асинхронный конденсаторный двигатель

Использование: в приводах герметичных холодильных компрессоров. Сущность изобретения: листы 1 статора выполнены с двумя симметричными сегментными срезами 7 в спинке 8 статора, сечение пазов 9 у срезов меньше, чем у остальных пазов 2. В части пазов 2 уложены витки обеих фазных обмоток с послойным чередованием. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2007009

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к асинхронным двигателям, используемым в качестве привода герметичных холодильных компрессоров.

Известен асинхронный двигатель с повышенным сопротивлением пусковой фазы. Он содержит размещенные на статоре две взаимно перпендикулярные обмотки, одна из которых является рабочей, подключенной к сети в течение всего времени работы двигателя, а другая — пусковой и подключается только на время пуска. Пусковая обмотка имеет повышенное активное сопротивление, в 4-5 раз превышающее сопротивление рабочей обмотки, и выполняется из провода малого сечения. Ввиду малого объема, занимаемого пусковой обмоткой, пазы статора, в которых она располагается, выполняются с площадью поперечного сечения меньшей, чем площадь поперечного сечения остальных пазов. В результате появляется возможность выполнения листов статора с сегментными срезами у пазов пусковой обмотки, что существенно упрощает процесс их изготовления и приводит к меньшему расходу электротехнической стали.

Однако такой тип электродвигателя имеет невысокие энергетические показатели, обусловленные работой только одной обмотки статора и, следовательно, наличием эллиптического поля в машине.

Известен также асинхронный конденсаторный двигатель, который принят за прототип, содержащий шихтованный из листов сердечник статора с пазами, размещенные в них две взаимно перпендикулярные синусные обмотки и короткозамкнутый ротор в виде беличьей клетки, а также конденсатор, включенный последовательно с одной из обмоток и служащий для обеспечения временного сдвига фаз обмоток. Такой тип двигателя имеет лучшие энергетические показатели, так как две обмотки создают круговое поле в машине и на номинальном режиме его работы обеспечивают получение повышенного КПД.

Однако в известном асинхронном конденсаторном двигателе обе обмотки имеют одинаковые сечения в пазу, поэтому все пазы выполняются с одинаковой площадью поперечного сечения, что приводит к необходимости выполнять листы статора круглыми. Такое выполнение листов влечет за собой удорожание двигателя за счет повышенного отхода материала при штамповке листов и усложнение технологии его изготовления.

Целью изобретения является упрощение технологии изготовления и снижение стоимости двигателя.

Цель достигается тем, что в асинхронном конденсаторном двигателе, содержащем шихтованный из листов сердечник статора с пазами, размещенные в них две взаимно перпендикулярные синусные обмотки, включенный последовательно с одной из них конденсатор и короткозамкнутый ротор, листы сердечника статора выполнены с двумя симметричными сегментными срезами в области спинки статора, пазы у срезов имеют меньшую площадь поперечного сечения по сравнению с остальными пазами, а часть последних заполнена витками обеих обмоток.

На фиг. 1 изображен двигатель, поперечное сечение; на фиг. 2 — обмотка двигателя; на фиг. 3 — паз, заполненный послойно двумя обмотками, поперечное сечение.

Асинхронный конденсаторный двигатель содержит шихтованный из листов 1 сердечник статора с пазами 2, размещенные в них две взаимно перпендикулярные синусные обмотки 3 и 4, подключенный последовательно к одной из них конденсатор 5 и короткозамкнутый ротор 6. Листы 1 сердечника статора выполнены с двумя симметричными сегментными срезами 7. В области спинки 8 статора пазы 9 у срезов 7 имеют меньшую площадь поперечного сечения по сравнению с пазами 2, а часть последних заполнена витками обеих обмоток 3 и 4. Фазные обмотки 3 и 4 содержат одинаковое по объему количество обмоточной меди для получения одинаковых намагничивающих сил обмоток. Проводники распределены по пазам синусоидально.

Изменение площади пазов 9 и схемы размещения в пазах 2 и 9 обмоток 3 и 4 позволяет для изготовления асинхронного конденсаторного двигателя использовать листы с уменьшенным расходом материала при штамповке, тем самым упростить технологию изготовления двигателя и снизить его стоимость. Помимо этого, вышеуказанное выполнение позволяет унифицировать листы статора асинхронного двигателя с пусковой обмоткой и асинхронного конденсаторного двигателя и в результате за счет снижения номенклатуры выпускаемых деталей уменьшить затраты на производство таких двигателей.

Послойное расположение проводников в пазах, заполненных обеими обмотками, позволяет увеличить объем, в котором находятся витки любой из этих обмоток, что позволяет уменьшить потери, связанные с поверхностным эффектом.

Расположение пазов, в которых уложены витки обеих обмоток, между пазами, в которые уложены витки только одной обмотки, позволяет уменьшить искажение магнитного поля в межвитковом пространстве. (56) Лопухина Е. М. и Семенчуков Г. А. Проектирование асинхронных микродвигателей с применением ЭВМ. М. : Высшая школа, 1980, с. 29.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. АСИНХРОННЫЙ КОНДЕНСАТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий шихтованный из листов сердечник статора с пазами, размещенные в пазах две взаимно перпендикулярные синусные обмотки, включенный последовательно с одной из них конденсатор и короткозамкнутый ротор, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления и снижения стоимости, листы сердечника статора выполнены с двумя симметричными сегментными срезами в области спинки статора, пазы у срезов имеют меньшую площадь поперечного сечения по сравнению с остальными пазами, а часть последних заполнена витками обеих обмоток.

2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что витки обеих обмоток, размещенные совместно в части пазов, уложены в каждом пазу с послойным чередованием.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что пазы с уложенными в них витками обеих обмоток расположены между пазами, в которых уложены витки только одной обмотки.

асинхронный двигатель

Использование: в качестве двигателей систем, требующих экстренного торможения, например, лифтов. Асинхронный двигатель включает запрессованный в станину статор, содержащий обмотку, закрепленный на стальном валу ротор, имеющие сквозное отверстие подшипниковые задний и передний щиты, соединенные со станиной, установленный на валу вентилятор с кожухом. Двигатель снабжен тормозным устройством, расположенным между задним подшипниковым щитом и вентилятором и состоящим из кольцевого электромагнита с сердечником и катушкой, закрепленного винтами на образованной на заднем щите опорной площадке, и подпружиненного относительно кольцевого электромагнита кольцевого якоря, установленного с возможностью смыкания с ним в рабочем состоянии при одновременной подаче напряжения на обмотку двигателя, и катушку электромагнита и размыкания с ним с одновременным смыканием с вентилятором при отключении напряжения. Вентилятор выполнен, массой, составляющей не менее 5% массы ротора двигателя, подпружинен относительно подшипникового щита, снабжен на торце вала упорной шайбой и установлен на валу посредством шпонки с возможностью осевого перемещения и выставления зазора между кольцевым якорем и сердечником кольцевого электромагнита, равного 0,2 — 2,05 мм. В торец вала ввернута шпилька, на шпильку навернута гайка, взаимодействующая с упорной шайбой вентилятора. Технический результат состоит в обеспечении надежной и долговечной работы в условиях необходимости экстренных торможений и многократных включений и выключений двигателя. 11 з.п.ф-лы, 19 ил.

Рисунки к патенту РФ 2171542

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве двигателей систем, требующих экстренного торможения, например, лифтов.

Наиболее близким к изобретению по своей сущности и достигаемому результату является асинхронный двигатель, включающий запрессованный в станину статор, содержащий обмотку из отдельных катушек, изолированных друг от друга и от статора, сердечник, состоящий из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга электроизоляционным покрытием, закрепленный на стальном валу ротор, также состоящий из штампованных листов из электротехнической стали с пазами для обмотки, которая представляет собой короткозамкнутую клетку и выполнена из алюминия методом литья под давлением, имеющие сквозное отверстие подшипниковые задний и передний щиты, соединяющие ротор со станиной, установленный на валу вентилятор с кожухом, блок зажимов в виде панели для подсоединения двигателя к трехфазной сети (см., например, Сергеев П. С. и др., Проектирование электрических машин, М.: Энергия, 1969, с. 175-194).

Задачей настоящего изобретения является обеспечение надежности работы при необходимости экстренного торможения систем, для которых двигатель предназначен, и повышение срока службы.

Поставленная задача решается за счет того, что асинхронный двигатель, включающий запрессованный в станину статор, содержащий обмотку из отдельных катушек, изолированных друг от друга и от статора, сердечник, состоящий из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга электроизоляционным покрытием, закрепленный на стальном валу ротор, также состоящий из штампованных листов из электротехнической стали с пазами для обмотки, которая представляет собой коротко-замкнутую клетку и выполнена из алюминия методом литья под давлением, имеющие сквозное отверстие подшипниковые задний и передний щиты, соединяющие ротор со станиной, установленный на валу вентилятор с кожухом, блок зажимов в виде панели для подсоединения двигателя к трехфазной сети, согласно изобретению снабжен тормозным устройством, расположенным между задним подшипниковым шитом и вентилятором, причем тормозное устройство состоит из кольцевого электромагнита с сердечником и катушкой, закрепленного винтами на образованной на заднем щите опорной площадке и подпружиненного кольцевого якоря, установленного на электромагните с возможностью смыкания с ним в рабочем состоянии при одновременной подаче напряжения на обмотки двигателя и электромагнита и размыкания с ним с одновременным смыканием с вентилятором при отключении напряжения, а вентилятор выполнен массой, составляющей не менее 5% массы ротора двигателя, а вентилятор подпружинен, снабжен упорной шайбой и установлен на валу посредством шпонки с возможностью осевого перемещения и выставления величины зазора между якорем и сердечником электромагнита, равной 0,2 — 2,05 мм, посредством шпильки, ввернутой в торец вала, навернутой на шпильку гайки, взаимодействующей с упорной шайбой вентилятора, и тарированных на указанную величину зазора щупов.

При этом катушки могут быть выполнены из эмалированного круглого провода, а станина — из алюминия или чугуна.

Станина может быть снабжена расположенными продольными охлаждающими ребрами по ее наружной поверхности, а также опорными лапами для крепления на фундаменте.

Опорные лапы могут быть выполнены за одно целое со станиной или съемными.

Коробка выводов может быть выполнена за одно целое со станиной.

Блок зажимов может быть выполнен в виде колодки из пластмассы с залитыми контактными винтами, к которым подсоединены выводные проводники от обмотки статора.

Коробка выводов может быть снабжена защитной крышкой с резиновой прокладкой.

Сердечник ротора может быть выполнен из листов электротехнической стали, штампуемых из высечки листов статора и залитых алюминием.

Смотрите так же:  Компенсация военным в казахстане

Подшипники заднего и переднего щитов могут быть выполнены одного типоразмера.

Вентилятор может быть выполнен из чугуна.

Опорная площадка заднего щита может быть выполнена с углублениями и тремя резьбовыми отверстиями для крепления тормозного устройства.

Кожух вентилятора может быть выполнен штампованным из стали толщиной 0,8-1,0 мм и имеет на торце сквозные отверстия.

Приведенная совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата, выражающегося в обеспечении надежной и долговечной работы в условиях необходимости экстренных торможений и многократных включений и выключений двигателя.

Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез;
на фиг. 2 — то же, вид с торца;
на фиг. 3 — вид по стрелке А на фиг 1;
на фиг. 4 — вид по стрелке Б на фиг 2;
на фиг. 5 — вал, вид сбоку с частичным продольным разрезом;
на фиг. 6 — разрез по С-С на фиг 5;
на фиг. 7 — разрез по Д-Д на фиг 5;
на фиг. 8 — разрез по Е-Е на фиг 5;
на фиг. 9 — разрез по И-И на фиг 5;
на фиг. 10 — ротор, вид сбоку;
на фиг. 11 — щит подшипниковый, вид с торца;
на фиг. 12 — разрез по К-К фиг. 11;
на фиг. 13 — последовательность сборки тормозного устройства;
на фиг. 14 — катушка, вид спереди;
на фиг. 15 — лист ротора, вид спереди;
на фиг. 16 — лист статора, вид спереди;
на фиг. 17 — сердечник ротора, вид спереди с частичным разрезом;
на фиг. 18 — сердечник статора, вид спереди с частичным разрезом;
на фиг. 19 — подшипниковый щит, поперечный разрез.

Асинхронный двигатель включает запрессованный в станину 1 статор 2, содержащий обмотку 3 из отдельных катушек 4, изолированных друг от друга и от сердечника 5 статора 2, сердечник 5, состоящий из листов 6 электротехнической стали, изолированных друг от друга электроизоляционным покрытием (на чертежах не показано), закрепленный на стальном валу 7 ротор 8, также состоящий из штампованных листов 9 из электротехнической стали с пазами 10 для обмотки 11, которая представляет собой короткозамкнутую клетку 12 и выполнена из алюминия методом литья под давлением, имеющие сквозные отверстия 13 подшипниковые задний 14 и передний 15 щиты, соединенные со станиной 1, установленный на валу 7 вентилятор 16 с кожухом 17, блок зажимов 18 в виде панели для подсоединения двигателя к трехфазной сети. Двигатель снабжен тормозным устройством 19, расположенным между задним подшипниковым щитом 14 и вентилятором 16. Тормозное устройство 19 состоит из кольцевого электромагнита 20 с сердечником 21 и катушкой 22, закрепленного винтами 23 на образованной на заднем щите 14 опорной площадке 24 и подпружиненного относительно него кольцевого якоря 25, установленного с возможностью смыкания с ним в рабочем состоянии при одновременной подаче напряжения на обмотку 3 двигателя и катушку 22 электромагнита 20 и размыкания с ним с одновременным смыканием с вентилятором 16 при отключении напряжения. Вентилятор 16 выполнен массой, составляющей не менее 5% массы ротора 8 двигателя, при этом вентилятор подпружинен пружиной 26 относительно заднего подшипникового щита 14 или подшипника 27, снабжен упорной шайбой 28 на торце вала 7 и установлен на валу 7 посредством шпонки 29 с возможностью осевого перемещения и выставления величины зазора между кольцевым якорем 25 и сердечником 21 кольцевого электромагнита 20, равной 0,2-2,05 мм, посредством шпильки 30, ввернутой в торец 31 вала 7, навернутой на шпильку 30 гайки 32, взаимодействующей с упорной шайбой 28 вентилятора 16.

При этом катушки 4 выполнены из эмалированного круглого провода, а станина 1 — из алюминия или чугуна.

Станина 1 снабжена расположенными продольными охлаждающими ребрами 33 по ее наружной поверхности, а также опорными лапами 34 для крепления на фундаменте (на чертежах не показано).

Опорные лапы 34 выполнены за одно целое со станиной или съемными.

Коробка выводов 35 выполнена за одно целое со станиной 1.

Блок зажимов 18 размещен в коробке выводов 35 и выполнен в виде колодки 36 из пластмассы с залитыми контактными винтами 37, к которым подсоединены выводные проводники от обмотки 3 статора 2.

Коробка выводов 35 снабжена защитной крышкой 38 с резиновой прокладкой 39.

Сердечник ротора 8 выполнен из листов электротехнической стали, штампуемых из высечки листов статора 2 и залитых алюминием.

Подшипники заднего 14 и переднего 15 щитов выполнены одного типоразмера.

Вентилятор 16 выполнен из чугуна.

Опорная площадка заднего щита 14 выполнена углубленной с тремя резьбовыми отверстиями 40 для крепления тормозного устройства 19.

Кожух 17 вентилятора 16 выполнен штампованным из стали толщиной 0,8-1,0 мм и имеет на торце сквозные отверстия 41.

При изготовлении электродвигателя сердечник ротора набирают из листов, штампуемых из высечки листов статора на центрирующую оправку со скосом пазов (на чертежах не показано), прессуют и закрепляют на оправке, после чего сердечник заливают алюминием. Залитый сердечник ротора снимают с оправки, насаживают на вал методом горячей или холодной посадки, затем обрабатывают совместно с шейками вала под подшипники. За счет выполнения подшипников одинаковыми обеспечивается унификация подшипниковых щитов.

В шпоночный паз на валу со стороны, обратной приводному концу, вставляют шпонку вентилятора. За счет выполнения вентилятора из чугуна он имеет большую массу и прочность для выполнения роли тормоза, т.е. вентилятор выполняет двойную функцию: торможения и отвода тепла.

Двигатель работает следующим образом.

В нерабочем состоянии электродвигателя якорь 25 плотно прилегает к вентилятору 16, что обеспечивается с помощью гайки 31, упорной шайбы 28 и шпильки 30. Регулировка воздушного зазора между якорем 25 (тормозом вентилятора) и электромагнитом 20, который в рабочем состоянии должен быть 0,2 мм, осуществляется путем подкручивания гайки 32, находящейся на конце вала 7, шпилькой 30 и трех пружин, расположенных по окружности между электромагнитом 20 и якорем 25.

При подключении электродвигателя к сети, через выводной проводник, который подходит от блока зажимов к катушке 22 электромагнита 20, подается напряжение. За счет этого в катушке 22 создается магнитное поле. Из-за взаимодействия магнитного поля с наведенными в якоре 25 токами якорь 25 притягивается к электромагниту 20, сжимая пружины, и освобождает вентилятор 16, позволяя ему вместе с валом 7 свободно вращаться, т.е. двигатель автоматически растормаживается.

При отключении электродвигателя от сети магнитное поле исчезает, и якорь 25 выталкивается усилием пружин к вентилятору 16 и таким образом блокируется вал 7 двигателя, который связан с вентилятором 16 с помощью шпонки 29.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Асинхронный двигатель, включающий запрессованный в станину статор, содержащий обмотку из отдельных катушек, изолированных друг от друга и от статора, размещенных на сердечнике, состоящем из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга электроизоляционным покрытием, закрепленный на стальном валу ротор, также состоящий из штампованных листов из электротехнической стали с пазами для обмотки, которая представляет собой короткозамкнутую клетку и выполнена из алюминия методом литья под давлением, имеющие сквозное отверстие подшипниковые задний и передний щиты, соединенные со станиной, установленный на валу вентилятор с кожухом, коробка выводов под блок зажимов для подсоединения двигателя к трехфазной сети, отличающийся тем, что двигатель снабжен тормозным устройством, расположенным между задним подшипниковым щитом и вентилятором, причем тормозное устройство состоит из кольцевого электромагнита с сердечником и катушкой, закрепленного винтами на образованной на заднем щите опорной площадке и подпружиненного относительно кольцевого электромагнита кольцевого якоря, установленного с возможностью смыкания с ним в рабочем состоянии при одновременной подаче напряжения на обмотку двигателя и катушку электромагнита и размыкания с ним с одновременным смыканием с вентилятором при отключении напряжения, а вентилятор выполнен массой, составляющей не менее 5% массы ротора двигателя, при этом вентилятор подпружинен относительно подшипника или подшипникового щита, снабжен на торце вала упорной шайбой и установлен на валу посредством шпонки с возможностью осевого перемещения и выставления величины зазора между кольцевым якорем и сердечником кольцевого электромагнита, равной 0,2 — 2,05 мм посредством шпильки, ввернутой в торец вала, навернутой на шпильку гайки, взаимодействующей с упорной шайбой вентилятора, и тарированных на указанную величину зазора щупов.

2. Асинхронный двигатель по п.1, отличающийся тем, что катушки выполнены из эмалированного круглого провода, а станина — из алюминия или чугуна.

3. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что станина снабжена расположенными продольными охлаждающими ребрами по ее наружной поверхности, а также опорными лапами для крепления на фундаменте.

4. Асинхронный двигатель по п.3, отличающийся тем, что опорные лапы выполнены за одно целое со станиной или съемными.

5. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 4, отличающийся тем, что коробка выводов выполнена за одно целое со станиной.

6. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 5, отличающийся тем, что блок зажимов выполнен в виде колодки из пластмассы с залитыми контактными винтами, к которым подсоединены выводные проводники от обмотки статора.

7. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 6, отличающийся тем, что коробка выводов снабжена защитной крышкой с резиновой прокладкой.

8. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 7, отличающийся тем, что сердечник ротора выполнен из листов электротехнической стали, штампуемых из высечки листов статора и залитых алюминием.

9. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 8, отличающийся тем, что подшипники заднего и переднего щитов выполнены одного типоразмера.

10. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 9, отличающийся тем, что вентилятор выполнен из чугуна.

11. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 10, отличающийся тем, что опорная площадка заднего щита выполнена с углублениями и тремя резьбовыми отверстиями для крепления тормозного устройства.

12. Асинхронный двигатель по любому из пп.1 — 11, отличающийся тем, что кожух вентилятора выполнен штампованным из стали толщиной 0,8 — 1,0 мм и имеет на торце сквозные отверстия.

Асинхронный вентильный двигатель

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в устройствах с питанием от источника постоянного тока, то есть с батарейным питанием или с питанием от сети постоянного тока. Предлагаемый асинхронный вентильный двигатель с питанием от источника постоянного тока содержит размещенную на статоре m-фазную обмотку с четным количеством фаз. Все фазные обмотки выполнены со средним выводом, подключенным к одной клемме источника питания. Ко второй клемме источника питания подключены посредством управляемых ключевых элементов концевые выводы n-ой обмотки, где n=1, 3, 5 и т.д., при этом концевые выводы (n+1)-ой обмотки соединены с упомянутыми выводами n-ой обмотки через диоды, включенные согласно по отношению к току в соответствующих секциях n-ой обмотки. Параллельно каждой секции (n+1)-ой обмотки включен конденсатор. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в упрощении конструкции путем упрощения схемы подключения асинхронного двигателя к источнику постоянного тока, а также в повышении надежности данного двигателя путем уменьшения количества коммутирующих ключевых элементов, в частности, приходящихся на фазу двигателя. 3 ил.

Смотрите так же:  Осаго в другом регионе 2019

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в устройствах с батарейным питанием или питанием от сети постоянного тока.

Асинхронные двигатели относятся к машинам переменного тока и чаще всего применяются в электроприводах, использующих в качестве источника питания трех- или однофазную сеть переменного тока. Вращение ротора при этом обеспечивается вращающимся магнитным полем статора, условиями создания которого являются сдвинутый по фазе переменный ток, подаваемый на обмотки статора, и расположение обмоток статора со смещением в пространстве друг относительно друга.

В отличие от двигателей постоянного тока, асинхронные двигатели (АД) характеризуются такими ценными качествами, как надежность, бесконтактное исполнение (отсутствие коллекторно-щеточного механизма), невысокая стоимость и простота обслуживания, что делает их привлекательными для использования и в электроприводах постоянного тока.

Известны электроприводные устройства с питанием от источника постоянного тока, выполненные на основе асинхронного электродвигателя (см. патент RU 2193814, МПК: Н02Р 21/00, опубл. 27.11.2002 г., патент SU 949767, МПК: Н02Р 742, оп. 07.08.82 г., патент SU 1246322, оп. 23.07.86 г., патент SU 1582327, МПК: Н02Р 763, оп. 30.07.90 г.). Во всех известных решениях асинхронный двигатель подключают к источнику питания через автономный инвертор, на вход которого подается постоянное напряжение, а получаемый на выходе инвертора переменный ток с заданным количеством фаз и параметрами подается на фазные обмотки статора асинхронного двигателя. В качестве недостатка всех упомянутых устройств можно отметить их сложность.

Автономный инвертор может быть выполнен в виде коммутирующего устройства, содержащего полупроводниковые ключевые элементы (вентили), обеспечивающие поочередное подключение фазных обмоток АД к источнику питания. В качестве таких вентилей применяют частично или полностью управляемые полупроводниковые ключи: тиристоры и транзисторы. Известна схема питания статорной обмотки асинхронного двигателя от тиристорного преобразователя частоты (см. кн. Электроподвижной состав с асинхронными тяговыми двигателями, Н.А.Ротанов. М.: Транспорт, 1991, стр.14-15, или патент SU 1781805, МПК: Н02М 7/48, оп. 15.12.92 г.). Соблюдая определенную очередность открытия тиристоров и обеспечив коммутацию тока в них, получают вращающуюся МДС статорной обмотки, необходимую для создания электромагнитного момента. Для обеспечения нормальной работы схемы на входе преобразователя размещают индукционный накопитель энергии.

Известен вентильный электропривод постоянного тока, содержащий асинхронный двигатель с многофазной обмоткой и полупроводниковый коммутатор, выполненный по многофазной мостовой схеме, включенный между источником тока и фазными обмотками статора (см. патент SU 1775808, МПК: Н02К 29/00, оп. 15.11.92 г.).

Известна асинхронная вентильная машина, содержащая ротор, статор с трехфазной обмоткой, соединенной в звезду и подключенной к выходу мостового автономного инвертора, реализованного на полностью управляемых ключевых элементах — транзисторах (патент SU 1046863, МПК: Н02К 29/02, оп. 07.10.83 г.). На статоре размещена дополнительная трехфазная обмотка, обеспечивающая возможность непосредственного управления вентилями, однако наличие дополнительной обмотки не обеспечивает пуска двигателя, и для этого в схему введены дополнительные элементы.

Основным недостатком всех вышеупомянутых вентильных приводов является наличие большого количества коммутирующих элементов — по два и более на каждую фазу двигателя, что отрицательно сказывается на надежности его работы.

В качестве ближайшего аналога для заявляемого решения принят упомянутый выше вентильный электропривод патент SU №1775808, МПК: Н02К 29/00, оп. 15.11.92 г.

Общими признаками с заявляемым устройством являются следующие:

— наличие асинхронного двигателя с m-фазной статорной обмоткой,

— питание асинхронного двигателя от источника постоянного тока,

— наличие полностью управляемых ключевых элементов, обеспечивающих подключение фазных обмоток статора к источнику питания.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение схемы подключения асинхронного двигателя к источнику постоянного тока и повышение надежности его работы за счет уменьшения количества коммутирующих ключевых элементов, приходящихся на фазу двигателя.

Поставленная задача решена тем, что в асинхронном вентильном двигателе с питанием от источника постоянного тока, содержащем m-фазную статорную обмотку, подключенную к источнику питания посредством полностью управляемых ключевых элементов, согласно заявляемому изобретению на статоре размещено четное количество фазных обмоток, выполненных со средним выводом, средние выводы всех фазных обмоток подключены к одной клемме источника питания, а ко второй клемме источника питания через упомянутые ключевые элементы подключены концевые выводы n-ой обмотки, где n=1, 3, 5 и т.д., при этом концевые выводы (n+1)-ой обмотки соединены с концевыми выводами n-ой обмотки через диоды, включенные согласно по отношению к току в соответствующих секциях n-ой обмотки, а параллельно каждой секции (n+1)-ой обмотки включен конденсатор.

Принципиально иная, по сравнению с прототипом, схема включения фазных обмоток позволила исключить из схемы питания асинхронного двигателя инвертор тока как отдельное устройство и уменьшить вдвое количество коммутирующих элементов, приходящихся на фазу двигателя.

В основе работы заявляемого асинхронного электродвигателя лежит явление взаимной индукции, наводимой в секции соседней (n+1)-ой фазной обмотки при размыкании цепи питания соответствующей секции n-ой фазной обмотки, что поясняется конкретными примерами реализации устройства, приведенными ниже.

Обмотки статора работают попарно, в связи с чем количество фазных обмоток на статоре должно быть четным, т.е. m=2, 4, 6. Иначе говоря, асинхронный двигатель, выполненный согласно заявляемому решению, может быть двухфазным, четырехфазным и т.д.

Заявляемая схема подключения асинхронного двигателя к источнику постоянного тока обеспечивает создание пускового момента вращения на роторе, его раскручивание и дальнейшую работу без применения каких-либо дополнительных элементов.

Краткое описание чертежей

Заявляемое решение поясняется чертежами, где

На фиг.1 изображена схема асинхронного вентильного двигателя с двухфазной обмоткой статора.

На фиг.2 показаны временные графические зависимости тока на фазах двигателя.

На фиг.3 приведена схема асинхронного вентильного двигателя с четырехфазной обмоткой статора.

В общем случае обмотка статора является m-фазной, где m — четное число — 2, 4, 6 и т.д. Для простоты объяснения назовем n-ю обмотку, где n=1, 3, 5 и т.д. — главной, а соседнюю с ней (n+1)-ю обмотку — вспомогательной. С какой обмотки начинается отсчет — не важно, нумерация вводится условно, для наглядности объяснения.

Каждая фазная обмотка статора выполнена со средним выводом и состоит из двух изолированных секций с одинаковым числом витков. Средний вывод представляет собой конец обмотки первой секции фазы и начало ее второй секции. Средние выводы всех фаз подключены к одной клемме источника постоянной ЭДС (например, к положительной). Фазные обмотки соединены попарно таким образом, что концевые выводы n-ой обмотки, где n — натуральное число 1, 3, 5 и т.д., подключены ко второй (отрицательной) клемме источника питания через управляемые ключевые элементы, в качестве которых используют транзисторы. Концевые выводы ее соседней (n+1)-ой обмотки соединены с концевыми выводами соответствующей n-ой обмотки через диоды, включенные согласно по отношению к току в соответствующих секциях n-ой обмотки.

На фиг.1 приведена схема двухфазного асинхронного вентильного двигателя, выполненного согласно заявляемому изобретению. Асинхронный вентильный двигатель (см. фиг.1) содержит ротор 1 и статор 2 с главной L1L2 и вспомогательной L3L4 фазными обмотками, сдвинутыми в пространстве на 90 электрических градусов. Каждая обмотка выполнена со средним выводом, т.е. состоит из двух одинаковых секций L1 и L2, L3 и L4. Средние выводы фаз подключены к положительной клемме источника питания.

Концевые выводы секций L1 и L2 подключены к отрицательной клемме источника постоянного тока (постоянной ЭДС) через электронные ключи K1 и К2, выполненные в виде транзисторов, управляемых схемой управления (не показана).

Концевые выводы секций L3 и L4 подключены к концевым выводам секций L1 и L2 через диоды Д1 и Д2, включенные таким образом, что анод соответствующего диода подключен к соответствующему выводу секции главной обмотки (L1 или L2), а катод — к соответствующему выводу секции вспомогательной обмотки (L3 или L4).

Подключение диодов всегда должно быть согласовано с подключением фазных обмоток к источнику питания. Если изменить приведенную в примере полярность подключения фазных обмоток двигателя к источнику питания, то необходимо будет также изменить включение диодов на противоположное.

Параллельно секциям L3 и L4 вспомогательной обмотки подключены конденсаторы C1 и С2.

Устройство работает следующим образом.

Ключ K1 замкнут, ключ К2 разомкнут. Под действием ЭДС источника питания в секции L1 главной обмотки нарастает ток до определенного значения, магнитопровод главной обмотки накапливает энергию ωL1=L1·I 2 /2.

Размыкают ключ К1. Под действием ЭДС самоиндукции секции L1 главной обмотки происходит открытие диода Д1, и накопленная энергия ωL1 создает ток в цепи вспомогательной обмотки L3, при этом наличие в цепи конденсатора С2 позволяет уменьшить бросок напряжения на элементах схемы в момент размыкания ключа K1 и предотвратить его нежелательные последствия.

Магнитное поле в секции L1 уменьшается, а в секции L3 — нарастает. Уменьшение магнитного поля главной обмотки в совокупности с нарастающим полем вспомогательной обмотки создает смещение вектора магнитного поля в статоре двигателя от полюса главной обмотки к полюсу вспомогательной, которое захватывает ротор и создает на роторе вращающий момент.

Подключают к источнику питания вторую секцию L2 главной обмотки (замыкают ключ К2, ключ K1 разомкнут). Через заданное время схема управления размыкает ключ К2, и процесс повторяется, но уже для цепи элементов L2 Д2 C1 L4.

На роторе снова возникает вращающий момент, и ротор получает повторный «толчок», причем вращающий момент на роторе направлен в ту же сторону, что и на первом этапе.

Благодаря предложенной схеме подключения фазных обмоток, их выполнению со средним выводом и тому, что секции каждой фазной обмотки подключаются к источнику питания поочередно, в процессе каждого последующего такта железо статора перемагничивается, не уходя в насыщение.

Пульсации вращающегося магнитного поля сглаживаются благодаря инерционности ротора асинхронного двигателя, и последний быстро раскручивается.

Таким образом, предлагаемая схема включения асинхронного двигателя обеспечивает как получение пускового момента, так и дальнейшую работу двигателя.

Смотрите так же:  Социальные льготы википедия

Современная база полупроводниковых и микропроцессорных устройств позволяет реализовать необходимую схему управления коммутации ключей. Так, в действующей модели заявляемого двигателя схема управления была построена на основе микроконтроллера Atmega8515L, управляющего посредством драйвера IR2110L парой IGBT транзисторов IRG4PH50. В качестве диодов DLC цепочки применены диоды HFA16TA120.

Изменением периода коммутации ключей K1 и К2 можно регулировать частоту вращения ротора двигателя. Что также было подтверждено на экспериментальной модели двигателя, выполненной по схеме, приведенной на фиг.1. На фиг.2 приведены временные графические зависимости тока на фазах двигателя.

Можно повысить надежность двигателя, разместив на статоре две или три вышеописанных схемы, разнеся при этом обмотки в пространстве статора, а управляющие ключами импульсы — по времени. Подключение фазных обмоток может быть осуществлено как к одному, так и к разным источникам питания.

На фиг.3 приведена схема четырехфазного двигателя, выполненного согласно заявляемому изобретению. Коммутация ключей фазных обмоток L1L2 и L5L6 разнесена во времени, что позволило реализовать четырехфазный двигатель повышенной надежности.

При выходе из строя одной части схемы (пары фазных обмоток) двигатель будет продолжать работать.

Формула изобретения

Асинхронный вентильный двигатель с питанием от источника постоянного тока, содержащий m-фазную статорную обмотку, подключенную к источнику питания посредством полностью управляемых ключевых элементов, отличающийся тем, что на статоре размещено четное количество фазных обмоток, выполненных со средним выводом, средние выводы всех фазных обмоток подключены к одной клемме источника питания, а ко второй клемме источника питания через управляемые ключевые элементы подключены концевые выводы n-й обмотки, где n=1, 3, 5 и т.д., при этом концевые выводы (n+1)-й обмотки соединены с упомянутыми выводами n-й обмотки через диоды, включенные согласно по отношению к току в соответствующих секциях n-й обмотки, а параллельно каждой секции (n+1)-й обмотки включен конденсатор.

асинхронный двигатель с полым ротором со сторонним возбуждением

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве силового микродвигателя в промышленных и бытовых электроприводах. Сущность изобретения состоит в следующем. Асинхронный двигатель с полым короткозамкнутым ротором содержит полый ротор и внешний статор с сердечником и обмоткой, а также установленный на валу в области, ограниченной статором дополнительный ротор с возможностью вращения независимо от полого ротора, выполненный из кольцеобразного магнита, намагниченного радиально с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов статорной обмотки, на который напрессована тонкостенная втулка из электропроводящего материала, а полый ротор выполнен в виде тонкостенного стакана из электропроводящего материала. Технический результат — повышение коэффициента мощности и коэффициента полезного действия асинхронного двигателя с полым ротором без ухудшения его динамических характеристик. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2396672

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве силового микродвигателя в промышленных и бытовых электроприводах.

Известны асинхронные двигатели с полым ротором, конструктивно отличающиеся от двигателей с ротором типа беличья клетка и других видов асинхронных машин тем, что ротор выполнен в виде полого немагнитного стакана из проводящего материала и закреплен неподвижно на валу двигателя. Внутренний магнитопровод закреплен неподвижно на цилиндрическом выступе одного из подшипниковых щитов и расположен в пределах зоны, ограниченной магнитопроводом статора. Эта конструкция позволяет добиться малого момента инерции ротора и линейной механической характеристики (Армейский Е.А., Фалк Г.Б. Электрические микромашины. — М.: Высшая школа, 1975).

Недостатками являются невысокий коэффициент мощности и невысокий коэффициент полезного действия.

Известен асинхронный двигатель, полый ротор которого выполнен в виде стакана из сплава железа и меди. При этом компоненты материала ротора взяты в следующем соотношении, мас.%: железо 78-83; медь — остальное (Патент РФ № 2026597, МПК Н02К 17/16, 1995.01.09).

Недостатками являются ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является асинхронный двигатель с полым ротором, который состоит из статора с обмоткой, внутреннего свободно вращающегося магнитопровода, полого ротора, выполненного из короткозамкнутой обмотки и магнитопроводящих элементов. Ротор жестко закреплен на валу. Внутренний магнитопровод вращается посредством подшипников, установленных на вал ротора, независимо от ротора (Патент СССР № 1032527, МПК Н02К 1/06, 1983.07.30).

Недостатком прототипа является невысокий коэффициент мощности и невысокие динамические показатели.

Задача изобретения — максимальное увеличение коэффициента мощности и повышение коэффициента полезного действия с сохранением динамических свойств.

Поставленная задача решается тем, что в асинхронном двигателе с полым короткозамкнутым ротором, содержащем полый ротор и внешний статор с сердечником и обмоткой, в отличие от прототипа, на валу, в области, ограниченной статором, установлен дополнительный ротор с возможностью вращения независимо от полого ротора, выполненный из кольцеобразного магнита, намагниченного радиально с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов статорной обмотки, на который напрессована тонкостенная втулка из электропроводящего материала, а полый ротор выполнен в виде тонкостенного стакана из электропроводящего материала.

Кроме того, согласно изобретению дополнительный ротор может быть выполнен целиком из гистерезисного материала.

Для достижения наиболее высоких характеристик согласно изобретению полый ротор может быть выполнен из алюминиевого сплава, а тонкостенная втулка, в случае с постоянным магнитом, может быть выполнена из медного сплава.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен двигатель с возбуждением от постоянного магнита. На фиг.2 изображен двигатель с возбуждением от ротора из гистерезисного материала.

Асинхронный двигатель с полым ротором со сторонним возбуждением от постоянного магнита (фиг.1) состоит из сердечника статора 1, в пазы которого уложена в общем случае m-фазная обмотка, закрепленного в корпусе 2; полого немагнитного ротора 3, который неподвижно закреплен на валу 4, который может вращаться в подшипниках, установленных в подшипниковых щитах 5; кольцевого постоянного магнита 6 и напрессованной на него пусковой втулки 7, образующих второй подвижный ротор в двигателе, который может вращаться на подшипниках 8 относительно вала отбора мощности. Магнит намагничен радиально, количество пар полюсов такое же, как у обмотки статора. Двигатель со сторонним возбуждением от дополнительного ротора из гистерезисного материала (фиг.2) состоит из тех же деталей и узлов, что и выше описанный двигатель, за исключением того, что вместо постоянного магнита и пусковой втулки установлен возбудитель 9, целиком выполненный из гистерезисного материала.

Асинхронный двигатель с полым ротором со сторонним возбуждением от постоянного магнита (фиг.1) работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотки двигателя в них возникают токи, образующие вращающееся поле. На магнит 6 и на ротор 3 начинают воздействовать механические моменты, обусловленные наведенными вихревыми токами в пусковой втулке 7 и в стенке ротора 3. Втулка рассчитывается таким образом, чтобы ее пусковой момент был больше пускового момента ротора. Магнит под действием момента, развиваемого втулкой, разгоняется до подсинхронной скорости и далее втягивается в синхронизм с полем статора. С этого момента в машине создается единый поток постоянного магнита и обмотки статора. Причем поток магнита изначально выбирается таким, чтобы амплитуда ЭДС статорной обмотки аналогичной синхронной машины при нагрузке была максимально близка к амплитуде приложенного напряжения, т.е. намагничивание машины происходило бы за счет энергии магнита. В силу этого обстоятельства намагничивающие токи в обмотке статора отсутствуют. В случае, если на валу двигателя присутствует тормозящий момент, то он начинает передаваться на магнит посредством асинхронного момента, создаваемого вихревыми токами в стенке «стакана» и полем магнита. Синхронный момент, образованный полем магнита и токами статора, противостоит тормозящему моменту, тем самым передавая механическую мощность приводимому в движение механизму. Поле вихревых токов создает преимущественно поперечную реакцию из-за очень малого индуктивного сопротивления полого ротора. Это обстоятельство ведет к тому, что изменение продольной составляющей поля весьма мало, т.е. коэффициент мощности остается на достаточно высоком уровне. Т.к. двигатель имеет ротор с малым моментом инерции, динамические свойства двигателя остаются высокими.

Принцип работы двигателя с дополнительным ротором из гистерезисного материала (фиг.2) идентичен вышеописанному за исключением процесса синхронизации. Процесс синхронизации в этом случае происходит за счет появления гистерезисного момента и момента, образованного вихревыми токами в теле ротора 9. В момент синхронизации остаточная индукция гистерезисного слоя является пиковой и остается таковой до момента асинхронизации, вызванной, например, перегрузкой двигателя.

Асинхронный двигатель со сторонним возбуждением способен также работать в режиме генератора электрической энергии.

Итак, заявляемое изобретение позволяет максимально приблизить к единице коэффициент мощности, повысить коэффициент полезного действия при одновременном сохранении динамических характеристик двигателя.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Асинхронный двигатель с полым короткозамкнутым ротором, содержащий полый ротор и внешний статор с сердечником и обмоткой, отличающийся тем, что на валу в области, ограниченной статором, установлен дополнительный ротор с возможностью вращения независимо от полого ротора, выполненный из кольцеобразного магнита, намагниченного радиально с числом пар полюсов, равным числу пар полюсов статорной обмотки, на который напрессована тонкостенная втулка из электропроводящего материала, а полый ротор выполнен в виде тонкостенного стакана из электропроводящего материала.

2. Асинхронный двигатель с полым ротором по п.1, отличающийся тем, что дополнительный ротор целиком выполнен из гистерезисного материала.

3. Асинхронный двигатель с полым ротором по п.1, отличающийся тем, что полый ротор выполнен из алюминиевого сплава, а тонкостенная втулка выполнена из медного сплава.