ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 


RU (11) 2088027 (13) C1

(51) 6 H02K16/04, H02K17/16 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 93048245/07 
(22) Дата подачи заявки: 1993.10.18 
(45) Опубликовано: 1997.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Унифицированная серия асинхронных электродвигателей "Интерэлектро" / Под ред. В.И.Радина - М.: Энергоатомиздат, 1990. с. 282 и 284. 2. Авторское свидетельство СССР N 1130975, кл. H 02 K 41/025, 1984. 
(71) Заявитель(и): Смирнов Юрий Васильевич 
(72) Автор(ы): Смирнов Юрий Васильевич 
(73) Патентообладатель(и): Смирнов Юрий Васильевич 

(54) ТРЕХФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 

Название изобретения: трехфазный электродвигатель. Область использования: промышленность, транспорт, строительство. Сущность изобретения: электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет две трехфазные магнитные системы, взаимно расположенные таким образом, что каждой фазе первой магнитной системы соответствует следующая фаза второй магнитной системы. Технический результат: увеличение габаритной мощности и улучшение энергетических характеристик. 10 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области электротехники, в частности к трехфазным электродвигателям, и может быть эффективно использовано в промышленности, транспорте, строительстве и др. отраслях.

Известны трехфазные асинхронные электродвигатели, имеющие статор с распределенной обмоткой и короткозамкнутый ротор, использующие принцип вращающегося магнитного поля [1] Основным недостатком таких электродвигателей является совмещение в одной магнитной системе разнородных функций наведения ЭДС в обмотке ротора и создание рабочего магнитного потока, причем для получения приемлемого значения электромагнитной силы необходим значительный рабочий магнитный поток, который вынужден наводить в проводниках обмотки ротора большую ЭДС. Поэтому, исходя из допустимой линейной нагрузки, в обмотках ротора используется проводниковый материал с высоким удельным электрическим сопротивлением, а с уменьшением диаметра ротора сокращается пространство для размещения обмотки и удельная электромагнитная сила. Другим недостатком традиционных асинхронных электродвигателей является вылет лобовых частей обмотки статора, что существенно увеличивает осевой габарит двигателей и расход проводникового материала.

Наиболее близким по технической сущности является цилиндрический линейный асинхронный электродвигатель, содержащий якорь с чередующейся структурой проводникового и ферромагнитного материала, индуктор с отдельными фазными продольными магнитопроводами, имеющими сосредоточенные обмотки [2] В этом электродвигателе пульсирующие магнитные потоки, создаваемые фазными магнитопроводами, взаимодействуют с токами в проводниках якоря, причем токи, вызванные магнитным потоком каждой фазы, распространяются в зону действия магнитных потоков других фаз. Недостатком этого электродвигателя, как и двигателей по [1] является совмещение в одной магнитной системе функций наведения ЭДС в проводниках якоря и создание рабочих магнитных потоков, взаимодействующих с этими токами.

Целью изобретения является увеличение габаритной мощности и улучшение энергетических характеристик электродвигателя.

Указанная цель достигается тем, что в электродвигателе содержатся две трехфазные магнитные системы, одна из которых служит для наведения ЭДС в проводниках ротора (якоря), а другая для создания рабочих пульсирующих магнитных потоков, взаимодействующих с токами, возникающими под действием вышеуказанных ЭДС. Предлагаемая структура электродвигателя позволяет оптимизировать каждую магнитную систему, исходя из ее функционального назначения. Первая магнитная система перекрывает небольшую часть активной площади ротора (якоря) и поэтому наводит в проводниках ротора (якоря) ЭДС такой величины, которая позволяет выполнить эти проводники медными, снизить объем проводников и повысить допустимую линейную нагрузку. Вторая магнитная система развивает в воздушном зазоре магнитную индукцию, ограниченную только насыщением магнитной цепи, причем на пути каждого рабочего магнитного потока находится только один воздушный зазор, что снижает необходимое значение намагничивающей силы и энергопотребление. У предлагаемого электродвигателя допускается минимально возможный воздушный зазор, а отсутствие вылета лобовых частей обмотки статора позволяет при том же габарите удлинить пакет ротора (активную длину якоря) и увеличить площадь активной поверхности ротора (якоря).

На фиг.1 показана электрическая схема включения электродвигателя при питании от сети промышленной частоты, а на фиг.2 соответствующая этой схеме векторная диаграмма магнитных потоков, ЭДС и токов в роторной обмотке. На фиг. 3, 4 и 5 показаны продольный и поперечные виды электродвигателя вращательного движения. На фиг.6 и 7 представлены поперечный и продольный виды линейного электродвигателя. На фиг.8 показаны временные диаграммы взаимодействующих рабочих магнитных потоков и токов ротора при промышленной частоте, а также создаваемых ими электромагнитных сил. На фиг.9 приведена электрическая схема включения электродвигателя при питании током повышенной частоты, а на фиг.10 -соответствующая этой схеме векторная диаграмма магнитных потоков, ЭДС и токов в обмотке ротора.

На схеме фиг.1 фазные обмотки 1, 2 и 3 магнитных систем МС1 и МС2 электродвигателя соединены в "звезду". Прямое и обратное включение обмоток двигателя осуществляется магнитными пускателями КМ1 и КМ2.

На фиг. 2 показана векторная диаграмма при прямом включении фазовых обмоток (замкнуты контакты КМ1). На диаграмме приняты следующие условные обозначения: 11, 21 и 31 магнитные потоки, создаваемые МС1; 12, 22 и 32 магнитные потоки, создаваемые МС2; E21, E22 и E23 фазные ЭДС обмотки ротора; I21, I22 и I23 фазные роторные токи. При проектировании электродвигателя промышленной частоты обеспечивается при пусковом или номинальном режиме угол сдвига по фазе между ЭДС и током в обмотке ротора 30 градусов, при этом взаимодействующие рабочие магнитные потоки и токи в обмотке ротора совпадают по фазе, что обуславливает максимально возможное и неизменное во времени значение результирующей электромагнитной силы.

Электродвигатель вращательного движения (фиг.2, 4 и 5) содержит немагнитный корпус 1, в котором расположены индукторы 2 и 3 магнитных систем МС1 и МС2, в пазах которых соответственно расположены сосредоточенные обмотки 4 и 5. На валу электродвигателя закреплен пакет ротора 6 с короткозамкнутой медной обмоткой 7. На торцах пакета ротора расположены изоляционные шайбы 8 и медные шайбы 9, к которым крепятся выводы проводников обмотки ротора. На полюсах индукторов указаны номера фаз для случая питания током промышленной частоты.

Линейный электродвигатель (фиг. 6 и 7) включает в себя индукторы 1 и 2 магнитных систем МС1 и МС2 с сосредоточенными обмотками 3 и 4. Опорой якоря является стальная труба 5, на которую намотан из ленты пакет якоря 6. На пакет 6 надеваются, чередуясь, стальные кольца 7 и медные кольца 8. На индукторах указаны номера фаз для случая питания током промышленной частоты.

Электродвигатель работает следующим образом. При подключении обмоток индукторов к трехфазной сети пульсирующие магнитные потоки, создаваемые МС1, охватывают проводники обмотки ротора (якоря) и наводят в них ЭДС, под действием которых в короткозамкнутой обмотке проходят токи, взаимодействующие с рабочими пульсирующими магнитными потоками, создаваемыми МС2. Взаимное расположение полюсов магнитных систем МС1 и МС2 таково, что при питании обмоток токами промышленной частоты каждой фазе МС1 соответствует следующая в прямой или обратной последовательности фаза МС2, обуславливая совпадение по фазе соответствующих токов ротора и рабочих магнитных потоков (фиг.2).

Результирующая электромагнитная сила электродвигателя при промышленной частоте переменного тока и прямой последовательности включения обмоток (фиг. 8) имеет вид:



где m число фаз, n число полюсов на фазу системы МС2; Dр - диаметр ротора (якоря); m2 амплитудное значение фазного магнитного потока; I2m амплитудное значение фазного тока ротора.

Учтем, что 



где k число полюсов на фазу системы МС1; Вm1 и Вm2 - соответственно максимальные значения магнитной индукции в воздушном зазоре систем МС1 и МС2; l1 и l2 осевые размеры индукторов систем МС1 и МС2; R2 и X2 активное и индуктивное сопротивления фазы ротора; f частота переменного тока. Подставив (2) и (3) в (1), для удельной электромагнитной силы найдем:



где l осевой размер пакета ротора (активная длина якоря). При реальном значении параметров из (4) для электродвигателя вращательного движения и линейного электродвигателя соответственно имеем:





Удельная электромагнитная сила предлагаемого электродвигателя пропорциональна частоте переменного тока, длине ротора (активной длине якоря) и обратно пропорциональна активному сопротивлению фазы ротора. Таким образом предлагаемый электродвигатель наиболее эффективен при использовании медных обмоток ротора и повышенной частоты переменного тока, а конструктивно при удлиненном роторе.

Из диаграммы фиг. 8 следует, что время периода переменного тока каждая пульсирующая электромагнитная сила дважды проходит через максимум. Поэтому синхронная частота вращения ротора электродвигателя равна 240 f/n об/мин, а установившееся значение скорости холостого хода линейного электродвигателя равно 4f м/с, где полюсное деление системы МС2.

На электрической схеме фиг.9 обмотки 12, 23 и 31 магнитной системы МС2 соединены в "треугольник"; соответственно на векторной диаграмме фиг.10 обозначены: f212, 223 и 231 магнитные потоки, созданные МС2. Остальные векторы имеют те же обозначения, что и на фиг.2. При проектировании электродвигателей повышенной частоты при пусковом или номинальном режиме обеспечивается угол сдвига по фазе между ЭДС и током в обмотке ротора 60o, при этом взаимодействующие рабочие магнитные потоки и токи в обмотке ротора совпадают по фазе (фиг. 10), что обуславливает максимально возможное и неизменное во времени значение результирующей электромагнитной силы. Расчет результирующей электромагнитной силы производится идентично вышеуказанному.

Конструкция предлагаемого электродвигателя проста и технологична. Разделение магнитной цепи электродвигателя на две системы позволяет их оптимизировать, исходя из функциональных требований. Сокращение воздушного зазора до минимально возможного значения, использование медных проводников в обмотке ротора (якоря), повышение магнитной индукции в воздушном зазоре позволяют повысить габаритную мощность и улучшить энергетические показатели электродвигателя. Наибольшая эффективность достигается у электродвигателей, питаемых током повышенной частоты. Удобная компоновка линейного электродвигателя обуславливает минимальный осевой габарит статора и минимально возможную габаритную мощность. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Трехфазный электродвигатель, содержащий статор с продольными магнитопроводами, в пазах которых находятся сосредоточенные обмотки и короткозамкнутый ротор (якорь), отличающийся тем, что имеет две трехфазные магнитные системы, причем взаимное расположение полюсов индукторов магнитных систем выполнено таким образом, что каждой фазе первой магнитной системы соответствует следующая в прямой или обратной последовательности фаза второй магнитной системы.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru