АСИНХРОННАЯ РЕГУЛИРУЕМАЯ МАШИНА
ASYNCHRONOUS CONTROLLED MACHINE

Изобретение относится к регулируемым машинам переменного тока и может быть использовано в качестве регулируемого электропривода или генератора общепромышленного назначения. Известны регулируемые асинхронные двигатели с магнитными шунтами, авторское свидетельство СССР №1001341, кл. Н02К 17/30, 1981 г. Недостатком таких двигателей является узкий диапазон регулирования, большие потери скольжения при регулировании. Это техническое решение принято за аналог. Техническое решение, наиболее близко относящееся к предполагаемому изобретению, описано в патенте «Асинхронная электрическая машина», патент РФ №2069440 С1, 6 Н02К 17/30, 1996 г., принято за прототип.
Асинхронная электрическая машина, принятая за прототип, содержит основной магнитопровод статора с обмоткой переменного тока и основной магнитопровод ротора с обмоткой переменного тока. Статор имеет первый дополнительный магнитопровод с обмоткой переменного тока и второй дополнительный магнитопровод с обмоткой якоря. Ротор включает первый дополнительный магнитопровод с обмоткой переменного тока и второй дополнительный магнитопровод с индуктором.
Прототипу присущ следующий недостаток: узкий диапазон регулирования, так как минимально достижимое значение вращающего момента на валу определяется значением тока (потерями) холостого хода в роторной цепи обмоток основного и первого дополнительного магнитопроводов, включенных по принципу асинхронно-синхронного каскада. При вентиляторной характеристике нагрузки электропривода практический диапазон регулирования составляет от номинальной частоты вращения до ее половинного значения, тогда как нижний диапазон - от нуля до половинного значения частоты вращения - недостижим, так как значение асинхронного момента машины основного магнитопровода при нулевом значении нагрузки машины первого дополнительного магнитопровода превышает значение момента сопротивления электропривода.
Цель изобретения - улучшение энергетических характеристик: косинуса и коэффициента полезного действия.
Указанная цель достигается тем, что в отличие от прототипа первые дополнительные магнитопроводы статора и ротора выполнены из отдельных кольцевых пакетов, соотносящихся по расточке статора через кольцевой воздушный зазор, с размещением тороидальных обмоток переменного тока между смежными кольцевыми пакетами, противоположные цилиндрические стороны пакетов снабжены замыкающими магнитопроводами, роторные обмотки основного и первого дополнительного магнитопроводов соединены между собой, обмотка статора основного магнитопровода снабжена блоком преобразователя частоты и соединена с обмоткой статора второго дополнительного магнитопровода, входные клеммы установлены на тороидальных обмотках статора первого дополнительного магнитопровода.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются: выполнение статора и ротора первого дополнительного магнитопровода из отдельных кольцевых пакетов, между которыми размещены тороидальные обмотки переменного тока, а противоположные цилиндрические стороны пакетов снабжены замыкающими магнитопроводами; роторные обмотки основного и первого дополнительного магнитопроводов соединены между собой; обмотка статора основного магнитопровода снабжена блоком преобразователя частоты и соединена с обмоткой статора второго дополнительного магнитопровода, входные клеммы размещены на статоре первого дополнительного магнитопровода.
Предложение соответствует критерию «существенные отличия», так как из известного перечня информации, установленного нормативным документом (п.2 «Правила составления, подачи и рассмотрения заявки на выдачу патента на изобретение»), технические решения с признаками, подобными заявленным, не обнаружены.
На фиг.1 изображена конструктивная схема асинхронной регулируемой машины; на фиг.2 - сечение АА, на фиг.3 - сечение ВВ.
Асинхронная регулируемая машина включает основной магнитопровод статора 1 с обмоткой переменного тока 2, основной магнитопровод ротора 3 с обмоткой переменного тока 4, первый дополнительный магнитопровод статора 5 с отдельными кольцевыми пакетами 6, с тороидальными обмотками переменного тока 7 и замыкающими магнитопроводами 8, первый дополнительный магнитопровод ротора 9 с отдельными кольцевыми пакетами 10, с тороидальными обмотками переменного тока 11 и замыкающими магнитопроводами 12, кольцевой воздушный зазор 13 между первым дополнительным магнитопроводом статора и ротора, второй дополнительный магнитопровод статора 14 с якорной обмоткой переменного тока 15, второй дополнительный магнитопровод ротора 16 с индукторной обмоткой 17, блок преобразователя частоты 18 с ключом 19, входные клеммы 20.
Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения в тороидальные обмотки 7 током каждой фазы создается пульсирующий магнитный поток, который замыкается по магнитопроводу, образованному смежными кольцевыми пакетами магнитопровода статора 6, ротора 10 и дополнительными замыкающими магнитопроводами 8, 12. Этот магнитный поток наводит ЭДС в каждой фазе тороидальных обмоток 11 ротора с частотой, равной частоте тока обмоток 7 статора, под действием которой по замкнутому контуру, образованному роторной обмоткой 11 и роторной обмоткой переменного тока 4, протекает ток, создающий вращающее магнитное поле в воздушном зазоре основного магнитопровода. Вращающееся магнитное поле наводит ЭДС частоты скольжения в статорной обмотке 2, под действием которой по замкнутой цепи, образованной обмоткой 2 и блоком преобразователя частоты 18, протекает ток частоты скольжения обмотки 2, а по цепи, образованной обмоткой 15 второго дополнительного магнитопровода 14 и блоком преобразователя частоты 18, протекает ток частоты управления. Частота скольжения, преобразованная в блоке преобразователя частоты 18 в электроэнергию требуемой частоты управления, создает вращающееся магнитное поле в зазоре второго дополнительного магнитопровода 14, взаимодействующее с магнитным потоком индуктора 17, передавая вращающий момент на вал (ротор) асинхронной регулируемой машины. Частота вращения ротора не влияет на пульсирующее электромагнитное поле каждой фазы в кольцевом воздушном зазоре 13, остающееся неподвижным относительно обмотки статора 7. Между обмотками статора 7 и ротора 11 первого дополнительного магнитопровода происходит обмен электроэнергией по трансформаторной связи. Частота тока, индуцируемая в обмотке ротора 11 первого дополнительного магнитопровода, не зависит от частоты вращения ротора и численно равна частоте тока в обмотке статора 7. Вращающий момент в зазоре 13 между статором и ротором первого дополнительного магнитопровода отсутствует, так как тороидальные обмотки 7 и 11 установлены по кольцу вдоль оси вращения ротора, следовательно, ЭДС вращения отсутствует.
Величина вращающего момента в зазоре основного магнитопровода регулируется заданной частотой тока преобразователя частоты 18 в обмотке 15 второго дополнительного магнитопровода 14.. Преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключаются в улучшении энергетических характеристик машины: косинуса φ и коэффициента полезного действия.