Електромашина харченка

1. Електромашина, що містить станину з підшипниковими щитами, двопакетний статор з обмоткою, при цьому його пакети зі сторони станини з'єднані між собою магнітно магнітопровідними ярмами, двопакетний ротор з обмоткою збудження, конструктивно сполучена з безконтактним джерелом збудження у вигляді однофазного обертового трансформатора, який містить також пакет статора з обмоткою та пакет ротора з обмоткою, причому два пакети її двопакетного ротора та пакет ротора обертового трансформатора разом з їх обмотками розташовані на одному валу і нерухомо на ньому зафіксовані, при цьому два ротори разом з валом встановлені в підшипникові щити і коаксіально - у внутрішній простір двох статорів, яка відрізняється тим, що додатково оснащ ена блоком обертового випрямляча, який має електричне ізолювання від вала і нерухомо на ньому зафіксований, причому щонайменше одна її обмотка збудження двопакетного ротора приєднана до обмотки ротора обертового трансформатора через блок обертового випрямляча. 2. Електромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що конструктивно сполучена з багатофазним безконтактним джерелом збудження у вигляді обертового трансформатора з числом фаз m=1,2,3,...n, де n - будь-яке подальше ціле число. 3. Електромашина за пп. 1 та 2, яка відрізняється тим, що обертовий трансформатор з числом фаз m=1,2,3,...n, де n - будь-яке подальше ціле число, оснащений принаймні двома або більше комплектами статорних обмоток. 4. Електромашина за пп. 1 та 3, яка відрізняється тим, що принаймні один комплект статорних обмоток обертового трансформатора виконаний на напругу живлення, яка відрізняється від напруги живлення її статорної обмотки. 2 (19) 1 3 30596 4 13. Електромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що її система охолодження конструктивно виконана у вигляді замкнутого контуру, при цьому частина якої з вентилятором або насосом, теплообмінником та іншими пристроями розташована здебільшого зовні оболонки електромашини. 14. Електромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що регулювання обертового моменту на валу та частоти обертання ротора в режимі двигуна виконують здебільшого шляхом зміни величини напруги живлення на її обмотці двопакетного статора, а інколи і на обмотках статора обертового трансформатора. 15. Електромашина за п. 1, яка відрізняється тим, що пакети її двопакетного статора магнітно з'єднані між собою станиною, яка при цьому виготовлена із магнітопровідного матеріалу. Корисна модель належить до безконтактних електричних машин з електромагнітним збудженням і може бути застосована в електроприводі переважно в якості регульованого електродвигуна в усіх галузях промисловості. Відома електромашина [Авт. свідоцтво СРСР №394899, Η02Κ17/04, 1973], яка містить статор з однофазною обмоткою, ротор з багатофазною та додатковою короткозамкненою обмотками та допоміжний ротор з багатофазною обмоткою, при цьому багатофазні роторні обмотки зустрічно з'єднані між собою. Недоліки - електромашина в режимі двигуна не може працювати від пульсуючого та постійного струму і через те має обмежену область використання. Відома також електромашина [Авт. свідоцтво СРСР №678603, 2Η02К19/06, 1979], яка містить однопакетний статор, який конструктивно поєднаний з індуктором, на явно виражених різнойменних полюсах якого розташовані котушки збудження, двопакетний ротор та кільцеву статорну обмотку, яка розташована в пазу скобоподібних наконечників полюсів індуктора. Недоліки - електромашина в режимі двигуна не може працювати від пульсуючого та постійного струму. Причина - в цьому режимі вона перетворюється на звичайний електромагніт і, за рахунок цього, не розвиває обертового моменту. Отже, внаслідок цього, має обмежену область використання. В якості прототипу для електромашини, що заявляється, обрана однофазна електромашина Харченка [патент UA №72797 С2, 7Н02К31/00, 2005], яка містить станину з підшипниковими щитами, двопакетний статор з обмоткою, при цьому його пакети зі сторони станини з'єднанні між собою магнітно магнітнопровідними ярмами, двопакетний ротор з обмоткою збудження, конструктивно сполучена з безконтактним джерелом збудження у вигляді однофазного обертового трансформатора, при цьому два ротори з їх обмотками розташовані на одному валу і нерухомо там зафіксовані. Головний недолік - електромашина в режимі двигуна не здатна працювати від пульсуючого та постійного струму і через те має обмежену область використання. Суть причини відомої електромашини, що перешкоджає досягненню очікуваного технічного результату, конструктивно закладена в нераціональній конструкції її системи збудження, яка полягає в тому, що при живленні її обмотки статора та обмотки статора обертового трансформатора пульсуючим або постійним струмом останній не здатний електромагнітним шляхом передати електричну енергію до її обмотки збудження. Отже, при відсутності магнітного потоку збудження відома електромашина не здатна самостійно розвинути обертовий момент тільки за рахунок живлення однієї її обмотки статора. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомої електромашини, в якої шляхом конструктивної модифікації системи збудження забезпечується передача безконтактним способом електричної енергії до її обмотки збудження, а також створення постійного магнітного потоку збудження. За рахунок цього вона здатна ефективно працювати в режимі двигуна в безконтактному своєму виконанні навіть при живленні її обмотки статора пульсуючим або постійним струмом і, за рахунок цього, значно розширити область її використання в різних регульованих електроприводах. Поставлена задача вирішується тим, що електромашина Харченка, яка містить станину з підшипниковими щитами, двопакетний статор з обмотками, при цьому його пакети зі сторони станини з'єднанні між собою магнітно магнітопровідними ярмами, двопакетний ротор з обмоткою збудження, конструктивно сполучена з безконтактним джерелом збудження у вигляді однофазного обертового трансформатора, який містить також пакет статора з обмоткою та пакет ротора з обмоткою, причому два пакети її двопакетного ротора та пакет ротора обертового трансформатора разом з їх обмотками розташовані на одному валу і нерухомо на ньому зафіксовані, при цьому два ротори разом з валом встановлені в підшипникові щити і коаксіально у внутрішній простір двох статорів, згідно з корисною моделлю, додатково споряджена блоком обертового випрямляча, який має електричне ізолювання від вала і нерухомо на ньому зафіксований, причому щонайменше одна її обмотка збудження двопакетного ротора приєднана до обмотки ротора обертового трансформатора через блок обертового випрямляча. Тут і далі під терміном "пакети" маються на увазі статорні та роторні активні конструктивні частини електромашини та обертового трансформатора, осердя яких переважно набрані із окремих листів 5 електротехнічної сталі або виконані масивними із інших магніто провідних матеріалів. Введення в конструкцію ротора блока обертового випрямляча призводить до очікуваного технічного результату за рахунок того, що запропонована електромашина в своєму конструктивному виконанні залишається безконтактною внаслідок того, що статорні обмотки обертового трансформатора живлять змінним струмом, але при цьому не зменшуються її позитивні властивості, а саме: висока надійність та зручність в обслуговуванні і, в той же час, вона здатна працювати від пульсуючого та постійного струму і, таким чином, за рахунок цього значно розширюється область її широкого використання в різних регульованих електроприводах. Крім того, блок обертового випрямляча практично не збільшує її масу та габаритні показники внаслідок того, що потужність всієї її системи збудження, до якої він сам також належить, складає не більше 12 відсотка від її загальної потужності. Крім того, згідно з корисною моделлю, можливе її конструктивне сполучення з багатофазним безконтактним джерелом збудження у вигляді обертового трансформатора в якого число фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число. Можливе виконання обертового трансформатора з числом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число, принаймні з двома або більше комплектами статорних обмоток. Можливе виконання електромашини, у якої принаймні один комплект статорних обмоток обертового трансформатора виконаний на напругу живлення, яка відрізняється від напруги живлення її статорної обмотки. Можливе виконання електромашини, яка споряджена багатофазним блоком обертового випрямляча з числом фаз рівним числу фаз обертового трансформатора з числом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число, який має електричне ізолювання від валу і нерухомо на ньому зафіксований. Можливе виконання електромашини в якої принаймні одна її обмотка збудження приєднана до роторних обмоток обертового трансформатора з числом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число, через багатофазний блок обертового випрямляча. Можливе виконання електромашини в якої принаймні один комплект фазних обмоток статора та ротора обертового трансформатора зчислом фаз m=1,2,3,...,n, де n - будь-яке подальше ціле число, мають між собою електричне з'єднування, наприклад, по зв'язаній багатофазній системі по схемі "зірка", "зірка з нулем" або "трикутник". Можливе виконання статорної обмотки електромашини або одношаровою, або багатошаровою. Можливе виконання електромашини надвеликої потужності індивідуального виконання в дво-, триабо в більшому роторному виконанні. Можливе спорядження електромашини принаймні одним внутрішнім вентилятором або іншими спеціальними пристроями для її охолодження, які 30596 6 є невід'ємними складовими елементами її обертової частини. Можливе виконання зовнішньої поверхні станини електромашини здебільшого ребристою і, крім цього, додатково споряджена принаймні одним зовнішнім вентилятором для охолодження, який закріплений на зовнішньому виступаючому кінці вала і, при цьому, сам додатково закритий захисним кожухом. Можливе спорядження електромашини принаймні одним зовнішнім незалежним електричним вентилятором для примусового її охолодження, який розташований переважно на її зовнішній поверхні і нерухомо там зафіксований. Можливе виконання системи охолодження конструктивно у вигляді замкнутого контуру, при цьому частина якої з вентилятором або насосом, теплообмінником та іншими пристроями розташована здебільшого зовні оболонки електромашини. Можливе регулювання обертового моменту на валу та частоти обертання ротора в режимі двигуна виконують здебільшого за рахунок зміни величини напруги живлення на обмотці двопакетного статора електромашини, а також інколи і на обмотках статора обертового трансформатора. Можливе виконання електромашини, в якій пакети її двопакетного статора магнітно з'єднані між собою станиною, яка при цьому виготовлена із магнітопровідного матеріалу. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де зображені: на Фіг.1 - спрощена електромагнітна конструкція електромашини Харченка, поздовжній розріз; на Фіг.2. - електрична схема електромашини Харченка з незалежним електромагнітним збудженням від однофазного обертового трансформатора, яка зображена на Фіг.1. Пояснення на Фіг.1-2; де w - кутова швидкість обертання вала; Φ - магнітний потік збудження; »І - змінний струм; =І - постійний або пульсуючий струм. Шлях магнітного потоку Φ по активним частинам обертового трансформатора, який створений принаймні однією його статорною обмоткою, зображений на Фіг.1 штрих пунктирною лінією. Шлях магнітного потоку Φ збудження по активним частинам електромашини, який створений принаймні однією її обмоткою збудження, зображений на Фіг.1 розімкнутими лініями. Розглянемо один варіант, із багатьох можливих, практичного конструктивного виконання заявленої електромашини. Як показано на Фіг.1, електромашина 1 містить станину 2 з підшипниковими щитами 3, двопакетний статор 4 з обмоткою 5, при цьому його пакети 6 зі сторони станини 2 з'єднанні між собою магнітно магнітнопровідними ярмами 7, двопакетний ротор 8 з обмоткою збудження 9, конструктивно сполучена з безконтактним джерелом збудження у вигляді однофазного обертового трансформатора 10, який містить також пакет 11 статора 12 з обмоткою 13 та пакет 7 14 ротора 15 з обмоткою 16, причому два пакети 17 її двопакетного ротора 8 та пакет 14 ротора 15 обертового трансформатора 10 разом з їх обмотками 9 та 16 розташовані на одному валу 18 і нерухомо на ньому зафіксовані, при цьому два ротори 8 та 15 разом з валом 18 встановлені в підшипникові щити 3 і коаксіально у внутрішній простір двох статорів 4 та 12, причому обмотка збудження 9 двопакетного ротора 8 приєднана до обмотки 16 ротора 15 обертового трансформатора 10 через блок обертового випрямляча 19, який своєю конструкцією ізольований від валу 18 і нерухомо на ньому зафіксований. Електромашина незалежного збудження, яка конструктивно сполучена з допоміжним безконтактним джерелом збудження переважно у вигляді однофазного обертового трансформатора, в режимі двигуна працює наступним чином. Згідно приведеної електричної схеми електромашини 1 (Фіг.2) обмотка 13 статора 12 обертового трансформатора 10 приєднана до зовнішнього джерела живлення змінного струму, а обмотка 5 двопакетного статора 4 електромашини 1 - до джерела живлення пульсуючого або постійного струму. При подачі напруги живлення від зовнішнього джерела змінного струму на вхідні затискачі обмотки 13 статора 12 обертового трансформатора 10 по обмотці 13 відповідно буде проходити змінний струм. Створений обмоткою 13 та пакетом 11 обертового трансформатора 10 змінний магнітний потік Φ через дві повітряні щілини замикається на його пакет 14 ротора 15. Отже, внаслідок того, що змінний магнітний потік Φ обмотки 13 статора 12 перетинає витки обмотки 16 ротора 15 в останній індукується змінна електрорушійна сила. Внаслідок того, що обмотка збудження 9 двопакетного ротора 8 приєднана до обмотки 16 обертового трансформатора 10 через блок обертового випрямляча 19, то по обмотці збудження 9 буде проходити відповідно постійний струм збудження, який, в свою чергу, створює постійний магнітний потік Φ збудження електромашини 1, шлях якого по її активним частинам зображений на Фіг.1 розімкнутими лініями. Внаслідок електромагнітної взаємодії провідників із струмом обмотки 5 двопакетного статора 4 з магнітним потоком Φ збудження, який створений обмоткою збудження 9 та двома пакетами 17 її двопакетного ротора 8, в електромашині 1 виникає однонаправлена електромагнітна сила, завдяки якій двопакетний ротор 8 почне обертатися у внутрішньому просторі її двопакетного статора 4 разом з валом 18. Для здійснення реверса електромашини 1 достатньо змінити напрямок протікання струму живлення тільки через її обмотку 5 двопакетного статора 4. Крім цього, електромашина 1 здатна ефективно працювати і в режимі генератора постійного струму. Таким чином, допоміжний обертовий трансформатор 10 дозволяє електромагнітним шляхом, тобто безконтактним способом, передати необхідну електричну енергію на обмотку збудження 9 заявленої електромашини 1 і, за рахунок цього, її можна тепер конструктивно 30596 8 виготовляти безконтактною на будь-який по величині струм та напругу живлення. Безконтактність, пульсуючий або постійний струм живлення та простий спосіб регулювання частоти обертання ротора електромашини дозволяють широко її застосовувати, в першу чергу, в якості тягового однофазного регульованого електродвигуна для електровозів, поїздів метрополітену, трамваїв, кранів і тому подібне і отримати від цього значний економічний зиск для суспільства.