ТЯГОВЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ И СЕКЦИОНИРОВАННОЙ ОБМОТКОЙ СТАТОРА ДЛЯ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Тяговый вентильный электродвигатель с постоянными магнитами и секционированной обмоткой статора для транспортных средств.
Устройство относится к электрическим машинам.
Известен «Тяговый вентильный электродвигатель»" (Патент РФ SU 1257772 А1) Гандашу В.М.; Гращенков В.Е.; Лебедев А.Н.; Явдошак Я.И. [1], предназначенный для транспортных средств, в котором обмотка каждой фазы имеет отпайки (отводы), которые делят ее на части, работающие в различных диапазонах скоростей.
Наиболее близким к предлагаемому является вентильный электродвигатель [2], имеющий статор с трехфазной несекционированной обмоткой, и ротор из постоянных магнитов с полюсами чередующейся полярности.
Вентильный электродвигатель [2] имеет механическую характеристику, близкую к характеристике двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Для тяговых двигателей транспортных средств такая характеристика неэффективна. Для тяговых двигателей транспортных средств целесообразно принимать двигатели с механической характеристикой, характеризующейся постоянством мощности P=const. Такая характеристика аналогична двигателю с автоматической коробкой передач. Она позволяет максимально использовать мощность двигателя при различных режимах движения. Это ограничивает возможность применения двигателя такого типа для транспортных средств.
Предлагаемый тяговый вентильный электродвигатель с постоянными обмотками для транспортных средств не имеет недостатка устройства [2]. Он состоит из статора с трехфазной обмоткой и ротора из постоянных магнитов с полюсами чередующейся полярности, причем для обеспечения механической характеристики, оптимальной для электротранспорта, обмотка каждой фазы имеет отпайки, которые делят ее на части, в результате этого двигатель имеет два режима работы - режима максимального момента и режима максимальной скорости.
Скорость вращения вентильного двигателя с постоянными магнитами должна соответствовать магнитной индукции, числу витков статора и величине питающего напряжения. Для изменения скорости вращения в двигателе такого типа необходимо изменить питающее напряжение или число витков в каждой фазе статора.
Устройства для изменения питающего напряжения большой мощности технически сложны, характеризуются значительным влиянием на гармонический состав напряжения сети, низким коэффициентом полезного действия.
В предлагаемом устройстве для изменения скорости вращения меняется число витков в каждой фазе обмотки статора (при этом коммутатор меняет частоту импульсов напряжения). При делении обмотки на две секции получается механическая характеристика, характеризующаяся постоянством мощности P=const. Это значительно проще, дешевле, надежнее, экономичнее в эксплуатации, чем дополнять схему устройством для регулирования напряжения большой мощности.
Причем наиболее близкое совпадение кривой постоянной мощности с механическими характеристиками экспериментально было получено именно при соотношении числа витков секций 1/3 (12/36 В).
Заявляемое устройство отвечает требованию "новизна", так как имеет новые признаки:
1. обмотка каждой фазы имеет отпайки, которые делят ее на две секции с соотношением числа витков 1/3, работающие в различных диапазонах скоростей.
Технический результат: обеспечение возможности максимально реализовать мощность тягового электродвигателя на различных скоростях движения электротранспорта, не прибегая к коробке передач.
На фиг. 1 представлена схема соединения фаз обмотки статора.
На схеме представлены:
1 - первая секция обмоток статора (для двигателя ЭДБ-150 - 12 витков);
2 - вторая секция обмоток статора (для двигателя ЭДБ-150 - 24 витка);
3 - контакты контактора.
На фиг. 2 представлены механические характеристики тягового вентильного электродвигателя с постоянными магнитами и секционированной обмоткой статора для транспортных средств
На диаграмме представлены:
1 - механическая характеристика режима 1 (задействованы обе секции обмоток статора (36 витков));
2 - механическая характеристика режима 2 (задействована только одна обмотка статора (12 витков));
3 - расчетная кривая, соответствующая постоянной мощности (150 кВт).
Причем, как видно из фиг. 2, наиболее близкое совпадение кривой постоянной мощности (150 кВт) с механическими характеристиками двигателя экспериментально было получено именно при соотношении числа витков секций 1/3 (12/36 В). Именно такой опытный экземпляр был утвержден к серийному производству.
На диаграммах приведены расчетные кривые, но по результатам испытаний получены данные о хорошей сходимости расчетных данных с данными, полученными экспериментально. Испытания были проведены и при необходимости будет предоставлен акт испытаний.
Предлагаемый тяговый вентильный электродвигатель с постоянными обмотками для транспортных средств состоит из статора с трехфазной обмоткой и ротора из постоянных магнитов с полюсами чередующейся полярности, причем для обеспечения механической характеристики, оптимальной для электротранспорта, обмотка каждой фазы имеет отпайки, которые делят ее на части, работающие в различных диапазонах скоростей (фиг. 1).
Для обеспечения режима 1 - наибольшего момента (фиг. 2) к питанию подключаются обе секции обмоток 1 и 2 (фиг. 1).
Для обеспечения режима 2 - наибольшей скорости (фиг. 2) к питанию подключаются только секции обмоток 1 (фиг. 1).
Переключения обмоток меняют число витков обмоток, но не меняют число пар полюсов. Скорость вращения при переходе от режима 1 к режиму 2 (фиг. 1) увеличивается за счет коммутатора, питающего двигатель. При переключении с режима 1 на режим 2 (фиг. 2) он увеличивает частоту импульсов.
Опытный экземпляр такого двигателя для министерства обороны ЭДБ-150 был изготовлен и испытан в лаборатории бюро электрических машин ОАО «НПО Электромашина».
Основные характеристики двигателя приведены ниже:
- Напряжение питания
900 В;
- Максимальный ток в фазе обмотки якоря
1000 А;
- Число фаз
3;
- Число пар полюсов
3;
- Соединение фаз обмотки якоря
Y;
- Передаточное отношение встроенного редуктора двигателя
К<sub>д</sub>=3;
- Передаточное отношение бортового редуктора
К<sub>бР</sub>=5,45;
- Материал магнита
NdFeB;
- Остаточная индукция магнита, не менее
1 Тл;
- Марка стали статора
ст 2212;
- Материал ярма ротора
ст 10;
- Размеры активных частей двигателя показаны на рис. 1.
- Активная длина статора и ротора двигателя
Lδ=180 мм
Для обеспечения необходимого диапазона регулирования частоты вращения двигателя при постоянной мощности, каждая фаза двигателя состоит из двух частей. Принципиальная схема соединения фаз обмотки статора показана на фиг. 1.
Переключение осуществляется одним контактором с двумя парами нормально замкнутых и двумя парами нормально разомкнутых контактов.
Таким образом, тяговый электродвигатель имеет два режима работы:
1. Режим №1 - число витков в фазе Wф=36 (используются все витки в фазах обмотки якоря для обеспечения максимального момента);
2. Режим №2 - число витков в фазе Wф=12 (обеспечение максимальной скорости).
Проведенные испытания позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого полезной модели критерию "промышленная применимость".
Источники информации:
1. Патент SU 1257772 A1, H02K 29/06, «Тяговый вентильный электродвигатель»; Гандашу В.М.; Гращенков В.Е.; Лебедев А.Н.; Явдошак Я.И. 15.09.1986
2. Патент H02K 29/00, H02K 23/04, H02K 1/24, H02K 15/03 «Вентильный электродвигатель с постоянными магнитами» Андреев В.Р.; Кибардин А.С.; Кучинский В.Г.; Сойкин В.Ф.; Михайлов В.М.; Кобылин А.Н.; Соколов B.C. Патент №2100893 дата публикации 1997.12.27.