АСИНХРОННЫЙ НИЗКООБОРОТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПОЛЮСАМИ И ПИТАНИЕМ ОТ ЭЛЕКТРОННОГО УПРАВЛЯЕМОГО ИСТОЧНИКА ТОКА СПЕЦИАЛЬНОЙ ТРАПЕЦЕИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ
ASYNCHRONOUS LOW-CURRENT ENGINE WITH CONCENTRATED POLES AND POWER SUPPLY FROM ELECTRONIC CONTROLLED SOURCE OF CURRENT SPECIAL TRAPEZOIDAL FORM

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу. Аналогами являются, например, известные обычные многофазные асинхронные электродвигатели (1. Иванов-Смоленский В.А. Электрические машины. В 2-х Т. Том 1. - М.: Издательство МЭИ, 2004-656 с., с. 291-300., 2. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии. М.: Энергия, 1973, с 400). 3. Копылов И.П. Проектирование электрических машин книга 1. М., «Энергоатомиздат», 1993, с. 244,), в которых каждая фазная обмотка статора является распределенной и выполняемой таким образом, чтобы получить близкое к синусоидальному распределение магнитного поля в зазоре. При питании от сети синусоидального уравновешенного напряжения возникающее магнитное поле является вращающимся с мгновенным, близким к синусоидальному распределению индукции вдоль зазора. Кратное снижение скорости холостого хода, достигаемое увеличением числа пар полюсов при неизменном количестве зубцов статора, приводит к более значительному отклонению формы распределения индукции вдоль зазора от синусоидальной из-за уменьшения числа зубцов в полюсном делении и как следствие, ухудшению условий работы, обусловленное наличием старших гармоник. Наиболее близким по назначению аналогом является низкооборотный асинхронный двигатель (Сеньков А.П., Калмыков А.Н. Сеньков А.А. патент RU 2412518 С, от 05.02.2010, опубликовано 20.02.2011. Бюл. №5).
Предлагаемый авторами изобретения (патент RU 2412518 С) низкооборотный асинхронный электродвигатель содержит статор с многофазной обмоткой и ротор с шихтованным магнитопроводом и короткозамкнутой обмоткой. Фазы статора выполнены в виде кольцевых обмоток, соосных с ротором, каждая из которых расположена между двумя кольцевыми магнитопроводами с зубцами, выступающими в осевом направлении и направленными встречно. Каждому зубцу соответствует полюс, причем зубцы принадлежащие двум разным кольцевым магнитопроводам одной и той-же фазы создают противоположные полюса за счет прохождения линий магнитного поля через зазоры и ротор. Магнитопроводы фазы смещены относительно друг друга на угол π/z и между ними размещен тороидальный магнитопровод, а кольцевые магнитопроводы разных фаз смещены относительно друг друга на угол 2π/z⋅m, где z - число зубцов каждого из кольцевых магнитопроводов, m - число фаз. При протекании фазных токов создается вращающееся магнитное поле и вращающий момент.
К недостатку относится равномерное распределение индукции вдоль зазора каждого полюса прямоугольной формы. В результате наряду с основной гармоникой распределения индукции в зазоре имеются значительные старшие гармоники, неблагоприятно влияющие на работу двигателя.
Предлагаемое нами изобретение в отличие выше приведенных решений по обычным асинхронным электродвигателям (патент RU 2412518 С) позволяет создать, низкооборотный асинхронный электродвигатель, с большим числом пар полюсов и наибольшим вращающим моментом при подключении к электронному управляемому по частоте источнику тока трапециидальной формы.
Низкооборотный асинхронный двигатель с питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапециидальной формы содержит статор с двухфазной многополюсной сосредоточенной обмоткой, каждый полюс которого представляется одним зубцовым делением расположенным на внутренней стороне статора в периодической последовательности: северный полюс первой фазы - северный полюс второй фазы - южный полюс первой фазы - южный полюс второй фазы (…-N1-N2-S1-S2-…), два электронных управляемых по частоте источника тока, выход первого соединен с выводом обмотки первой фазы, выход другого соответственно второй фазы (фиг. 1). Электронный блок 1 (фиг. 1) с двумя выходами формирует периодические сигналы задания тока фаз трапециидальной формы, регулируемых по частоте. Входной сигнал этого блока задает частоту выходного сигнала с положительной трапецией в первом и отрицательной во втором полупериодах, сдвинутых по времени на четверть периода (фиг. 2). Выходные сигналы подаются на входы электронных источников тока 2 и 3.
Главное отличие от прототипа низкооборотного асинхронного двигателя состоит в конструктивном переходе от кольцевой фазной обмотки статора к сосредоточенной на одном или нескольких зубцах, с питанием от источника периодического тока трапециидальной формы, управляемого по частоте.
Сечение ярма магнитопровода статора и полого ротора выполняется равным наименьшему сечению зубца с целью уменьшения веса. Сосредоточенные обмотки зубцов выполняются всыпными и одинаковыми. Число стержней короткозамкнутого ротора должно быть большим или равным двум в полюсном делении.
Изготовление всех узлов и деталей низкооборотного асинхронного электродвигателя с сосредоточенными полюсами возможно на технологическом оборудовании с применением оснастки и процессов, используемых для изготовления обычных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.
max
max
и
Сущность изобретения состоит в том, что в соответствии с диаграммой токов фаз (фиг. 2) в любую четверть периода в зазоре одного полюсного деления с линейно изменяющимся током обмотки при синхронной скорости создается магнитный поток, линейно изменяющийся в пределах от -Ф до +Ф. В контурах ротора, охватывающих магнитный поток этого полюса составленных двумя параллельными стержнями, находящихся в полюсных делениях соседних полюсов и замкнутых кольцами, индуцируется электродвижущая сила Е
Т - период трапециидального колебания тока, В - индукция в зазоре, l - длина стержня, d - линейная длина дуги полюсного деления.
Индуцируемая электродвижущая сила неизменна в течении всей четверти периода и максимальна при трапециидальной диаграмме тока.
Под действием индуцированного тока в указанных стержнях возникает сила, действующая в одном и том-же направлении в соответствии с законами электромагнитной индукции и электромагнитного взаимодействия.
п
При вращении ротора с линейной скоростью в зазоре v в направлении действия силы в стержне возникает электродвижущая сила Е, противоположная по знаку индуцируемой
п
E=Blv
п
Для двух стержней электродвижущая сила Е удваивается
и
пд
c
Сумма Е и Е при линейной синхронной скорости v равна нулю, что позволяет представить ее как
c
v=4dƒ
ƒ - частота периодического трапециидального тока источника.
Технический результат состоит в том, что позволяет создать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, обладающим низкой синхронной скоростью, с максимальным вращающим не пульсирующим моментом, а также в уменьшении веса низкооборотного асинхронного двигателя при неизменном внутреннем диаметре статора, без существенного изменения технологии изготовления.
Область применения предлагаемого изобретения асинхронного двигателя с низкой синхронной скоростью и питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапециидальной формы, позволяет создать электропривод типа мотор-колесо с максимальным вращающим моментом на низких частотах вращения и наименьшим весом по сравнению с приведенными аналогами низкооборотных асинхронных двигателей, а также электроприводов разнообразных механизмов без понижающих редукторов.