синхронная машина

Формула изобретения

СИНХРОННАЯ МАШИНА, содержащая статор с основной m-фазной обмоткой, соединенной одними выводами в звезду, и дополнительной m-фазной обмоткой, одни выводы которой пофазно соединены с другими выводами основной обмотки статора, а вторые выводы указанной дополнительной обмотки соединены пофазно с входными выводами трехфазного мостового выпрямителя, выходные выводы которого через ключ соединены с выводами обмотки возбуждения, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД путем снижения потерь мощности в режиме малой нагрузки, введены дополнительный ключ, трехфазный мостовой выпрямитель, выходные выводы которого через дополнительный ключ соединены с выводами обмотки возбуждения синхронной машины, фазы обмотки статора которой снабжены средними отводами, соединенными пофазно с входными выводами дополнительного трехфазного мостового выпрямителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрическим машинам, точнее к синхронным машинам, работающим в режиме двигателя или генератора.

Известно, что одним из важных устройств, неотъемлемых от конструкции синхронных машин, является возбудитель. Известно множество принципиально различных конструкций возбудителей [1, 2]. Для всех приведенных устройств возбуждения характерно использование вынесенных за габарит собственно машины электромагнитных аппаратов или специальных электрических машин. Это существенно усложняет, удорожает привод, делает его менее надежным и увеличивает габариты. Поэтому делаются попытки придать функции автоматического регулятора возбуждения статорной обмотке самой синхронной машины.

Известно устройство синхронной машины с двойной фазной обмоткой на статоре, одна из которых - опорная, соединена "звездой", другая включена как проходная, началом к сети, концами - на вход выпрямительного моста, к выходу которого подключена обмотка возбуждения [3].

Как известно из теории синхронной машины (СМ), уже на холостом ходе ей требуется достаточный ток возбуждения для обеспечения требуемого напряжения статорной обмотки (для генератора) или высокого коэффициента мощности (для двигателя). Далее, для определенности опишем особенности машины в режиме двигателя. Ток возбуждения загружает проходную якорную обмотку, вследствие чего полная мощность этой обмотки сравнительно велика. Но при холостом ходе двигателей с cos = 1 и высоким КПД полная мощность всего двигателя не может быть большой. В этом случае опорная обмотка имеет режим генератора, компенсируя мощность ветви проходной обмотки. Поэтому в обеих обмотках статора двигателя при холостом ходе или в режиме малых нагрузок течет сравнительно большой ток, вызывая потери в этих обмотках. Следовательно, КПД таких двигателей при небольших нагрузках ниже, чем обычных СД с одной многофазной обмоткой на статоре, а для двигателя с переменной нагрузкой на валу повышение нагрева обмоток при малой нагрузке (в сравнении с обычным СД) приводит к необходимости увеличения установленной (номинальной) мощности двигателя.

Техническим решением задачи является повышение КПД путем снижения потерь мощности в режиме малой нагрузки.

Техническое решение достигается тем, что в синхронную машину, содержащую статор с основной m-фазной обмоткой, соединенной одними выводами в звезду, и дополнительной m-фазной обмоткой, одни выводы которой пофазно соединены с другими выводами основной обмотки статора, а вторые выводы указанной дополнительной обмотки соединены пофазно с входными выводами трехфазного мостового выпрямителя, выходные выводы которого через ключ соединены с выводами обмотки возбуждения, введены дополнительный ключ, трехфазный мостовой выпрямитель, выходные выводы которого через дополнительный ключ соединены с выводами обмотки возбуждения синхронной машины, фазы обмотки статора которой снабжены средними отводами, соединенными пофазно с входными выводами дополнительного трехфазного мостового выпрямителя.

Новизна заявляемого технического решения по сравнению с известными обусловлена тем, что в результате наличия дополнительного выпрямителя обеспечивается снижение потерь мощности при малых нагрузках.

По данной патентной и научно-технической литературе не обнаружена заявляемая совокупность признаков, что позволяет судить о существенности заявляемых признаков.

На чертеже представлена схема синхронной машины.

В синхронной машине на статоре расположены трехфазные обмотки 1, 2 и 3, причем обмотки 1 и 2 соединены последовательно и между ними выполнены отпайки. На роторе машины расположена обмотка возбуждения 4. Дополнительный выпрямительный мост 5 подключен к отпайкам между обмотками 1 и 2, а мост 5 включен последовательно с проходной обмоткой 3. Мост 6 подключен последовательно с обмотками 3 и 4. С помощью коммутаторов 7 и 8 оба моста соединяются параллельно. Коммутатор 9 предназначен для подключения разрядного резистора 10 к обмотке возбуждения при запуске и отключения в синхронном режиме.

В статическом режиме работы двигателя с нагрузкой Р > 0,5Р_н ток нагрузки обтекает все якорные обмотки 1, 2 и 3. Обмотка 3 является каналом тока возбуждения, поскольку ток обмотки 3 выпрямленный выпрямителем 6 через закрытый контакт 8, обтекает обмотку возбуждения 4. Контакты 7 и 8 закрыты, 9 - открыт. Напряжение на выходе моста 6 больше, чем на выходе выпрямителя 5 при разомкнутом ключе 7, поэтому при параллельном соединении выпрямителей 6 и 5 выпрямитель 5 закрыт более высоким напряжением выпрямителя 6 и ток в обмотке возбуждения 4 определяется током в обмотке якоря 3 и изменяется при изменении нагрузки на валу двигателя, обеспечивая автоматическое регулирование двигателя.

При снижении нагрузки ниже 0,5Р_н ток в обмотке 3 снижается и снижается напряжение на выходе выпрямителя 6. В этом случае напряжение выпрямителя 6 становится меньше, чем выпрямителя 5, и последний принимает на себя ток обмотки возбуждения 4, закрывая выпрямитель 6. В этом случае обмотка 3 выводится из работы и обмотка возбуждения получает питание от обмоток 1 и 2 как от автотрансформатора. Как и у автотрансформатора, ток обмотки 2 находится в противофазе с током в обмотке 1 и обеспечивает относительно большой ток на входе выпрямителя при малом токе в обмотке 1.

Вследствие этих изменений нагрев обмоток статора значительно уменьшается по сравнению с прототипом.

Следует отметить, что число витков обмотки 2 составляет примерно 5... 10% от числа витков обмотки 1. Динамику двигателя рассмотрим на примере асинхронного запуска.

Перед запуском ключи 7, 8 и 9 находятся в состоянии, изображенном на фиг. 1 (7 и 8 открыты, 9 - закрыт). После подачи напряжения на двигатель по обмоткам 1 и 2 течет пусковой ток. Обмотка 3 током не обтекается вследствие открытости ключа 8. Обмотка возбуждения 4 замкнута на разрядное сопротивление 10. Двигатель запускается, т.е. набирает обороты. При достижении подсинхронной скорости ключи 7, 8 и 9 меняют свое состояние на противоположное (одновременно или неодновременно), по обмотке возбуждения начинает протекать ток и двигатель переходит в синхронный режим.

Преимущества предлагаемого изобретения заключаются в том, что при работе двигателя в режиме малой нагрузки снижаются потери мощности и как следствие снижается потребление энергии на единицу произведенной работы. Кроме того, снижение нагрева двигателя при малых нагрузках позволяет снизить установленную (номинальную мощность двигателя в приводе механизмов с продолжительной работой в режиме малой нагрузки, например, у компрессорных двигателей).