МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА СО ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
MAGNETOELECTRIC MACHINE WITH AUXILIARY MOTOR

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам. Наиболее близко по конструкции она подходит к синхронной машине с возбуждением постоянными магнитами (И.И. п.5, стр.442).
Названая машина наряду с имеющимися у нее достоинствами имеет и некоторые недостатки. Например, сложные пускорегулировочные характеристики и относительно низкий КПД.
Техническим результатом заявленного изобретения является существенное улучшение названных пусковых, регулировочных характеристик, а также повышение его КПД.
Технический результат достигается тем, что в конструкции предложенной машины предусмотрен вспомогательный двигатель со специальным возбуждением, который в ее работе часть нагрузки берет на себя. Это связано прежде всего с тем, что в обмотках ее статора и ротора при этом не будут наводиться противоЭДС (токов).
Предложенная магнитоэлектрическая машина со вспомогательным двигателем, содержащая основной генератор, вспомогательный двигатель и специальный возбудитель, подвижные части которых размещены на их общем валу вращения и которые разделены от неподвижных воздушными зазорами, отличающаяся тем, что обмотки явно выраженных электромагнитных полюсов неподвижного статора вспомогательного двигателя соединены обмоткой неподвижного, имеющей форму полого, ферромагнитного цилиндра внешнего якоря основного генератора, подвижный индуктор которого состоит из центрального цилиндрического магнитопровода, на диаметрально противоположных сторонах которого установлены два стержневых постоянных магнита полюсами противоположных полярностей, а обмотки явно выраженных электромагнитных полюсов его ротора соединены обмоткой подвижного, центрального цилиндрического якоря специального возбудителя, неподвижный индуктор которого имеет форму полого ферромагнитного цилиндра, на диаметрально противоположных внутренних сторонах которого установлены два стержневых постоянных магнита полюсами противоположных полярностей. Причем концы обмотки статора вспомогательного двигателя одновременно соединены с электрическим выводом машины. На фигуре 1 показан продольный разрез предложенной машины, а на фигурах 2, 3, 4 показаны поперечные разрезы соответственно вспомогательного двигателя, основного генератора и специального возбудителя.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - вал вращения, 2 - центральный магнитопровод индуктора, основного генератора, 3 - постоянный магнит индуктора основного генератора, 4 - обмотка якоря основного генератора, 5 - внешний магнитопровод основного генератора, 6 - соединительный электропровод, 7 - явно выраженный электромагнитный полюс статора вспомогательного двигателя, 8 - явно выраженный электромагнитный полюс ротора вспомогательного двигателя, 9 и 10 - обмотки полюсов соответственно статора и ротора вспомогательного двигателя, 11 - магнитопровод статора вспомогательного двигателя, 12 - магитопровод ротора вспомогательного двигателя, 13 - внешний магнитопровод индуктора специального возбудителя, 14 - постоянный магнит индуктора специального возбудителя, 15 - обмотки якоря специального возбудителя, 16 - центральный магнитопровод специального возбудителя, 17 - немагнитный корпус машины, 18 - подшипниковый щит машины.
На фигурах 3 и 4 постоянные магниты 3 и 14 индукторов соответственно основного генератора и специального возбудителя показаны в таком положении и в тот момент оборота вала вращения машины, когда исходящие и сходящие их линии индукции в пространстве перпендикулярны друг другу и они не пронизывают своих якорных обмоток. Они их не пронизывают и тогда, когда все указанные линии магнитной индукции будут параллельны друг другу в пространстве, т.е. через четверть оборота вала вращения. В эти моменты центральные линии явно выраженных электромагнитных полюсов статора и ротора вспомогательного двигателя находятся на одной линии, как это показано на фиг.2.
Кроме того, прямые и обратные активные провода обмоток соответствующих якорей основного генератора и специального возбудителя уложены в пазы соответствующих магнитопроводов в таком порядке, что наводимые в них в рабочем режиме пары положительных и отрицательных полуволн якорных токов основного генератора и специального возбудителя сдвинуты по фазе на 45°, как это изображено на графиках 1 и 2.
При этом прямые и обратные активные провода обмотки якоря основного генератора уложены в противоположных пазах его магнитопровода последовательно и представляют из себя одну целую обмотку. В том же порядке уложены активные провода обмотки подвижного якоря специального возбудителя.
Обмотки всех четырех явно выраженных электромагнитных полюсов статора вспомогательного двигателя соединены между собой последовательно и каждые рядом стоящие из них намотаны в противоположных направлениях. В таком же порядке намотаны, соединены и обмотки его ротора.
Магнитоэлектрическая машина со вспомогательным двигателем в генераторном режиме работает следующим образом. При вращении вала вращения внешним двигателем в активных проводах обмотки 4 неподвижного якоря основного генератора будут наводиться переменные ЭДС вследствие их пронизывания магнитными основными линиями постоянных магнитов 3 его подвижного индуктора. Эти ЭДС вызовут токи, которые потекут по обмоткам 9 явно выраженных полюсов 7 статора вспомогательного двигателя. Одновременно в активных проводах обмотки 15 подвижного якоря специального возбудителя также будут наводиться переменные ЭДС вследствие их пронизывания линиями индукции постоянных магнитов 14 его неподвижного индуктора. Эти ЭДС в свою очередь вызовут в них токи, которые потекут по обмоткам 10 явно выраженных электромагнитных полюсов 8 ротора вспомогательного двигателя.
Названные ЭДС якорей основного генератора и специального возбудителя и соответственно их токи сдвинуты по фазе друг от друга на 45°, о чем сказано было выше.
Вследствие этого указанные полюса статора и ротора вспомогательного двигателя в каждой четверти оборота всей подвижной части машины примут такие полярности, что на каждый явно выраженный электромагнитный полюс 8 его ротора будут действовать по паре сил. Это связано с тем, что при этом сзади них всегда будут полюса 7 его статора такими же полярностями, как и у них, а спереди - полюса с противоположными полярностями. В каждый раз, когда полюса 8 ротора окажутся в зоне полюсов 7 статора, то их полярности исчезнут, т.к. все их обмотки в эти моменты будут обесточены. Это позволяет избежать возможных тормозных электромагнитных моментов вследствие того, что в этом случае не могут наводиться противоЭДС в обмотках его статора и ротора. В результате всего этого вспомогательный двигатель часть нагрузки, приходящей на внешний двигатель, берет на себя, и на электрическом выводе машины будет поддерживаться определенное номинальное напряжение.
В двигательном режиме предложенная магнитоэлектрическая машина со вспомогательным двигателем будет работать следующим образом. При подаче на ее электрический вывод переменного напряжения частотой, согласованной с частотой вращения вала, электромагнитные полюса 8 ротора вспомогательного двигателя устремятся к ближайшим таким же полюсам 7 его статора. Тогда, как и в генераторном режиме, в активных проводах обмотки 15 подвижного якоря специального возбудителя будет вырабатываться такой же переменный и с такой же частотой ток, как это показано на графике 2. Вследствие этого взаимодействие ротора и статора вспомогательного двигателя будет усиливаться, и вся подвижная часть (весь ротор) машины наберет соответствующую номинальную угловую скорость ω.
Источник информации
1. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М.: Энергия, 1982.
2. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980.
3. Копылов И.П. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
4. Осин И.Л. и др. Синхронные машины. - М.: ВШ, 1990.
5. Токарев Б.Ф. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
6. Костенко Н.П. и др. Электрические машины. Ч. 2. - Л.: Энергия, 1983.
7. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные силы. - М.: ВШ, 1989.