МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С КОЛЬЦЕВЫМИ ОБМОТКАМИ
MAGNETOELECTRIC MACHINE WITH ANNULAR WINDINGS

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромагнитным машинам. Наиболее близко по конструкции она подходит к синхронной электрической машине с возбуждением постоянными магнитами.
Указанная машина, наряду с положительными характеристиками, имеет и недостатки. У нее очень сложные пускорегулировочные свойства.
Техническим результатом заявленной конструкции машины является существенное улучшение названных характеристик. Он достигается, прежде всего, тем, что частоты токов, протекающих в обмотках ее статора и ротора, за весь период вращения последнего, находятся в синхронности при любой его скорости.
Предложенная магнитоэлектрическая машина с кольцевыми обмотками, содержащая два индуктора из постоянных стержневого типа магнитов, с магнитопроводами, один подвижный, один неподвижный и силовой части из неподвижного и подвижного якорей с кольцевыми обмотками, подвижные части которых установлены на их общем валу вращения и которые разделены от неподвижных частей воздушными зазорами, отличающаяся тем, что концы обмотки неподвижного внешнего, имеющего форму полого цилиндра с пазами на внешней и внутренней его сторонах якоря выведены на электрические выводы машины, а концы обмотки подвижного центрального, имеющего в свою очередь, форму полого цилиндра с пазами на внешней и внутренней сторонах якоря соединены между собой накоротко.
На фигуре 1 показан продольный разрез машины, а на фигуре 2, 3 и 4 показаны поперечные разрезы ее частей.
На фигурах приняты следующие обозначения: 1 - Подшипниковый щит, 2 - Магнитопровод подвижного индуктора, 3 - Вал вращения, 4 - Подвижный индуктор, 5 - Немагнитный корпус машины, 6 - Неподвижная кольцевая обмотка статора, 7 - Магнитопровод статора, 8 - Магнитопровод якоря, 9 - Подвижная кольцевая обмотка якоря (ротора), 10 - Неподвижный индуктор, 11 - Магнитопровод неподвижного индуктора.
На фигурах 3 и 4 подвижный индуктор 4 и неподвижный индуктор 10 показаны в тот момент, когда они находятся в положении перпендикулярном друг к другу и их полюса - над точками магнитопроводов 7 и 8 статора и ротора, где отсутствуют активные провода их обмоток 6 и 9. Обмотки статора и ротора состоят каждая из четырех групп активных витков. Первая и вторая группа витков у статорной обмотки 6 состоят из прямых активных проводов, а третья и четвертая группы - из обратных активных проводов. У роторной обмотки 9 такие же группы соединены в порядке: первая и четвертая состоят из обратных активных проводов, вторая и третья - соответственно, из прямых. Такие последовательности групп активных витков обмоток статора и ротора позволяют в рабочем режиме, то есть во время вращения вала 3, чтобы при этом наводимые в активных витках подвижной обмотки 9 ротора токи были сдвинуты на 45° по фазе, по сравнению с токами, наводимых в активных проводах неподвижной обмотки 6 ротора, как это показано на графиках 1 и 2 (см. в графической части).
Магнитоэлектрическая машина с кольцевыми обмотками в генераторном режиме работает следующим образом. При вращении вала вращения 3 внешним двигателем в активных витках обмотки 6 неподвижного якоря (статора) будут наводиться переменные ЭДС в следствии движения по ним магнитных полюсов подвижного индуктора 4. Эти ЭДС вызовут токи в них, если начало и конец обмотки 6 неподвижного статора подключены на нагрузку. Одновременно в активных витках обмотки 9 подвижного якоря наведутся токи, поскольку ее концы соединены между собой, в следствии пронизывания их при этом магнитных силовых линий неподвижного индуктора 10. Названные выше наведенные токи в кольцевых обмотках 6 и 9 статора и ротора на соответствующих выступах магнитопроводов 7 и 8 статора и якоря создают соответствующие магнитные полюсы на краткое время. Эти неподвижные и подвижные кратковременные магнитные полюса будут взаимодействовать между собой таким образом, что сзади подвижных магнитных полюсов ротора всегда будут полюса статора одноименные с ним полярностью, а спереди - противоположной полярностью. Это позволяет машине взять часть нагрузки внешнего двигателя на себя.
В двигательной режиме магнитоэлектрическая машина с кольцевыми обмотками работает следующим образом. При подаче на обмотку 6 статора переменное напряжение частотой синхронной вращению вала 3, подвижный индуктор 4 начнет взаимодействовать токами, текущими по активным проводам ее витков. Движение данного индуктора приведет в движение активных проводов витков обмотки 9 ротора, так как она синхронно вращается с ним на одном валу 3. Проходя зону неподвижного индуктора 10 в них наведутся ЭДС и соответственно соответствующие переменные токи с такой же частотой, как и частота тока в обмотке 6 ротора. В итоге статор и ротор будут взаимодействовать с такой же закономерностью, как это показано на графиках 1 и 2, и весь ротор, в том числе и подвижный индуктор 8, машины наберет номинальную угловую скорость.
Источник информации:
1. Д.В. Белов и др. Судовые электрические машины. Изд «Судостроение», Л. - 1972
2. Бертинов А.И. Специальные электрические машины. - М. Энергия, 1982
3. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. - М. Энергия, 1980
4. Осин И.Л. и др. Синхронные машины. - М. ВШ, 1990
5. Костенко Н.П. и др. Электрические машины. Ч. 2. - Л. Энергия, 1983