КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ РОТОР КАСКАДНОЙ СИНХРОННО-АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
CAGE ROTOR OF CASCADE SYNCHRONOUS-ASYNCHRONOUS ELECTROMECHANICAL SYSTEM

Изобретение относится к области электротехники, в частности к таким электрическим машинам, которые являются генераторами с малым числом оборотов, например, в ветро- и гидроэнергетике, или бесконтактным электродвигателем с переключаемым числом оборотов.
Короткозамкнутый ротор типа беличьей клетки широко применяется при производстве асинхронных двигателей широкого диапазона мощности и скорости вращения (см.: И.П. Копылов. Электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.). Главные достоинства такого ротора - технологическая простота и дешевизна изготовления, а также высокая надежность в работе.
Однако применять короткозамкнутую обмотку в каскадах, состоящих из нескольких вращающихся на одной оси электрических машинах, оказалось невозможным, так как магнитное поле, создаваемое многофазным током такой обмотки, обязательно вращается в направлении, противоположном вращению самого ротора.
В то же время известен каскадный синхронно-асинхронный генератор (патент Российской Федерации №2453971), в котором благодаря использованию фазной роторной обмотки осуществляется встречное по отношению к оси вращение магнитного поля. Благодаря этому асинхронные машины, из которых выполнены ступени каскада, работают в режиме тормоза и вместе с трансформацией электроэнергии с ротора на статор осуществляют ее генерирование в статорной обмотке. Примем данную конструкцию за прототип.
Основной недостаток фазной обмотки - ее низкая технологичность: провода в пазы этой обмотки до сих пор закладываются вручную. Ясно, что и надежность работы асинхронной машины с таким ротором ниже, чем при короткозамкнутой обмотке.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является применение короткозамкнутой обмотки взамен фазной у роторов каскадной синхронно-асинхронной электромеханической системы, состоящей из обращенного синхронного генератора и асинхронного преобразователя, работающего в режиме тормоза.
Поставленная задача решается тем, что короткозамкнутый ротор каскадной синхронно-асинхронной электромеханической системы, состоящей из двух расположенных на одной оси ступеней - обращенного синхронного генератора и асинхронного преобразователя, работающего в режиме тормоза, - в отличие от прототипа состоит их двух половин, расположенных порознь в магнитных системах обеих ступеней, а обмотки этих половин выполнены в виде многофазных звезд, замкнутых с противоположных торцов каждой ступени, а близлежащие концы обеих обмоток соединены крест-накрест так, чтобы последовательность фаз обеих звезд была противоположной.
На фиг.1 изображены об половины ротора: первой ступени - А и второй ступени - В. На фиг.2 дано схематическое изображение фазных обмоток этих половин А и В ротора.
У половины А проводники 1, 2, 3…, m, уложенные в пазы, замкнуты проводящим кольцом с левого торца, а у В - с правого. Количество пазов и, следовательно, число проводников в них у обеих половин одинаковое - m. Свободные концы обмоток обоих роторов соединены между собой проводами крест-накрест, т.е. так, чтобы последовательность фаз этих обмоток была противоположной: проводник 1 ротора А соединен с проводником (m-1) ротора В, проводник 2 с проводником (m-2) и т.д.
Как видим, последовательность фаз обмотки А (1, 2,…m) направлена против часовой стрелки, а у В (m, m - 1, m - 2,…1) - по часовой стрелке. Благодаря этому создаваемые токами этих обмоток магнитные поля вращаются друг относительно друга в противоположные стороны.
Участки фазных обмоток А и В (см. фиг.2), лежащие в пазах обеих половин цилиндрического ротора, условно показаны в виде лучей многофазной звезды.
2
1
1
1
2
Благодаря перекрестному соединению вершин обеих звезд: m - 1, (m-1) - 2, (m-2) - 3, (m-3) -4,…4 - (m-3), 3 - (m-2), 2 - (m-1), 1 - m, создаваемые токами этих обмоток магнитные поля N-S вращаются в противоположные стороны с одинаковой скоростью ω. На этой же фигуре показана угловая скорость вращения оси вала ротора ω. Как видим, действительно, если угловая скорость магнитного поля половины ротора А направлена в сторону, противоположную ω, то у половины В ω и ω совпадают по направлению. Следовательно, действительно, асинхронный преобразователь с половиной В работает в режиме тормоза.
Таким образом, разработана конструкция ротора электромеханического каскада с короткозамкнутой обмоткой, обладающая технологическими и эксплуатационными преимуществами по сравнению с известной конструкцией, в которой используется фазная обмотка.