RU2253178C1 - Устройство синхронного двигателя-генератора - Google Patents
Устройство синхронного двигателя-генератора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2253178C1 RU2253178C1 RU2004109526/11A RU2004109526A RU2253178C1 RU 2253178 C1 RU2253178 C1 RU 2253178C1 RU 2004109526/11 A RU2004109526/11 A RU 2004109526/11A RU 2004109526 A RU2004109526 A RU 2004109526A RU 2253178 C1 RU2253178 C1 RU 2253178C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- stator
- poles
- rotor
- motor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области использования трехфазных синхронных машин для выработки электроэнергии. Устройство состоит из расположенных на одном валу трехфазного синхронного двигателя и трехфазного синхронного генератора, которые выполнены с возбуждением от постоянных магнитов. Ротор и статор двигателя и генератора имеют явно выраженные полюса. Обмотки статора намотаны вокруг полюсов статора. В двигателе и генераторе размеры полюсов статора вдоль внутренней окружности статора составляют 60 электрических градусов, а размеры полюсов ротора вдоль наружной окружности ротора - 120 электрических градусов. Постоянные магниты возбуждения в двигателе и генераторе размещены в спинках ротора между его полюсами. В центре полюсов ротора генератора находятся плоские компенсационные постоянные магниты, размещенные в плоскостях, проходящих через ось генератора. Технический результат изобретения заключается в повышении экономичности выработки электроэнергии. 4 ил.
Description
Изобретение связано с использованием трехфазных синхронных машин специальной конструкции с возбуждением от постоянных магнитов НО 2 К 21/27.
В настоящее время широко известны конструкции трехфазных синхронных машин (двигателей и генераторов), в том числе и с возбуждением от постоянных магнитов.
Конструкции таких синхронных машин описаны, например, в книге М.М.Кацмана “Электрические машины и трансформаторы”, часть II, Москва, издательство “Высшая школа”, 1976 г.
Описание конструкции синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов могут быть приняты за прототип синхронных машин, предлагаемых в настоящем изобретении.
Недостатком существующих синхронных машин является то, что магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами полюсов ротора, пересекает проводники обмотки статора, располагаемые в пазах внутренней поверхности статора. При этом генерируемая электрическая мощность в генераторе равна требуемой механической мощности, подводимой к ротору генератора (без учета потерь энергии в статоре и механических потерь энергии в роторе).
Точно также механическая мощность, развиваемая двигателем, равна мощности, потребляемой двигателем от источника питания (без учета потерь энергии).
В связи с изложенным эффективность существующих синхронных машин, принятых за прототипы, всегда меньше единицы.
Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, состоит в создании трехфазных электрических машин (двигателя и генератора) с эффективностью, большей единицы, объединяемых на одном валу в агрегат, позволяющий обеспечить выработку электроэнергии без затрат каких-либо энергоносителей.
Устройство синхронного двигателя-генератора (СДГ) состоит из трехфазного синхронного двигателя (ТСД) и трехфазного синхронного генератора (ТСГ), находящихся на одном валу, помещенных в общий корпус.
Двигатель и генератор выполнены с явно выраженными полюсами статора и ротора, с обмотками статора (ОС), намотанными “вокруг” полюсов статора.
Статор, состоящий из полюсов статора (ПС) и “спинки” статора (СС), выполнен из листовой электротехнической стали.
Ротор, состоящий из полюсов ротора (ПР) и спинки ротора (СР), выполнен из монолитной электротехнической стали.
В спинке ротора размещены постоянные магниты возбуждения (ПМВ).
В центре полюсов ротора генератора дополнительно размещены плоские небольшой толщины компенсационные постоянные магниты (ПМК), располагаемые в плоскости, содержащей ось генератора.
Особенностью конструкции двигателей ТСД является малая толщина постоянных магнитов возбуждения (2hПМП).
Длина полюсов статора вдоль внутренней поверхности статора (lПС) составляет 60 “электрических” градусов; длина полюсов ротора вдоль наружной поверхности ротора (lПР) составляет 120 “электрических” градусов.
Число полюсов статора (mC) кратно трем и равно mC=3Р, где Р - число пар полюсов в машине. Число полюсов ротора (mP) равно: mP=2P.
Все части магнитопроводов двигателя и генератора являются “ненасыщенными”, что позволяет учитывать магнитное сопротивление только постоянных магнитов и воздушных зазоров.
Схематические поперечные сечения ТСД и ТСГ приведены на фиг.1 и 2 соответственно.
При подаче на обмотки статора синхронного двигателя трехфазного напряжения в двигателе при вращении ротора с синхронной скоростью образуется вращающееся магнитное поле статора. Величина магнитного потока статора ФC определяется намагничивающей силой обмоток статора iWOC и величиной магнитного сопротивления воздушного зазора (RMδ ) и постоянного магнита возбуждения (RМПМВ)
где i - эффективное значение тока в ОС [А],
WOC - число витков ОС
hПМВ - толщина постоянного магнита возбуждения, приходящаяся на один полюс [м],
SПС - поперечное сечение полюса статора [м2],
δ - толщина воздушного зазора [м].
Постоянные магниты возбуждения (ПМВ) полюсов ротора создают в полюсах статора магнитный поток ротора ФР, равный
где 
В0 - остаточная величина индукции ПМВ [Тл].
Суммарный поток в полюсах статора равен геометрической сумме потоков 
.
Развиваемый двигателем крутящий момент равен:
где θ - угол между осями потоков 
в электрических градусах,
k - коэффициент, зависящий от параметров двигателя.
Благодаря низкому значению величины RМΣ величина 
достаточна велика при незначительной величине тока в обмотке статора и, следовательно, при малой величине мощности, потребляемой от источника питания.
Этим обеспечивается повышенная эффективность ТСД.
Мощность, генерируемая в генераторе WГ, равна:
где mC - число полюсов статора,
ФC=Вδ РОТ· SПС [Вб] - величина магнитного потока ротора в полюсе статора,
Благодаря компенсации намагничивающих сил, создаваемых токами обмоток статора с помощью компенсационных постоянных магнитов, величина магнитного потока статора ФС мала, а следовательно, тормозной момент в генераторе определяется, главным образом, потерями холостого хода, что обеспечивает повышенную эффективность генератора. Компенсация НМС, создаваемых токами в ОС, проиллюстрирована на фиг.3, где показаны на линейных “развертках” полюсов ротора и статора пути магнитных потоков от постоянных магнитов возбуждения (ПМВ) и от действия НМС токов статора (iОС) при отсутствии компенсационных постоянных магнитов (ПМК) при различных положениях полюсов ротора относительно полюсов статора.
Пути магнитных потоков ротора показаны сплошными линиями; пути магнитных потоков “статора” - пунктирными линиями. Стрелками V показано направление движения полюсов ротора. Стрелками “е” показаны направления действия НМС в полюсах статора, создаваемых токами в обмотках статора.
На фиг.1 представлено схематическое поперечное сечение ТСД с числом пар полюсов Р=4.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:
1 - “спинка” статора (СС)
2 - полюса статора (ПС)
3 - обмотки статора (ОС)
4 - полюса ротора (ПР)
5 - “спинка” ротора (СР)
6 - постоянные магниты возбуждения (ПМВ)
Стрелками показаны направления НМС ПМВ.
На фиг.2 представлено схематическое поперечное сечение ТСГ с числом пар полюсов Р=4.
На фиг.2 приняты следующие обозначения:
1 - “спинка” статора (СС)
2 - полюса статора (ПС)
3 - обмотки статора (ОС)
4 - полюса ротора (ПР)
5 - “спинка” ротора (СР)
6 - постоянные магниты возбуждения (ПМВ)
7 - постоянные магниты компенсационные (ПМК)
Стрелками показаны направления НМС ПМВ и ПМК.
На фиг.3 представлена линейная “развертка” полюсов ротора и статора и пути магнитных потоков ротора и статора при различных положениях полюсов ротора относительно полюсов статора.
Стрелками показаны направления магнитных потоков и НМС ПМВ и ПМК.
На фиг.4 показана структурная схема автономной электростанции (АЭС).
На фиг.4 приняты следующие обозначения:
Д - двигатель
Г - генератор
АИ - автономный инвертор
АБ - аккумуляторная батарея
МПР-У - микропроцессор управления
ЗУ - зарядное устройство
Синхронный двигатель генератор (СДГ) предназначен для использования в составе автономной электростанции (АЭС) для питания потребителей трехфазного или однофазного переменного тока или для питания потребителей постоянного тока (после выпрямления).
Структурная схема АЭС приведена на фиг.4. Первоначальный пуск двигателя (Д) и поддержание необходимой скорости производится при питании его от аккумуляторной батареи (АБ) с помощью трехфазного автономного инвертора (АИ) при соответствующем регулировании частоты и напряжения трехфазного напряжения, подаваемого на обмотки двигателя.
В процессе работы СДГ аккумуляторная батарея поддерживается в полностью заряженном состоянии с помощью зарядного устройства (ЗУ).
Процесс изготовления СДГ практически ничем не отличается по технологии и применяемым материалам от изготовления серийных синхронных машин с постоянными магнитами и может быть реализован на обычных электромашиностроительных предприятиях.
В СДГ могут быть использованы широко применяемые в электромашиностроении постоянные магниты из NdFeB с остаточной индукцией В0=1,2 Тл, коэрцитивной силой НС=12 кЭ и намагниченностью J=955000 A/M.
Claims (1)
- Устройство синхронного двигателя-генератора, состоящее из расположенных на одном валу трехфазного синхронного двигателя и трехфазного синхронного генератора, которые выполнены с возбуждением от постоянных магнитов, отличающееся тем, что ротор и статор двигателя и генератора имеют явно выраженные полюса, обмотки статора намотаны вокруг полюсов статора, в двигателе и генераторе размеры полюсов статора вдоль внутренней окружности статора составляют 60 электрических градусов, а размеры полюсов ротора вдоль наружной окружности ротора составляют 120 электрических градусов, постоянные магниты возбуждения в двигателе и генераторе размещены в спинках ротора между его полюсами, в центре полюсов ротора генератора находятся плоские компенсационные постоянные магниты, размещенные в плоскостях, проходящих через ось генератора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004109526/11A RU2253178C1 (ru) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Устройство синхронного двигателя-генератора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004109526/11A RU2253178C1 (ru) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Устройство синхронного двигателя-генератора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2253178C1 true RU2253178C1 (ru) | 2005-05-27 |
Family
ID=35824628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004109526/11A RU2253178C1 (ru) | 2004-03-31 | 2004-03-31 | Устройство синхронного двигателя-генератора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2253178C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505910C2 (ru) * | 2011-02-01 | 2014-01-27 | ООО "Научно-производственная фирма "Ноосферные технологии" | Электрическая машина с дисковым ротором |
| RU2558661C2 (ru) * | 2013-12-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Радиальный синхронный генератор |
| RU206674U1 (ru) * | 2021-06-17 | 2021-09-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» | Радиальный синхронный генератор |
-
2004
- 2004-03-31 RU RU2004109526/11A patent/RU2253178C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2505910C2 (ru) * | 2011-02-01 | 2014-01-27 | ООО "Научно-производственная фирма "Ноосферные технологии" | Электрическая машина с дисковым ротором |
| RU2558661C2 (ru) * | 2013-12-30 | 2015-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ставропольский государственный аграрный университет" | Радиальный синхронный генератор |
| RU206674U1 (ru) * | 2021-06-17 | 2021-09-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ставропольский государственный аграрный университет» | Радиальный синхронный генератор |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Soong et al. | Field-weakening performance of interior permanent-magnet motors | |
| Guo et al. | Development of a PM transverse flux motor with soft magnetic composite core | |
| CN101262160B (zh) | 混合励磁磁通切换型电机 | |
| Ichinokura et al. | Dynamic simulation model of switched reluctance generator | |
| Chen et al. | Flux regulation ability of a hybrid excitation doubly salient machine | |
| Ueda et al. | Fundamental design of a consequent-pole transverse-flux motor for direct-drive systems | |
| Sun et al. | A new type of harmonic current excited brushless synchronous machine based on an open winding pattern | |
| CN116526796A (zh) | 混合励磁多相磁阻电机及发电*** | |
| Cheng et al. | An axial flux double-rotor counter-rotating permanent magnet machine for underwater vehicles | |
| CN108880363A (zh) | 三级式无刷同步电机异步起动控制方法及*** | |
| RU2302692C1 (ru) | Электромеханический преобразователь | |
| RU2253178C1 (ru) | Устройство синхронного двигателя-генератора | |
| JP2002238194A (ja) | 永久磁石電動機の回転子構造 | |
| CN111224477A (zh) | 基于谐波绕组励磁的并列结构无刷混合励磁同步发电机 | |
| Ocak et al. | Performance aspects and verifications of in-runner and out-runner permanent magnet synchronous generator designs of the same magnet structure for low speed wind systems | |
| CN103904856B (zh) | 一种具有初始自励磁能力的无刷谐波励磁同步发电机 | |
| CN106787558B (zh) | 一种高可靠性起停***用六相隔离的永磁电机 | |
| Luo et al. | A synchronous/permanent magnet hybrid AC machine | |
| CN209748381U (zh) | 一种并联式混合励磁无刷同步发电机 | |
| CN110120732B (zh) | 一种感应串联式无刷励磁电机 | |
| Ichinokura et al. | Three-phase reluctance generator with permanent magnets buried in stator core | |
| Toulabi et al. | Experimental comparison between the electric efficiencies of two different types of switched reluctance generators | |
| CN202026232U (zh) | 磁力平衡的盘式电动直流发电机 | |
| Kurihara et al. | High-efficiency interior permanent-magnet synchronous generators with minimal voltage regulation for nano and pico hydro generation | |
| RU2317628C1 (ru) | Устройство компенсированного двухфазного генератора повышенной эффективности |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060401 |