Однофазний двигун з котким ротором

1 Однофазний двигун з котким ротором, що містить шихтоване осердя і обмотку статора, напівпровідникові випрямні діоди для комутації струму в котушках обмотки, шихтоване осердя ротора, який відрізняється тим, що на осерді статора передбачено чотири рівномірно розміщені по колу зубці, на які намотано в одну сторону чотири індуктивно зв'язані котушки увімкнені послідовно - зустрічно перша і третя по порядку котушки і послідовно - узгоджено з'єднані два діоди поміж ними, підключені до однофазної мережі змінного струму з використанням своїх вільних виводів і нейтрального проводу, виведеного із точки з'єднання ДІОДІВ так, щоб по першій протікали імпульси струму, обумовлені дією прямих, а по третій - зворотних півхвиль напруги мережі друга і четверта по порядку котушки закорочені через окремі діоди, ВІДПОВІДНО друга - зустрічно, а четверта - узгоджено, або навпаки по відношенню до своїх виводів так, щоб в них виникали імпульси струму зсунуті в часі по відношенню до імпульсів струму ВІДПОВІДНО в першій і третій котушках при їх затуханні 2 Однофазний двигун по п 1, який відрізняється тим, що в електричних колах першої - третьої або другої і четвертої котушок передбачені перемикачі зміни напрямку вмикання ДІОДІВ ЦИХ КІЛ ДЛЯ реверсування обертів ротора Винахід відноситься до галузі електромашинобудування, який може бути використаний в безредукторному електроприводі автоматизованого обладнання Відомий двигун з котким ротором (ДКР) типу ДКРВ-1Ф, живлення яким здійснюють від однофазної мережі змінного струму [1] На шихтованому циліндричному осерді статора цього двигуна передбачені шістнадцять зубців, на яких розміщені котушки двохфазної чотирьохзонної обмотки статора (по дві на фазу) Осердя ротора являє собою тонкостінне феромагнітне кільце, яке встановлене на валу через еластичні ПІДВІСКИ ЗОНИ фаз між собою включені послідовно - зустрічне Необхідне для обертання ротора чергування імпульсів струму в зонах фаз із зсувом в часі здійснюється з використанням паралельно включеного конденсатора і чотирьох напівпровідникових випрямних ДІОДІВ Реверсування обертів ротора здійснюється шляхом переключення конденсатора з одного затискача джерела живлення на другий статора складається із чотирьох П-подібних стрижнів, які набрані із ізольованих листів електротехнічної сталі На кожному із стрижнів намотані котушки Котушки протилежних стрижнів утворюють фазу двохфазної обмотки статора Магнітопровід ротора складається із двох циліндричних осердь, які набрані із ізольованих листів електротехнічної сталі і встановлені на торцях феромагнітного корпуса Створений імпульсом струму котушки магнітний потік в активній зоні двигуна проходить в радіальному напрямку, а на інших ділянках магнітопроводу - в осьовому напрямі Живлення двигуна здійснюється від однофазної мережі змінного струму Часовий зсув в часі імпульсів струму в фазах (котушках) обмотки здійснюється з допомогою послідовно включеного в одну із фаз конденсатора і напівпровідникового некерованого комутатора Наявність в цьому ДКР конденсатора і відносно складної чотирьохзонної електромагнітної системи веде до ускладнення і подорожчання в цілому його конструкції Близький до винаходу, що пропонується, по технічній суті є однофазний синхронно-реактивний ДКР з вентильним підмагніченням [2] Магнітопровід Суттєвими недоліками цього ДКР є відносна складність конструкції і технології виготовлення електромагнітної системи, а також необхідність застосування фазозсуваючого конденсатора, які ведуть до збільшення його вартості Завданням винаходу є спрощення і здешевлення конструкції однофазного двигуна з котким ротором Поставлене завдання вирішується шляхом виключення із складу двигуна конденсатора і застосу ю о> о (О 60195 вання в ньому більш простої і технологічної однопакетної електромагнітної системи При цьому необхідну для обкатування і обертання ротора періодичну по черзі концентрацію магнітного потоку в місцях дотику поверхностей ротора і статора пропонується виконати з допомогою особливим чином ввімкнутих в схему живлення котушок обмотки статора напівпровідникових випрямних ДІОДІВ З врахуванням демпферних властивостей котушок, які індуктивне пов'язані між собою В пропонованому винаході на шихтованому осерді статора передбачено чотири рівномірно розташовані по колу зубці, на яких розміщені чотири намотані в одну сторону котушки обмотки статора Для комутації струму в котушках використовують напівпровідниковівипрямні діоди На роторі установлене циліндричне шихтоване осердя Ввімкнені послідовно-зустрічне перша і третя по порядку котушки і з'єднані послідовно узгоджено два діоди поміж ними підключені до однофазної мережі змінного струму з використанням своїх вільних виводів і нейтрального проводу, виведеного з точки з'єднання ДІОДІВ Друга і четверта по порядку котушки замкнені через окремі діоди ВІДПОВІДНО друга зустрічне, а четверта узгоджено, або навпаки, по відношенню до своїх виводів При включені першої і третьої котушки на напругу мережі живлення у всіх котушках виникають із зсувом в часі імпульси струму, які викликають появу імпульсів магнітних потоків в активній зоні двигуна Ці ПОТОКИ будуть періодично по черзі замикатися по магнітних колах у складі - зубці, спинка статора і осердя ротора Зокрема при одному напрямку обертання ротора потоки по черзі будуть проходити через зубці статора в такому порядку перший - другий, перший - другий - третій, третій -четвертий, третій - четвертий - перший, перший - другий і т д , а при другому напрямку обертання - перший - четвертий, перший - четвертий -третій, третій -другий, третій - другий - перший, перший - четвертий і т д Завдяки таким пульсаціям потоків ротор буде обкатувати поверхню зубців статора і обертатися навколо своєї осі Якщо імпульси струмів в першій і третій котушках обумовлені дією прямих і зворотних півхвиль напруги мережі живлення, то імпульси струмів в другій і четвертій котушках виникають по черзі в період затухання струмів (магнітних потоків) ВІДПОВІДНО в першій і третій котушках, завдяки індуктивному зв'язку з ними Утворення обертального електромагнітного моменту в ДКР з однофазним живленням з відносно не громіздкою електромагнітною системою і застосуванням тільки напівпровідникових випрямних ДІОДІВ являється технічним рішенням, яке дає можливість суттєво спростити і здешевіти конструкцію машини Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 схематично зображено поперечний переріз магнітопровода двигуна, розподілення і напрямок струму в котушках обмотки статора і магнітного потоку для чотирьох періодів його роботи а - включення котушки 1 на напругу мережі живлення (дія прямої ПІВХВИЛІ при зростанні струму), б - включення котушки 1 на напругу мережі живлення (дія прямої ПІВХВИЛІ при затуханні струму), в - включення котушки 3 на напругу мережі живлення (дія зворотної ПІВХВИЛІ напруги при зростанні струму), г - включення котушки 3 на напругу мережі живлення (дія зворотної ПІВХВИЛІ напруги при затуханні струму) На фіг 2 зображена електрична схема підключення двигуна до мережі живлення Для прикладу на фіг 1 зображено поперечний переріз магнітопровода двигуна з внутрішнім статором і ЗОВНІШНІМ ротором Чотирьохизубцове осердя статора і циліндричне осердя ротора нашихтовані із ізольованих листів електротехнічної сталі На зубцях статора розміщені чотири багатовиткові котушки із круглого ізольованого мідного проводу На фіг 1 котушки зображені у вигляді окружностей Наявність і напрямок протікання струму в котушках в даний момент показані точкою або хрестиком в центрі окружностей Початок і кінець котушок позначені на кресленнях ВІДПОВІДНО Н-І-К-І, Н2-К2, Нз-Кз і Н4-К4 (індексами позначені номера котушок і зубців, на яких вони розміщені) Магнітні потоки, які створені струмами н котушки 1 (фіг 1 а), н і І2 із котушок 1 і 2 (фіг 16), із котушки З (фіг 1 в), із і І4 котушок 3 і 4 (фіг 1г) показані замкнутими пунктирними ЛІНІЯМИ Там же стрілками показані напрямки демпферуючих магнітних потоків від дій імпульсів струму із 114, які виникають при зростанні СТруму Н (фіГ 1а) І ІМПУЛЬСІВ СТруму Н І І2, ЯКІ виникають при зростанні струму із (фіг 1 в) Необхідний для створення обертального електромагнітного моменту порядок вмикання комутуючих ДІОДІВ VD1, VD2, VD3 і VD4 в електричних колах котушок показаний на фіг 2 На ній же показані двохполярні перемикачі Пі і Пг, які використовують при реверсуванні обертів ротора двигуна, шляхом одночасної зміни напрямку вмикання ДІОДІВ VD2 і VD4 в електричних колах котушок 2 і 4 Пропонований однофазний ДКР працює таким чином при включенні його на напругу мережі живлення в котушці 1 виникає імпульс струму н (від дії прямої ПІВХВИЛІ напруги), який створює магнітний потік Фі Цей потік прагне замкнутися по трьох контурах магнітної системи двигуна, які показані пунктирними ЛІНІЯМИ на фіг 1а При зростанні імпульсу струму н (потоку Ф-і) в котушках наводяться електрорушійні сили (ЕРС), які є передумовою виникнення в них струму ЕРС в котушці 1 затягує процес зростання струму н Діод VD2 в замкненому колі котушки 2 перешкоджає появі демпферуючого струму (І2=0) і основна складова потоку Фі вільно замикається через зубець 2 Діоди VD3 і VD4 включені так, що сприяють протіканню струмів із і ц в колах котушок 3 і 4, які демпферують складові потоку Ф-і, що замикаються через 3 і 4 зубець статора і таким чином збільшують складові потоку, що замикається через зубець 2 Завдяки цьому осердя ротора притягується до 1 і 2 зубця статора При затуханні імпульсу струму н (потоку Ф-і) в котушках наводяться ЕРС зворотного напрямку порівняно з попереднім випадком ЕРС в котушці 1 затягує процес затухання струму і і Завдяки тому, що в цей період діод VD2 відкритий, в котушці 2 60195 струм в колі котушки 1 відносно малий і впливом виникає імпульс струму із , який не тільки затягує його на процес затухання потоку Фз можна знехтупроцес затухання потоку Ф-і, але і породжує склавати Осердя ротора в цей період притягується до 4 дову потоку 2, яка замикається через зубець З і 1 зубця статора і на цьому закінчується перший Струм в колі котушки 4 завдяки замикаючій дії діода цикл обігу магнітного потоку VD4 не виникає (ц = 0), а струм в колі котушки З відносно малий і впливом його на процес затухання В КІНЦІ одного циклу, який складається із 4 потоку Фі можна знехтувати Осердя ротора в цей періодів, ротор повертається відносно своєї осі на а період притягується до 2 і 3 зубця статора кут , який залежить від діаметрів робочих поверхонь осердь статора і ротора Далі електромагнітні В наступний період на напругу мережі живленпроцеси періодично повторюються, зумовлюючи ня включається котушка 3 і виникає імпульс струму безперервність обертання ротора із (від ДІЇ зворотної ПІВХВИЛІ напруги), котрий утворює магнітний потік Фз, який прагне замкнутися по Електромагнітний обертальний момент трьох контурах магнітної системи двигуна, які покамає пульсуючий характер, але завдяки порівняльне зані пунктирними ЛІНІЯМИ на фіг 1 в При зростанні збільшеній шерційності ротора пропонованого ДКР струму Із (потоку Фз), аналогічно попередньому зровін практично обертається рівномірно Цьому також станню струму h, в котушках наводяться ЕРС ЕРС сприяє вибір конструкції ДКР з ЗОВНІШНІМ ротором в котушці 3 затягує процес зростання струму Із Реверсування обертів ротора цього двигуна Завдяки замикаючій дії діода VD4 струм в колі копроводиться шляхом зміни напрямку вмикання ДІОтушки 4 не виникає (Ц=0) і основна складова потоку ДІВ VD1 і VD3, або VD2 і VD4 Для цього в елекФз вільно замикається через зубець % тричних колах першої і третьої, або другої і четверЦьому ж сприяють і демпферні дії струмів н 112 в тої котушки, як показано на фіг 2, передбачають котушках 1 і 2, в колах яких в цей період діоди VD1 і перемикачі Пі і Пг для зміни напрямку вмикання VD2 відкриті Завдяки такому протіканню електроДІОДІВ магнітних процесів осердя ротора притягується до З Однофазний ДКР, що запропоновано, виготові 4 зубця статора лений, пройшов випробовування і підтвердив свою При затуханні струму Із (потоку Фз) в котушках працездатність виникають ЕРС зворотного напрямку, порівняно з Джерела інформації випадком при його зростанні ЕРС в котушці 3 затя1 Борзяк Ю Г , Зайков М А , Наний В П "Элекгує процес затухання струму із В цей період діод тродвигатели с катящимся ротором" - Киев ТехниVD4 відкритий і струм ц, котрий виникає в колі кока, 1982 тушки 4, не тільки затягує процес затухання потоку 2 Бертинов А И , Варлей В В "ЭлектротехниФз, але і породжує складову потоку Ф4, яка замические машины с катящимся ротором" - М Энеркається через зубець 1 Струм в колі котушки 2 завгия, 1969 дяки замикаючій дії діода VD2 не виникає (і2=0), а ФІГ. 1 60195 ЛІВЕ ФІГ. 2 Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписано до друку 06 10 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна