Регульована синхронна електрична машина

Реферат: Винахід належить до електротехніки, а саме до синхронних електричних машин, і може бути використаний як генератор електричної енергії зі стабільною вихідною напругою або електродвигун з регульованою частотою обертання. Електрична машина має у своєму складі ротор з циліндричною феромагнітною втулкою, на зовнішній поверхні якої закріплено у два ряди постійні магніти, намагнічені у радіальному напряму і в рядах - у протилежні боки. Ряди магнітів взаємно зміщено в осьовому і в тангенціальному напрямах. Статор машини виконано з поздовжніх шихтованих пакетів, на кінцевих ділянках яких розміщено котушки обмотки змінного струму, причому краї пакетів покладено на кільцеві шихтовані магнітопроводи. На останніх розміщено обмотку підмагнічування, витки якої охоплюють магнітопроводи у проміжках між кінцями поздовжніх пакетів і яку приєднано до джерела регульованого постійного струму. UA 107724 C2 (12) UA 107724 C2 UA 107724 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до електротехніки, а саме до синхронних електричних машин і може бути використаний як генератор електричної енергії змінного струму зі стабільною вихідною напругою або електродвигун зі змінною частотою обертання. Відома регульована синхронна електрична машина [Балагуров В.А. Перспективы применения генераторов переменного тока с постоянными магнитами из новых материалов. Сб. Бесконтактные электрические машины. Часть I. Синхронные машины (По материалам Второй всесоюзной конференции по бесконтактным электрическим машинам), М.,1966, с. 105114], в якій стабілізація вихідної напруги в режимі генератора здійснюється підмагнічуванням спинки магнітопроводу статора і яку оснащено для цього тороїдальною обмоткою підмагнічування, що охоплює спинку магнітопроводу статора по її периметру, причому одну сторону вказаної обмотки розміщено на дні пазів статора поруч з обмоткою змінного струму, а другу - на зовнішній поверхні магнітопроводу в спеціальних пазах. При живленні обмотки постійним струмом із-за магнітного насичення спинки зменшується змінний магнітний потік, що викликає відповідну зміну вихідної напруги генератора. Недоліками вказаної електричної машини є значна маса активних матеріалів, викликана необхідністю розміщення обмотки підмагнічування, і велика трудомісткість обмотувальних робіт. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого винаходу є електрична машина [стаття: Машинно-трансформаторный агрегат/Д.В. Свічарник, І. Г. Забора// ж. "Электротехника" №9, 1998, с. 1-8; пат. 2096893 РФ. Машинно-трансформаторный агрегат/ Д.В. Свічарник // Открытия. Изобретения. 1997, № 32] в складі закріпленого на валу ротора з циліндричною феромагнітною втулкою, на зовнішній поверхні якої закріплено у два ряди постійні магніти, намагнічені у радіальному напряму, причому в різних рядах - у протилежні боки. Ряди магнітів взаємно зміщено в осьовому і в тангенціальному напрямах. Статор машини виконано з окремих, розміщених по колу, шихтованих поздовжніх пакетів, на кінцевих ділянках яких закріплено котушки обмотки змінного струму. Краї пакетів покладено на кільцеві шихтовані магнітопроводи. Недоліком зазначеної електричної машини є неможливість регулювання магнітного потоку постійних магнітів і, як наслідок, вихідної напруги генератора. В основу винаходу поставлено задачу по удосконаленню синхронної електричної машини, в якій введенням нових елементів забезпечується регулювання розміру магнітного потоку постійних магнітів, що дозволить стабілізувати вихідну напругу машини в режимі генератора та регулювати частоту обертання в режимі двигуна і, як наслідок, зробити роботу електричної машини більш ефективною. Поставлена задача вирішується тим, що у відому синхронну електричну машину в складі закріпленого на валу ротора з циліндричною феромагнітною втулкою, на зовнішній поверхні якої закріплено у два ряди постійні магніти, намагнічені у радіальному напряму і в рядах - у протилежні боки, причому ряди магнітів взаємно зміщено в осьовому і в тангенціальному напрямах, та статора з поздовжніми, розміщеними по колу шихтованими пакетами, на кінцевих ділянках яких закріплено котушки обмотки змінного струму, а краї пакетів покладено на кільцеві шихтовані магнітопроводи, згідно з винаходом, введено джерело регульованого постійного струму та обмотку підмагнічування, витки якої охоплюють кожен з кільцевих магнітопроводів у проміжках між поздовжніми пакетами і яку приєднано до джерела постійного струму. Суть винаходу пояснюється кресленням, де на фіг. 1 зображено поздовжній переріз пропонованої синхронної машини; на фіг. 2, 3 і 4 - поперечні перерізи. На валу 1 електричної машини закріплено циліндричну втулку 2 з феромагнітного матеріалу, на зовнішній поверхні якої закріплено у два ряди 3 і 4 постійні магніти, причому ряди взаємно зміщено як в осьовому (фіг. 1), так і в тангенціальному напрямах (фіг. 2, 3). В останньому  випадку на кут, близький до z 2 або рівний йому, де z 2 - кількість магнітів в одному ряду. Магніти виконано радіально намагніченими, причому в різних рядах - у протилежних напрямках (фіг. 1). Магнітопровід статора виконано з окремих шихтованих поздовжніх пакетів 5, розташованих по колу зовні постійних магнітів і відділених від них повітряними проміжками. Кінці пакетів 5 опираються на два кільцеві магнітопроводи 6 і 7, виконані з окремих ізольованих магнітопровідних пластин. На кінцевих ділянках кожного з пакетів 5 закріплено котушки 8 і 9 двох частин обмотки змінного струму, відповідно, лівої і правої сторін пакетів. В центральній зоні статора пакети 5 сполучені між собою шляхом заливки проміжків між ними немагнітним сплавом 10 (фіг 2, 3). На кожному з кільцевих магнітопроводів 6 і 7 у проміжках між кінцями поздовжніх пакетів 5 розміщено витки 11 (фіг. 1, 4), які сполучені між собою послідовно узгоджено і утворюють першу і другу половини обмотки підмагнічування. Вказані половини 1 UA 107724 C2 5 10 15 20 25 з'єднано між собою послідовно узгоджено, а обмотку підмагнічування приєднано до джерела регульованого постійного струму (на фіг. не показано). Пропонована електрична машина працює таким чином. Магнітний потік Ф, що виходить з "північних" полюсів постійних магнітів ряду 3, входить в відповідні пакети 5 статора і далі розділяється на дві практично однакові частини - ліву (потік Фл) і праву (потік Фn) (фіг. 1-3). Вказані потоки входять у кільцеві магнітопроводи, відповідно, 6 і 7, де змішуються і далі проходять у ті поздовжні пакети, магнітна провідність проміжків між якими і постійними магнітами ряду 4 ("південні" полюси) є максимальною. Проходячи по вказаних шляхах, магнітні потоки Фл і Фn пронизують витки котушок 8 і 9 обмотки змінного струму. При обертанні ротора стороннім двигуном (режим генератора) постійні магніти змінюють своє положення відносно пакетів 5 статора, що приводить до зміни потоків Ф л і Фn як за розміром, так і за напрямом і, як наслідок, до появи в котушках 8 і 9 обмоток змінної електрорушійної сили (ЕРС). Після підключення обмотки підмагнічування з витками 11 до джерела регульованого постійного струму в кільцевих магнітопроводах 6 і 7 виникають соленоїдні магнітні потоки, які взаємодіють зі змінними потоками Фл і Фn. що приведе до магнітного насичення вказаних магнітопроводів і, як наслідок, викличе зменшення амплітуд потоків Фл і Фn у поздовжніх стрижнях та відповідне зменшення ЕРС обмотки змінного струму. Регулюючи струм в обмотці підмагнічування, забезпечують зміну вихідної напруги генератора. В режимі двигуна зміна частоти обертання ротора вимагає зміни розміру ЕРС обмотки змінного струму, що в пропонованій електричній машині здійснюється зміною постійного струму в обмотці підмагнічування. Введення в конструкцію електричної машини обмотки підмагнічування та її розміщення на кільцевих магнітопроводах забезпечить (при живленні обмотки регульованим постійним струмом) відповідну зміну вихідної напруги в режимі генератора або ефективне регулювання частоти обертання ротора в режимі двигуна. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 Регульована синхронна електрична машина, що містить закріплений на валу ротор з циліндричною феромагнітною втулкою, на зовнішній поверхні якої закріплено у два ряди постійні магніти, намагнічені у радіальному напряму і в рядах - у протилежні боки, причому ряди магнітів взаємно зміщено в осьовому і в тангенціальному напрямах, та статор з поздовжніми, розміщеними по колу шихтованими пакетами, на кінцевих ділянках яких закріплено котушки обмотки змінного струму, а краї пакетів покладено на кільцеві шихтовані магнітопроводи, яка відрізняється тим, що введено джерело регульованого постійного струму та обмотку підмагнічування, витки якої охоплюють кожен з кільцевих магнітопроводів у проміжках між поздовжніми пакетами і яку приєднано до джерела постійного струму. 2 UA 107724 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3