-18 | 2015-07-20 | Александр Григорьевич Емельянов | General-purpose electrical machine |
RU2761085C1 (en) * | 2021-04-13 | 2021-12-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Synchronous electric motor |
-
2010
- 2010-01-14 RU RU2010101019/07A patent/RU2414039C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ИВАНОВ-СМОЛЕНСКИЙ А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980, с.490-513. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544341C1 (en) * | 2013-10-24 | 2015-03-20 | Сергей Михайлович Есаков | Magnetoelectric generator |
RU2557252C2 (en) * | 2013-12-18 | 2015-07-20 | Александр Григорьевич Емельянов | General-purpose electrical machine |
RU2761085C1 (en) * | 2021-04-13 | 2021-12-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Synchronous electric motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2016226098A (en) | Rotary electric machine | |
US20160049838A1 (en) | Synchronous machine | |
RU2414039C1 (en) | Modular synchronous electric machine | |
RU2437201C1 (en) | Non-contact electric machine with axial excitation | |
RU2437202C1 (en) | Non-contact magnetoelectric machine with axial excitation | |
RU2390086C1 (en) | Contactless reductor electric machine with combined excitation | |
RU2407135C2 (en) | Contactless reducer electromagnetic machine | |
RU2356154C1 (en) | Electrical machine with double-pack inductor (versions) | |
Sirewal et al. | Analysis of a brushless wound rotor synchronous machine employing a stator harmonic winding | |
RU2586895C1 (en) | Method for electrical power supply | |
RU2414791C1 (en) | Modular electrical machine | |
RU2414793C1 (en) | Non-contact modular magnetoelectric machine | |
RU2392724C1 (en) | Single-phased electric generator | |
RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
RU2477917C1 (en) | Electric reducer machine with polar gear inducer | |
KR20030039945A (en) | Alternators Magnetic Circuit Using Revolving Current | |
RU2437200C1 (en) | Non-contact reduction machine with axial excitation | |
RU2414794C1 (en) | Non-contact modular synchronous magnetoelectric machine | |
RU2414790C1 (en) | Synchronous electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
RU2416858C1 (en) | Electric reduction machine with salient-pole armature | |
RU2414040C1 (en) | Non-contact synchronous magnetic electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
RU2414792C1 (en) | Non-contact magnetic electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
RU2414789C1 (en) | Electric machine with modulated magnetomotive force of armature | |
RU2392723C1 (en) | Contactless reductor magnetoelectric machine with pole geared inductor | |
RU2380814C1 (en) | Contactless electromagnetic machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120115 |