синхронный электродвигатель

Формула изобретения

Синхронный электродвигатель, имеющий П-образные шихтованные магнитопроводы статора с многофазной сосредоточенной обмоткой, ферромагнитный ротор, отличающийся тем, что напряжения питания фаз обмоток сдвинуты по фазе на угол, меньший пространственного сдвига П-образных магнитопроводов, а ротор содержит два зубца, смещенных по оси и имеющих одинаковое угловое положение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к синхронным электродвигателям с реактивным ротором, и может быть применено в электромеханических системах с большими скоростями вращения, например в компрессоростроении.

Известен синхронный электродвигатель, имеющий шихтованный магнитопровод статора с многофазной обмоткой и реактивный ферромагнитный ротор. Обмотка статора получает питание от инвертора частоты, вырабатывающего систему напряжений согласно требуемой скорости вращения (Г.Б. Онищенко. «Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. заведений». 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. - 288 с.) - [1].

Его недостатком является сложность схемы питания.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по конструкции и достигаемому эффекту является синхронный электродвигатель, имеющий П-образные магнитопроводы статора с сосредоточенной многофазной обмоткой и реактивный ферромагнитный ротор с явно выраженными полюсами (патент № 2159494, H02K 19/06, H02K 1/06, опубл. 20.11.2000) - [2].

Его недостатком является низкая скорость вращения. Например, при частоте питания 50 Гц, трех П-образных магнитопроводах статора и двух полюсах на роторе скорость вращения ротора составляет 1500 об/мин.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в получении повышенной скорости вращения ротора электродвигателя при питании от многофазной сети.

Технический результат достигается тем, что синхронный электродвигатель, имеющий П-образные шихтованные магнитопроводы статора с многофазной сосредоточенной обмоткой, ферромагнитный ротор, имеет напряжения питания фаз обмоток сдвинутых по фазе на угол, меньший пространственного сдвига П-образных магнитопроводов, а ротор содержит два зубца, смещенных по оси и имеющих одинаковое угловое положение.

Сущность технического решения поясняется фиг.1-10, где

Фиг.1 - поперечное сечение электродвигателя;

Фиг.2 - продольное сечение электродвигателя;

Фиг.3 - фиг.9 - графики магнитной индукции в рабочем зазоре в различные моменты времени, соответствующие изменению фаз напряжений питания на угол /6 и положению ротора через угол /3;

Фиг.10 - векторная диаграмма фазных напряжений 6-фазного синхронного электродвигателя при питании от трехфазной сети.

На фиг.1-2 обозначено:

1 - П-образный магнитопровод статора;

2 - обмотка статора;

3 - кольца статора;

4 - ротор;

5 - вал.

П-образные элементы 1 магнитопровода статора выполнены шихтованными из электротехнической стали и объединены в единую конструкцию с помощью двух колец 3, выполненных из немагнитного материала. На каждом П-образном магнитопроводе 1 имеется фаза 2 обмотки статора. Ротор 4 выполнен из ферромагнитного материала. Он имеет форму цилиндра с двумя зубцами, смещенными по оси и имеющими одинаковое угловое положение.

Синхронный электродвигатель работает следующим образом.

На шесть фаз обмотки статора подаются переменные напряжения, сдвинутые по фазе на угол /6. В рабочих воздушных зазорах возникает волна магнитной индукции, соответствующая углу . За время, соответствующее половине периода синусоидального напряжения, волна магнитной индукции поворачивается на угол 2 .

На фиг.3 показан график магнитной индукции, соответствующий положительной волне. При этом ротор в отсутствии момента нагрузки занимает положение, при котором его магнитный поток максимален. Здесь угол поворота ротора = .

На фиг.4 показан график магнитной индукции, соответствующий изменению фазы напряжений на угол /6. При этом ротор в отсутствии момента нагрузки занимает положение, при котором его магнитный поток максимален, т.е. =4 /3. Изменение положения ротора на угол /3 соответствует угловому смещению П-образных магнитопроводов разных фаз на этот угол.

На фиг.5 показан график магнитной индукции, соответствующий изменению фазы напряжений еще на угол /6. При этом ротор в отсутствии момента нагрузки занимает положение, при котором его магнитный поток максимален, т.е. =5 /3, и т.д.

На фиг.9 показан график магнитной индукции, соответствующий изменению фазы напряжений питания по сравнению с фиг.3 на угол . Однако ротор повернулся относительно фиг.3 на угол 2 . Следовательно, за полный период напряжений питания ротор сделает два оборота.

Например, при частоте питания 50 Гц скорость вращения ротора составит 6000 об/мин, т.е. в четыре раза больше, чем у прототипа.

На фиг.10 показана векторная диаграмма фазных напряжений в случае, когда 1-я, 3-я и 5-я фазы питаются фазными напряжениями, а 2-я, 4-я и 6-я фазы питаются линейными напряжениями при соединении обмотки генератора в звезду с нейтральным проводом. Отметим, что в этом случае число витков четных фаз должно быть в раз больше, чем число витков нечетных фаз.

Для статической балансировки ротора центр его масс должен быть на оси вращения, для чего может быть применен балансный элемент - груз (на фиг.1-2 не показан).

Отметим, что П-образные магнитопроводы 1 статора могут выполняться витыми. Каждый П-образный магнитопровод вместе со своей фазой может собираться и транспортироваться отдельно, и лишь на месте эксплуатации все П-образные магнитопроводы 1 с фазами 2 обмотки статора объединяются в единую конструкцию с помощью колец 4, что важно при больших мощностях электродвигателей.

Таким образом, благодаря тому, что магнитопровод статора выполнен в виде П-образных магнитопроводов с фазами обмотки, а ротор содержит два зубца, смещенных по оси и имеющих одинаковое угловое положение, получен синхронный электродвигатель с повышенной скоростью вращения при питании от трехфазной сети.