обмотки электродвигателя

Формула изобретения

1. Электрическая машина переменного тока, причем упомянутая машина является либо однофазным электродвигателем, либо многофазным электродвигателем по меньшей мере с тремя фазами, либо синхронным генератором по меньшей мере с двумя полюсами, и содержит основные первичные обмотки и вторичные дополнительные обмотки устранения насыщения, отличающаяся тем, что питание на каждую дополнительную обмотку подается через один или несколько конденсаторов с фазовым углом и направлением поля, противоположными таковым каждой соответствующей основной обмотки, причем, совокупное поперечное сечение провода, используемого в каждой упомянутой основной обмотке и в каждой упомянутой дополнительной обмотке, имеет заданные значения.

2. Электрическая машина переменного тока по п.1, отличающаяся тем, что совокупное поперечное сечение провода, используемого в каждой упомянутой основной обмотке и в каждой упомянутой дополнительной обмотке, относятся как примерно 2/3 для упомянутой основной обмотки и примерно 1/3 для упомянутой дополнительной обмотки, соответственно.

3. Электрическая машина переменного тока по п.1, отличающаяся тем, что значение емкости конденсаторов в микрофарадах для каждой фазы, питающей дополнительную обмотку, прямо пропорционально току полной нагрузки в амперах, потребляемому упомянутым электродвигателем или производимым упомянутым синхронным генератором, и обратно пропорционально квадрату линейного напряжения с коэффициентом в пределах примерно от 0,25·10⁶ до 0,3·10 ⁶.

4. Способ намотки электродвигателя переменного тока по п.1, отличающийся тем, что две его обмотки наматывают одновременно за одну операцию.

5. Способ определения значения конденсатора дополнительной обмотки в электродвигателе переменного тока по п.1 или 4, согласно которому значение емкости в микрофарадах пропорционально току полной нагрузки в амперах, потребляемому упомянутым электродвигателем или производимой упомянутым синхронным генератором, и обратно пропорционально квадрату линейного напряжения с коэффициентом, имеющим значение примерно в пределах от 0,25·10 ⁶ до 0,3·10⁶.

6. Однофазный электродвигатель отличающийся тем, что (а) первая и вторая основные обмотки соединены с основной общей точкой и с первой и второй шинами линейного напряжения; и (б) первая и вторая дополнительные обмотки соединены с конденсатором обмотки и с первой и второй шинами параллельно с первой и второй основными обмотками; при этом каждая обмотка из первой и второй дополнительных обмоток генерирует поле с направлением, противоположным направлению поля соответствующей обмотки из первой и второй основных обмоток.

7. Электродвигатель по п.6, отличающийся тем, что каждая обмотка из первой и второй основных обмоток имеет размер основного провода и каждая обмотка из первой и второй дополнительных обмоток имеет размер дополнительного провода заданного значения.

8. Электродвигатель по п.7, отличающийся тем, что размер основного провода приблизительно в два раза превышает размер дополнительного провода.

9. Электродвигатель по п.7, отличающийся тем, что конденсатор обмотки имеет электрическую емкость, прямо пропорциональную току полной нагрузки, обратно пропорциональную квадрату линейного напряжения с коэффициентом приблизительно в пределах от 0,25·10 ⁶-0,32·10⁶.

10. Многофазный электродвигатель или синхронный генератор, отличающийся тем, что содержит (а) несколько основных обмоток, соединенных в дельта-конфигурации с тремя точками питающей линии, имеющими линейное напряжение, при этом каждая основная обмотка имеет размер основного провода; и (б) множество сегментов, соединенных параллельно с множеством основных обмоток, при этом каждый сегмент включает в себя дополнительную обмотку и конденсатор обмотки, причем дополнительная обмотка имеет размер дополнительного провода и фазу, отличающуюся от фазы одной из основных обмоток, и генерирует поле в направлении, противоположном направлению поля соответствующей одной из основных обмоток.

11. Электродвигатель или синхронный генератор по п.10, отличающийся тем, что размер основного провода приблизительно в два раза превышает размер дополнительного провода.

12. Электродвигатель или синхронный генератор по п.10, отличающийся тем, что конденсатор обмотки имеет электрическую емкость, прямо пропорциональную току полной нагрузки, обратно пропорциональную квадрату линейного напряжения с коэффициентом примерно в пределах 0,25·10⁶-0,3·10⁶.

13. Способ выполнения однофазного электродвигателя или синхронного генератора, согласно которому (а) первую и вторую основные обмотки соединяют с основной общей точкой и с первой и второй шинами линейного напряжения; (б) первую и вторую дополнительные обмотки соединяют с конденсатором обмотки и с первой и второй шинами параллельно с первой и второй основными обмотками, при этом первая и вторая дополнительные обмотки генерируют поле с направлением, противоположным направлению поля соответствующей обмотки из первой и второй основных обмоток.

14. Способ выполнения по п.13, отличающийся тем, что размер основного провода приблизительно в два раза превышает размер дополнительного провода.

15. Способ выполнения многофазного электродвигателя или синхронного генератора, согласно которому (а) несколько основных обмоток соединяют в дельта-конфигурацию с тремя точками питающей линии, имеющих линейное напряжение, при этом каждая основная обмотка имеет размер основного провода; и (б) несколько сегментов соединяют параллельно с множеством основных обмоток, при этом каждый сегмент включает в себя дополнительную обмотку и конденсатор обмотки, при этом дополнительная обмотка имеет размер дополнительного провода и фазу, отличную от фазы соответствующей одной из основных обмоток, и генерирует поле в направлении, противоположном направлению поля соответствующей одной из основных обмоток.

16. Способ выполнения по п.15, отличающийся тем, что размер основного провода приблизительно в два раза превышает размер дополнительного провода.

17. Электродвигатель переменного тока, однофазный или многофазный, по меньшей мере, с тремя фазами, или синхронный генератор с двумя или более полюсами, содержащий основные обмотки и дополнительную обмотки устранения насыщения, причем питание на каждую дополнительная обмотку подается, по меньшей мере, через один или несколько конденсаторов, отличающийся тем, что питание на каждую дополнительную обмотку подается, по меньшей мере, через один или несколько конденсаторов с фазовым углом и направлением поля, противоположным таковым каждой соответствующей основной обмотки.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к имеющему высокий кпд с низкой подводимой мощностью электродвигателю переменного тока, синхронному генератору с высокой выходной мощностью, с разными размерами и разной частотой вращения к определенному способу их выполнения.

Уровень техники

Обычно однофазные электродвигатели переменного тока используются в широком ассортименте: от относительно небольших размеров, вырабатывающих лишь долю л.с., до двигателей мощностью около десяти л.с.; для очень крупных устройств используются трехфазные двигатели.

Патент США №4,446,461А, Cravens L. Wanlass, от 01 мая 1984 г. на "Polyphase Electric Machine Having Controlled Magnetic Flux Density", предметом которого является двигатель или генератор, предлагает сердечник статора, имеющий основную обмотку и дополнительную обмотку управления. Магнитная индукция оптимизируется в многофазной машине путем управления магнитной индукцией в сердечнике статора.

Основная обмотка многофазного статора намотана на магнитный сердечник и указанная обмотка содержит множество обмоток, каждая из которых представляет одну фазу. Конденсаторы подключены к каждой обмотке в последовательную цепь.

Настоящее изобретение обладает отличительными признаками и ясно излагается в приводимом ниже описании.

Метод применения дополнительной обмотки электродвигателя также известен из описания патентной заявки Германии №2508374, опубликованной 09.09.1974 на "Single Phase Induction Motor", Wen Hung-Ying. Эта патентная заявка раскрывает только индукцию однофазного электродвигателя с двумя пусковыми обмотками для повышения напряжения пускового конденсатора. Также предусматривается однофазный асинхронный двигатель с двумя пусковыми обмотками, с повышенным коэффициентом рабочей мощности и увеличенным пусковым моментом.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение относится к электродвигателю переменного тока и, в частности, к электродвигателю переменного тока, которым может быть однофазный электродвигатель или многофазный электродвигатель, по меньшей мере трехфазный, или синхронный генератор с двумя и более полюсами, которые имеют основные первичные обмотки и дополнительные обмотки устранения насыщения, в которых каждая дополнительная обмотка запитывается, по меньшей мере, через один или несколько конденсаторов с противоположными фазовыми углами и в противоположных направлениях поля от каждой соответствующей основной обмотки; причем совокупное поперечное сечение провода, используемого в каждой основной и дополнительной обмотке, имеет заданное значение. Это соотношение может приблизительно составлять 2/3 для основной обмотки и около 1/3 для дополнительной обмотки.

Изобретение в его предпочтительном осуществлении раскрывает способ намотки для электродвигателя переменного тока, согласно которому две обмотки упомянутого электродвигателя выполняют одновременно только одной операцией как один этап.

Настоящее изобретение включает в себя способ вычисления конденсатора дополнительной обмотки с помощью формулы, в которой значение конденсатора в микрофарадах прямо пропорционально фактической полной токовой нагрузке, в данное время потребляемой электродвигателем или синхронным генератором, обратно пропорционально квадрату линейного напряжения и модифицируется множителем, имеющим значения в пределах от 0,25×10 ⁶ до 0,3×10⁶.

Однофазный электродвигатель согласно настоящему изобретению содержит первую и вторую основные обмотки, соединенные с основной общей точкой и с первой и второй основными линиями потенциала линейного напряжения; первую и вторую дополнительные обмотки, соединенные с конденсатором обмотки и с первой и второй линиями потенциала в параллельном соединении с первой и второй основными обмотками; при этом и первая и вторая дополнительные обмотки генерируют поле в противоположном направлении относительно соответствующей одной обмотки из числа первой и второй основных обмоток.

Отличительное преимущество изобретения заключается в том, что и первая, и вторая основные обмотки имеют размер основного провода, также и первая, и вторая дополнительные обмотки имеют размер дополнительного провода; причем размер основного провода приблизительно в два раза превышает размер дополнительного провода.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется, только в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - однофазный электродвигатель известного уровня техники;

Фиг.2 - трехфазный электродвигатель дельта-конфигурации известного уровня техники;

Фиг.3 - трехфазный электродвигатель дельта-конфигурации известного уровня техники;

Фиг.4 - модифицированный однофазный электродвигатель известного уровня техники;

Фиг.5 - модифицированный трехфазный электродвигатель дельта-конфигурации известного уровня техники;

Фиг.6 - модифицированный трехфазный электродвигатель конфигурации звездой известного уровня техники;

Фиг.7 - соединения интервалов обмотки электродвигателя известного уровня техники;

Фиг.8 - однофазный электродвигатель согласно настоящему изобретению;

Фиг.9 - трехфазный электродвигатель дельта-конфигурации согласно настоящему изобретению;

Фиг.10 - конфигурация звездой трехфазного электродвигателя согласно настоящему изобретению; и

Фиг.11 - интервалы обмотки соединения четырех полюсов на дельта-полюсах, расположенных рядом друг с другом, трехфазного электродвигателя согласно настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

В настоящем изобретении уровень техники в области электродвигателей известных конструкций представлен на Фиг.1-7.

Фиг.1 показывает известный однофазный электродвигатель с рабочей обмоткой (1), пусковой обмоткой (2) и пусковым конденсатором (3).

Аналогичные ссылочные позиции в известных конструкциях согласно Фиг.1-7 и также на Фиг.8-11 используются для сравнения известных признаков с обладающими изобретательским уровнем этапами согласно настоящему изобретению.

Фиг.1: известный уровень техники поясняет ограниченный кпд уровнем насыщения при размере провода, используемого для конструкции электродвигателя.

Фиг.2 и 3 показывают обычный трехфазный электродвигатель и обмотки, имеющие ссылочные позиции (1), (2) и (3); входящее линейное напряжение трех фаз обозначено как (R), (S) и (Т) и центральная точка соединения звездой указана как (О).

В конструкции известных трехфазных электродвигателей используется определенное число полюсов в соответствии с требуемой частотой вращения и дельта-конфигурация или конфигурация звездой внутреннего соединения в соответствии с нужным моментом, мощностью в л.с. и напряжением.

И в однофазных, и в трехфазных электродвигателях тепловые потери в связи с температурными потерями, как правило, компенсируются разными нормами обычно используемой изоляции.

Также известны решения, усовершенствующие однофазные электродвигатели, согласно которым обеспечивают пусковой конденсатор в последовательном соединении с центробежным выключателем или отключающим реле, предусматриваемый в цепи пусковой обмотки. Точное вычисление рабочих значений конденсатора в микрофарадах оптимизирует кпд электродвигателя путем увеличения пускового момента, пусковой ток и рабочую температуру.

Фиг.4 показывает еще одну конструкцию однофазного электродвигателя: рабочая обмотка (1), пусковая обмотка (2), пусковой конденсатор (3), центробежный выключатель или отключающее реле (4) и рабочий конденсатор (5).

Фиг.5 показывает трехфазный электродвигатель - с дополнительной обмоткой, запитываемой через конденсаторы и соединенной параллельно с основной обмоткой. Показана дельта-конфигурация. Тремя основными обмотками являются: (1), (2) и (3) и тремя дополнительными обмотками - (4), (5) и (6). Конденсаторами дополнительной обмотки являются: (7), (8) и (9) и тремя соединениями междуфазного напряжения - (R), (S) и (Т).

Фиг.6 показывает конфигурацию звездой с тремя основными обмотками (1), (2) и (3) и с тремя дополнительными обмотками (4), (5) и (6). Конденсаторы (7), (8) и (9) дополнительной обмотки, три соединения междуфазного напряжения (R), (S) и (Т) и центральная точка соединений звездой предусмотрены для основной обмотки (ОР) и для дополнительной обмотки (OS).

Фиг.7 показывает соединения интервалов обмотки и конфигурацию «четыре полюса - один прилегающий дельта-полюс», трехфазную обмотку и внутренние соединения основных и дополнительных обмоток.

Точка соединения для входной линии (R) обозначена как (4) для основной обмотки и (7) для дополнительной обмотки. Входная линия (S) обозначена как (6) для основной обмотки и (8) для дополнительной обмотки. Входная линия (Т) обозначена как (5) для основной обмотки и (9) для дополнительной обмотки. Конденсаторы дополнительной обмотки обозначены как (1), (2) и (3). Ввиду соответствующего дельта-соединения на каждой из основных и дополнительных обмоток имеет место физически неуравновешенная конфигурация. Дельта-соединение (6) по отношению к соединениям (4) и (5) совершенно неуравновешенное.

Дельта-соединение (8) совершенно неуравновешенное по отношению к дельта-соединению (7) и (9). Такое отсутствие физического равновесия отрицательно сказывается на проскальзывании фазового угла между двумя обмотками по отношению к направлению вращения (по часовой стрелке или против часовой стрелки) ротора. Этот тип внутреннего соединения обмоток отрицательно сказывается на энергоэкономичности при одном направлении вращения.

За счет применения излагаемого выше технического решения в обычном трехфазном электродвигателе обеспечиваются следующие преимущества:

Повышение общей плотности обмотки приблизительно на 15%.

Разделение обычной обмотки на две отдельные обмотки в соотношении 1/2.

Преобразование обычной обмотки на конфигурацию внахлестку вблизи соединяемых прилегающих полюсов (Тип обмотки со следующими один за другим полюсами нельзя использовать).

Преобразование обычных соединений обмотки в дельта-конфигурацию согласно первоначальному числу цепей.

Вычисление характеристики конденсатора дополнительной обмотки в микрофарадах;

Формула:

где С - величина конденсатора в микрофарадах на одну фазу;

Р - теоретическая мощность в л.с.электродвигателя;

1,5 - множитель, выведенный экспериментально;

460 - постоянное базовое напряжение.

Эта формула не обеспечивает точное вычисление оптимального значения конденсатора без учета фактического поля, действующего при параметрах нагрузки данного электродвигателя. Поэтому, хотя эти типы электродвигателей в работе дают улучшенный коэффициент мощности и обеспечивают некоторую экономию энергии, они все же являются продукцией более низкого качества, с более коротким сроком службы и их можно усовершенствовать.

Фиг.8 показывает однофазный электродвигатель согласно настоящему изобретению. Основная обмотка имеет две половинные секции (1а) и (1b), разделяемые средней точкой (О). Дополнительная обмотка также имеет две половинные секции (5а) и 5(b), разделяемые конденсатором (6). Также показаны пусковая обмотка (2), пусковой конденсатор (3) и центробежный выключатель или выключающее реле (4). Однофазный электродвигатель согласно настоящему изобретению имеет дополнительную обмотку, параллельно подключенную к основной обмотке. Обе половинные секции находятся в противоположных направлениях по полю по отношению друг к другу и соединены в центральной точке с конденсатором. Центральная точка основной обмотки используется в целях двойного напряжения.

Фиг.9 показывает трехфазный электродвигатель согласно настоящему изобретению - в дельта-конфигурации. Основные обмотки - (1), (2) и (3); дополнительные обмотки - (4), (5) и (6); конденсаторы дополнительной обмотки - (7), (8) и (9). Точки дельта-соединения трех основных обмоток: (R), (S) и (Т). Необходимо отметить, что согласно настоящему изобретению точками соединения входного линейного напряжения являются (Ra), (Sa) и (Та). Каждая дополнительная обмотка запитывается от фазы, не являющейся фазой ее соответствующей основной обмотки, в результате чего она оказывается в противоположном поле с заданным значением конденсатора, позволяющим запитывание этой обмотки.

Фиг.10 показывает трехфазный электродвигатель согласно настоящему изобретению - в конфигурации звездой. Три основные обмотки - (1), (2) и (3); три дополнительные обмотки - (4), (5) и (6); конденсаторы дополнительной обмотки - (7), (8) и (9) с точкой (О) соединения звездой и три соединения (R), (S) и (Т) линейного напряжения.

Каждая дополнительная обмотка запитывается фазой, не являющейся фазой ее соответствующей основной обмотки. Дополнительная обмотка (4) для устранения насыщения, относящаяся к основной обмотке (1), соединена через конденсатор (7) с входной линией основной обмотки (2). Дополнительная обмотка (5) для устранения насыщения, относящаяся к основной обмотке (7), соединена через конденсатор (8) с входной линией (Т) основной обмотки (3).

Дополнительная обмотка (6) для устранения насыщения, относящаяся к основной обмотке (3), соединена через конденсатор (9) с входной линией (R) основной обмотки (1). Тем самым ясно демонстрируется противоположное положение поля другой обмотки. Нужно отметить, что согласно настоящему изобретению применяется одиночная точка соединения звездой.

Фиг.11 показывает внутренние соединения обмотки согласно комбинации «четыре полюса - один прилегающий дельта-полюс». Точка соединения для входной линии (R) является точкой (4) для основной обмотки и точкой (7) для дополнительной обмотки. Соединительная точка (6) предназначается для входной линии Т и соединительная точка (8) предназначается для дополнительной обмотки. Конденсаторами дополнительной обмотки являются (1), (2) и (3).

Необходимо отметить, что соответствующие дельта-соединения каждой из основных и дополнительных обмоток являются тремя дельта-точками (4), (5) и (6) основной обмотки, которые совершенно симметричны по отношению друг к другу и отстоят друг от друга на равном расстоянии. Эта обладающая новизной конфигурация в значительной степени решает проблему кпд и экономии энергии в отношении направления вращения. Это обладающее изобретательским уровнем решение обеспечивает конфигурацию «четыре полюса - одна дельта-цепь», за счет чего решается проблема вращения с другими значениями частоты вращения и нескольких цепей либо в дельта-конфигурации, либо в конфигурации звездой.

Таким образом, при преобразовании известного однофазного или трехфазного электродвигателя согласно настоящему изобретению отмечаются следующие преимущества:

Отсутствие изменений в плотности обмотки;

Разделение обычной обмотки на две разные и отдельные обмотки в приблизительных соотношениях 1/3 и 2/3;

В первоначальной конфигурации обмоток, прилегающих друг к другу или следующих друг за другом полюсов, изменения не требуются.

Обе обмотки согласно настоящему изобретению можно намотать и установить за счет выполнения только одной операции, за один этап. Обеспечивается возможность вычисления значения конденсатора дополнительной обмотки в микрофарадах на одну фазу. Это значение прямо пропорционально фактической полной токовой нагрузке в амперах на одну фазу и обратно пропорционально квадрату линейного напряжения в вольтах. При этом кратность значения определяется множителем в приблизительных значениях 0,25×10⁶ -0,3×10⁶. Обладающие новизной соединения этих двух обмоток имеют противоположные направления поля и они находятся в разных фазах.

Поэтому очевидно, что настоящее изобретение повышает общий кпд, обеспечивает явное повышение коэффициента мощности, значительное снижение пускового тока, рабочего тока и полной токовой нагрузки.

Каждая дополнительная обмотка предпочтительно запитывается через один или более конденсаторов с противоположным фазовым углом и в противоположных направлениях поля от каждой соответствующей основной обмотки; причем общее поперечное сечение размера провода, используемого в каждой основной и дополнительной обмотке, имеет заданные значения.

Способ вычисления значения конденсатора обмотки выполняется с помощью определенной формулы, согласно которой значение емкости в микрофарадах прямо пропорционально фактической полной токовой нагрузке в амперах, потребляемой электродвигателем или производимой синхронным генератором, и обратно пропорционально квадрату линейного напряжения и модифицируется множителем, приблизительные значения которого находятся в пределах от 0,25×10⁶ до 0,3×10⁶.

Нужно отметить, что в однофазном электродвигателе, отличающемся тем, что первая и вторая основные обмотки соединены с основной общей точкой и с первой и второй линиями потенциала линейного напряжения; первая и вторая дополнительные обмотки соединены с конденсатором обмотки и с первой и второй линиями потенциала в параллельном соединении с первой и второй основными обмотками, каждая обмотка из числа первой и второй дополнительных обмоток генерирует поле в противоположном направлении с соответствующей одной обмоткой из числа первой и второй основных обмоток.

Первая и вторая основные обмотки предпочтительно имеют размер основного провода, и каждая обмотка из числа первой и второй дополнительных обмоток имеет размер дополнительного провода; причем размер основного провода приблизительно в два раза превышает размер дополнительного провода.

Многофазный электродвигатель предпочтительно содержит множество основных обмоток, соединенных в дельта-конфигурации в трех точках питающей линии, имеющих линейное напряжение, при этом каждая основная обмотка имеет размер основного провода; и множество сегментов, соединенных параллельно со множеством основных обмоток. Каждый сегмент имеет дополнительную обмотку и конденсатор обмотки; при этом дополнительная обмотка имеет размер дополнительного провода и фазу, не являющуюся фазой основных обмоток, и генерирует поле в направлении, противоположном направлению поля основных обмоток.