Работа двигателей переменного тока основана на явлении вращения магнитного поля, создаваемого набором стационарных обмоток (называемых обмотками статора), питаемых источником переменного тока с разными фазами. Этот эффект похож на поведение мигающих «бегущих огоньков» в гирлянде, которые создают впечатление «движения» в одном направлении. Если наборы обмоток запитать подобным образом (каждая обмотка достигает пика напряженности поля в разное время относительно соседних) то эффект будет похож на движение магнитного поля в одном направлении. Если эти обмотки расположены по кругу, то движущееся магнитное поле будет вращаться вокруг центра этого круга, как это проиллюстрировано следующими изображениями (читайте слева направо и сверху вниз, как будто вы читаете слова в предложении):
В любом электропроводящем предмете (проводнике), помещенном в центр круга, будет возникать индукция при изменении направления магнитного поля вокруг этого проводника. Поле будет индуцировать электрические токи внутри проводника, которые, в свою очередь, будут действовать против вращающегося магнитного поля таким образом, что предмет будет «гнаться» за полем, всегда чуть отставая. Индукционный двигатель переменного тока работает по этому принципу, когда его ненамагниченный (но электропроводящий) ротор вращается со скоростью немного меньшей, чем синхронная скорость* вращающегося магнитного поля. *Разность этих скоростей называется скоростью скольжения, в русскоязычной литературе применяется термин скольжение, определяющий относительную разность.
Скорость вращения магнитного поля прямо пропорциональна частоте источника переменного тока и обратно пропорциональна числу полюсов в статоре:
S = 120f / n
Отношение между синхронной скоростью, частотой и числом полюсов можно понять по аналогии с «бегущими огоньками»: скорость каждого огонька в гирлянде – это функция частоты мигания и числа лампочек на единицу длины. Если число лампочек удвоить, расположив дополнительные лампочки между имеющимися (так чтобы длина гирлянды не изменилась), видимая скорость сократится вдвое: с сокращением расстояния между парами лампочек потребуется больше циклов («миганий») чтобы «пробежать» гирлянду первоначальной длины. Таким же образом, статор с бОльшим числом полюсов на его окружности требует бОльшего числа циклов от источника питания для совершения магнитным полем полного оборота.
Синхронный двигатель переменного тока вращается с точно такой же скоростью, что и магнитное поле: пример из практики – четырехполюсный синхронный двигатель, вращающийся с 1800 оборотами в минуту с приложенным питанием частотой 60 Гц. Индукционный двигатель будет вращаться немного медленней магнитного поля: например, индукционный двигатель вращающийся с 1720 об/мин при питающей частоте 60 Гц (т.е. 80 об/мин – скорость скольжения). Индукционные двигатели проще в производстве и обслуживании, что делает их наиболее популярными из двух типов двигателей, применяемых в промышленности.
В случае когда при производстве статора двигателя число обмоток фиксировано*, частоту источника питания мы можем изменять при помощи электронной схемы. Высокомощная схема, разработанная для изменения частоты питания двигателей переменного тока называется частотным преобразователем (ЧП), а вместе с самим двигателем - частотно-регулируемым приводом (ЧРП).* существуют многоскоростные двигатели с выбираемым числом полюсов. Например, двигатель с дополнительным числом обмоток статора, который подключается по 4-полюсной схеме для высокой скорости, и по 8-полюсной для низкой. Если нормально нагруженный двигатель имеет на «высокой скорости» 1740 об/мин, то на «низкой» в два раза меньше – 870 об/мин. При фиксированной частоте питания этот двигатель будет иметь только две возможные скорости
Частотно-регулируемые приводы крайне полезны, они позволяют обычному двигателю с фиксированным числом полюсов обеспечивать необходимую мощность в широком диапазоне скоростей. К достоинствам ЧРП следует отнести уменьшение электропотребления (двигатель вращается так быстро как это требуется, а не на полную), уменьшение вибрации (меньше скорость=меньше вибрация, хотя существуют и резонансные явления), возможность плавного разгона и торможения для сокращения износа механических составляющих в результате ускоряющих сил.
Другой чертой, присущей большинству частотно-регулируемых приводов является возможность активного торможения нагрузки - это когда ЧРП заставляет двигатель прикладывать отрицательный момент к нагрузке для её замедления. Некоторые частотные преобразователи для энергосбережения позволяют рекуперировать кинетическую энергию в течение процесса торможения.
Преобразователи частоты содержат электронные компоненты преобразующие входное переменное питание с постоянной частотой в выходное с переменной частотой (и напряжением). В преобразователе обычно имеется три различных блока. Выпрямитель использует диоды для преобразования переменного напряжения в постоянное. Фильтр сглаживает выпрямленное напряжение, т.к. оно имеет пульсации. И наконец, инвертор преобразует отфильтрованное постоянное напряжение обратно в переменное, только на этот раз с уровнями напряжения и частоты необходимыми для желаемой скорости вращения двигателя.
Упрощенная схема для частотного преобразователя показана ниже, выпрямитель слева (преобразует переменное напряжение в постоянное), фильтрующий конденсатор сглаживает выпрямленное напряжение, и транзисторный мост превращает постоянное напряжение в переменное с необходимой частотой*. Схема управления транзисторами опущена для упрощения:
*Обратите внимание на обратно-включенные диоды между стоком и истоком каждого из транзисторов. Эти диоды служат для защиты транзисторов от обратного напряжения, но они также позволяют двигателю «возвращать» энергию назад в шину постоянного тока (действуя как генератор) когда скорость вращения двигателя превышает скорость вращения магнитного поля, что может происходить когда привод дает двигателю команду на останов. При добавлении некоторых компонентов это приводит к некоторым интересным возможностям, таким как регенеративное торможение.Как и в приводах двигателей постоянного тока, силовые транзисторы в частотных преобразователях быстро включаются и отключаются с меняющейся скважностью. Однако в отличии от приводов постоянного тока, переключения силовых транзисторов в преобразователях частоты должны быть очень быстрыми чтобы синтезировать синусоиду переменного тока из постоянного, получаемого с шины после выпрямителя. В электронных схемах приводов постоянного тока скважность ШИМ определяет текущую мощность двигателя, и поэтому она остаётся постоянной пока от двигателя требуется постоянная мощность. Но с частотными преобразователями дела обстоят иначе: коэффициент заполнения (величина, обратная к скважности) должен изменяться от нуля до максимума и обратно до нуля, генерируя таким образом ток синусоидальной формы для работы двигателя.
Соответствие между генерируемым быстроменяющимся ШИМ-сигналом и синусоидой показано на рисунке:
Эта концепция быстро переключающихся в соответствии с ШИМ транзисторов позволяет приводу «нарезать» любые произвольные формы сигналов из отфильтрованного постоянного напряжения, получаемого от выпрямителя. Фактически можно синтезировать любую частоту (сверху ограничена максимальной частотой импульсов ШИМ) и любое напряжение (максимум определяется напряжением шины постоянного тока), что даёт ЧРП работать в широком диапазоне скоростей. Не смотря на то, что управление частотой – это ключ к управлению скоростью синхронного или индукционного двигателя, самого по себе его не достаточно. В то время как скорость двигателя переменного тока является прямой функцией частоты (она по сути определяет то, как быстро магнитное поле вращается по окружности статора), момент почти пропорционален току в обмотках статора. А поскольку обмотки статора по своей природе являются индуктивностями, то их реактивное сопротивление будет описываться формулой XL=2πfL. Поэтому при росте частоты реактивное сопротивление растет пропорционально. Этот рост реактивного сопротивления в свою очередь приводит к падению тока в статоре (при условии, что напряжение остается постоянным при увеличении частоты). Это может стать причиной чрезмерного падения момента на высоких скоростях или его превышения (а вследствие и перегрева статора!) на низких. По этой причине переменное напряжение приложенное ПЧ к двигателю обычно делают прямо пропорциональным частоте, в результате чего ток в статоре будет оставаться в необходимых рабочих пределах во всём диапазоне скоростей ЧРП. Это соотношение называют «V/F» -, «V/Hz» - отношением, или скалярной характеристикой. Возьмём в качестве примера ЧРП, запрограммированный на постоянное отношение «V/F». Если на полной скорости (50 Гц) выходное напряжение на двигатель составляет 380 В, тогда выходное напряжение будет равно 190 В на половине скорости (25 Гц), и 95 В на четверти максимальной скорости (12,5 Гц). ЧРП производятся для управления промышленными двигателями широкого диапазона типоразмеров и мощностей. Некоторые ЧП малы и могут уместиться в вашу руку, другие огромны и для их транспортировки требуются грузовые вагоны. На следующей фотографии показана пара частотников Allen-Bradley среднего размера (около 75 кВт каждый, 1,2 м в высоту), используемых для управления насосами для сточных вод фабрики:
Частотно-регулируемые приводы двигателей переменного тока не требуют обратной связи по скорости, которая необходима приводам для регулирования скорости двигателей постоянного тока. Причина этого очень проста: управляемой переменной в приводах переменного тока является частота питания двигателя, а вращаемые магнитным полем двигатели по своей природе являются частотно-управляемыми машинами. Как и с приводами постоянного тока, цепи ЧРП являются источниками мощного электрического шума. Прямоугольные импульсы, создаваемые быстрыми переключениями силовых полупроводниковых устройств, эквивалентны бесконечным рядам высокочастотных синусоидальных волн (эту эквивалентность, известную как ряды Фурье, математически доказал Жан Батист Жозеф Фурье (1768-1830)), некоторые из которых могут иметь достаточно высокую частоту для самостоятельного распространения в пространстве в виде электромагнитных волн. Эти электромагнитные помехи могут быть довольно интенсивными в случае высокомощных цепей промышленных приводов. По этой причине настоятельно не рекомендуется прокладывать любые силовые моторные кабели или кабели, питающие переменным током схемы приводов, рядом с сигнальными или управляющими проводами, т.к. создаваемый шум будет нарушать работу любых систем, использующих эти низкоуровневые сигналы.
Электромагнитный шум от силовых кабелей переменного тока может быть уменьшен пропусканием переменного тока через цепи низкочастотных фильтров, называемых сетевыми дросселями, расположенных вблизи привода. Эти сетевые дроссели, содержащие катушки индуктивности с ферромагнитными сердечниками, соединенные последовательно с приводом, блокируют высокочастотный шум, не давая ему вернуться назад к источнику переменного тока, где он может оказать влияние на другое электронное оборудование. Меньшее, что может быть сделано с электромагнитным шумом между приводом и двигателем - это экранирование кабелей хорошо заземленным кабелепроводом.
www.asutp-volgograd.com
Трехфазный двигатель может работать от однофазного источника питания. (Рисунок ниже ) Однако он не будет запускаться самостоятельно. Его можно запустить вручную в любом направлении, достигнув скорости в течение нескольких секунд. Он будет развивать только 2/3 мощности 3-φ, потому что одна из них не используется.
3-φмотор работает от 1-φ мощности, но не запускается.
Единственная катушка однофазного асинхронного двигателя не создает вращающегося магнитного поля, а пульсирующее поле достигает максимальной интенсивности при 0 o и 180 o электричества. (Рисунок ниже )
Однофазный статор создает невращающееся пульсирующее магнитное поле.
Другое мнение состоит в том, что одиночная катушка, возбуждаемая однофазным током, создает два встречных вращающихся фейдера магнитного поля, совпадающих дважды за оборот при 0 o (рис. Выше -a) и 180 o (рисунок e). Когда фазоры вращаются до 90 o и -90 o, они отменяются на рисунке b. При 45 o и -45 o (рисунок c) они частично аддитивны вдоль оси + x и отменяют вдоль оси y. Аналогичная ситуация существует на рисунке d. Сумма этих двух фазоров является стационарным в пространстве фазором, но чередуя полярность во времени. Таким образом, начальный крутящий момент не развивается.
Однако, если ротор вращается вперед чуть ниже, чем синхронная скорость, он будет развивать максимальный крутящий момент при 10% скольжения относительно переднего вращающегося фазора. Меньший крутящий момент будет развиваться выше или ниже 10% скольжения. Ротор будет видеть проскальзывание 200% - 10% относительно счетчика вращающегося магнитного поля. Небольшой крутящий момент (см. Крутящий момент по кривой скольжения), отличный от пульсации с двойной частотой, разработан с помощью счетчика вращающегося фазора. Таким образом, однофазная катушка будет развивать крутящий момент после запуска ротора. Если ротор запускается в обратном направлении, он будет развивать аналогичный большой крутящий момент, так как он приближается к скорости обратного вращающегося фазора.
Однофазные асинхронные двигатели снабжены медной или алюминиевой белой клеткой, встроенной в цилиндр из стальных пластин, типичных для полифазных асинхронных двигателей.
Один из способов решения однофазной задачи - построить двухфазный двигатель, получивший двухфазную мощность от однофазной. Для этого требуется двигатель с двумя обмотками, разнесенными на 90 o электрическим, с двумя фазами тока, сдвинутыми на 90 o во времени. Это называется постоянным делителем конденсаторного двигателя на рисунке ниже .
Асинхронный электродвигатель с постоянным раздельным конденсатором.
Этот тип двигателя страдает увеличением величины тока и обратного сдвига во времени, когда двигатель приближается к скорости, с пульсациями крутящего момента на полной скорости. Решение состоит в том, чтобы сохранить конденсатор (импеданс) малым, чтобы минимизировать потери. Потери меньше, чем для двигателя с заштрихованным полюсом. Эта конфигурация двигателя хорошо работает до 1/4 лошадиных сил (200 Вт), хотя обычно применяется к малым двигателям. Направление вращения двигателя легко изменить, переключая конденсатор последовательно с другой обмоткой. Этот тип двигателя может быть адаптирован для использования в качестве сервомотора, описанного в других разделах этой главы.
Однофазный асинхронный двигатель со встроенными катушками статора.
Однофазные асинхронные двигатели могут иметь катушки, встроенные в статор, как показано на рисунке выше для двигателей большего размера. Хотя меньшие размеры используют менее сложные для создания концентрированных обмоток с выступающими полюсами.
На рисунке ниже более крупный конденсатор может быть использован для запуска однофазного асинхронного двигателя через вспомогательную обмотку, если он отключается центробежным переключателем, когда двигатель достигает скорости. Кроме того, вспомогательная обмотка может быть намного больше витков более тяжелого провода, чем используется в двигателе с разделительной фазой сопротивления для уменьшения чрезмерного повышения температуры. В результате получается больше пускового момента для тяжелых нагрузок, таких как компрессоры для кондиционирования воздуха. Эта конфигурация двигателя работает так хорошо, что она доступна в многомоторных (многокилометровых) размерах.
Асинхронный двигатель с конденсатором.
Вариант двигателя запуска конденсатора (рис. Ниже ) заключается в том, чтобы запустить двигатель с относительно большим конденсатором при высоком стартовом крутящем моменте, но оставлять конденсатор меньшего значения на месте после начала улучшать рабочие характеристики, не вытягивая чрезмерный ток. Дополнительная сложность электродвигателя с конденсатором оправдана для двигателей большего размера.
Электродвигатель асинхронного двигателя с конденсатором.
Стартовым конденсатором двигателя может быть двухполюсный неполярный электролитический конденсатор, который может быть двумя последовательно соединенными поляризованными электролизными конденсаторами с + по + (или -). Такие AC-электролитические конденсаторы имеют такие высокие потери, что их можно использовать только для прерывистой работы (1 секунда вкл., 60 секунд), как запуск двигателя. Конденсатор для работы двигателя не должен иметь электролитической конструкции, но более низкого типа полимера потерь.
Если вспомогательная обмотка гораздо меньше оборотов меньшего провода помещается на 90 o электрически по отношению к основной обмотке, он может запустить однофазный асинхронный двигатель. (Рис. Ниже ) При более низкой индуктивности и более высоком сопротивлении ток будет испытывать меньше фазового сдвига, чем основная обмотка. Может быть получено около 30 o разности фаз. Эта катушка производит умеренный пусковой момент, который отключается центробежным переключателем со скоростью 3/4 синхронной скорости. Это простое (без конденсатора) устройство хорошо служит для двигателей мощностью до 1/3 лошадиных сил (250 ватт), которые легко запускают нагрузки.
Электродвигатель с асинхронным двигателем с сопротивлением.
Этот двигатель имеет больше пускового момента, чем двигатель с заштрихованным полюсом (следующая секция), но не так сильно, как двухфазный двигатель, построенный из тех же частей. Плотность тока во вспомогательной обмотке настолько высока во время запуска, что последующее быстрое повышение температуры исключает частый перезапуск или медленные пусковые нагрузки.
Фрэнк Нола из NASA предложил корректор коэффициента мощности для повышения эффективности асинхронных двигателей переменного тока в середине 1970-х годов. Он основан на предположении, что асинхронные двигатели неэффективны при малой нагрузке. Эта неэффективность коррелирует с низким коэффициентом мощности. Коэффициент мощности меньше единицы, обусловлен намагничивающим током, требуемым статором. Этот фиксированный ток является большей частью общего тока двигателя при уменьшении нагрузки двигателя. При малой нагрузке полный ток намагничивания не требуется. Это можно уменьшить, уменьшив приложенное напряжение, улучшив коэффициент мощности и эффективность. Корректор коэффициента мощности определяет коэффициент мощности и снижает напряжение двигателя, тем самым восстанавливая более высокий коэффициент мощности и уменьшая потери.
Поскольку однофазные двигатели примерно в 2-4 раза неэффективны в качестве трехфазных двигателей, существует потенциальная экономия энергии для двигателей с 1 фазой. Для полностью загруженного двигателя нет экономии, так как требуется ток намагничивания статора. Напряжение не может быть уменьшено. Но есть потенциальная экономия от менее загруженного двигателя. Номинальный двигатель мощностью 117 В переменного тока рассчитан на работу до 127 В переменного тока, до 104 В переменного тока. Это означает, что он не полностью загружен при работе при температуре более 104 В переменного тока, например, в холодильнике с напряжением 117 В переменного тока. Для контроллера коэффициента мощности безопасно снизить линейное напряжение до 104-110 В переменного тока. Чем выше начальное напряжение линии, тем больше потенциальная экономия. Конечно, если энергетическая компания подойдет ближе к 110 В переменного тока, двигатель будет работать более эффективно без какого-либо дополнительного устройства.
Любой по существу бездействующий, 25% FLC или менее однофазный асинхронный двигатель является кандидатом на ПФУ. Хотя, он должен управлять большим количеством часов в год. И чем больше времени он простаивает, как в лесопильной, прессовой прессе или конвейере, тем больше вероятность оплаты за контроллер в течение нескольких лет эксплуатации. Это должно быть проще заплатить за это в три раза по сравнению с более эффективным 3-ф-двигателем. Стоимость PFC не может быть восстановлена для двигателя, работающего всего несколько часов в день. [7]
Реферат: Однофазные асинхронные двигатели
shemabook.ru
| Основные Продукции: | Редукторный Электродвигатель, Бетоносмеситель Двигатель, Газонокосилка Двигатель, Специальный Электродвигатель, Бытовые Двигателя |
ru.made-in-china.com
21 ноября
В
настоящее время перед разработчиками электродвигателей стоит задача оптимизации крутящего момента двигателя/генератора, эффективности, размеров веса и других эксплуатационных параметров. На практике условия конкретных приложений диктуют, какие именно характеристики электродвигателей должны быть оптимизированы. Режимы работы практически всех двигателей могут быть разделены на три группы: с постоянной скоростью, с переменной скоростью или в режиме старт-стоп. Растущие требования к эффективности по мощности ведут к применению электронных приводов, обеспечивающих переменную скорость вращения двигателей, что позволяет увеличивать эффективность в более широком диапазоне по сравнению с режимами с постоянной скоростью. При разработке систем перемещения, где необходима высокая точность позиционирования, требуются, как правило, двигатели с высокими пиковыми значениями крутящих моментов, равномерной скоростью и плавным снижением момента при остановке. Силовые и управляющие электронные устройства обеспечивают контроль за перемещением и всей мехатронной системой, состоящей из двигателя, его привода и управляющих элементов. Существует пять основных типов электродвигателей: универсальный щеточный электродвигатель постоянного тока, индукционный электродвигатель переменного тока, бесщеточный синхронный электродвигатель с электронным управлением, синхронный электродвигатель с постоянным магнитом (PM) и, наконец, — универсальный электродвигатель с двумя обмотками, который может управляться как постоянным, так и переменным входными напряжениями. Недостатком последнего электродвигателя является низкая эффективность по мощности. Щеточные электродвигатели постоянного тока с двумя обмотками и постоянным магнитом имеют ограниченный срок службы из-за механической коммутационной системы. В новых технологических разработках используются в основном индукционные электродвигатели, двигатели с переменным или переключаемым магнитным сопротивлением и бесщеточные синхронные электродвигатели с постоянным магнитом. Иногда появляются разработки, в которых скомбинированы эти три технологии.
Электродвигатели с постоянным магнитом характеризуются самой высокой эффективностью по мощности и являются лидерами среди широкого круга современных двигателей. Бесщеточные синхронные электродвигатели с постоянным магнитом (PMSM) имеют несколько названий: бесщеточный электродигатель постоянного тока, бесщеточный PMAC-электродвигатель, а также электродвигатель с электронным управлением (ECM). В настоящее время в PMSM, используемых в широком диапазоне приложений, магниты располагаются на цилиндрической поверхности ротора. Последние тенденции развития сервосистем позиционирования заключаются в создании IPM-конфигураций с внутренними и скрытыми в цилиндрических перекладинах постоянными магнитами. Такие конфигурации позволяют увеличивать крутящий момент или снижать размеры и вес различных прецизионных систем позиционирования. Сервоприводы данного типа находят применение в станках, роботах и различных полупроводниковых устройствах.
Транспортная индустрия (мопеды, скутеры, мотоциклы и автомобили) являются целевой аудиторией PMSM-технологии. Два замечательных примера систем с новым расположением магнитов — это PMSM с аксиальным и поперечным потоками. Показанный на рисунке 1 PMSM с аксиальным потоком имеет уникальную дисковую форму, позволяющую получить больший крутящий момент, чем традиционные PMSM цилиндрической формы с радиальным потоком. Такая уникальная конфигурация позволяет разместить электродвигатель в центре рулевого колеса практически любого транспортного средства. Электродвигатели с аксиальным потоком обеспечивают большой крутящий момент и низкую осевую скорость, что во многих приложениях устраняет необходимость применения дорогостоящих редукторов. Возрождающийся интерес к гибридным или электрическим транспортным средствам благоприятствует стремлению разработчиков применять электродвигатели с аксиальным потоком. Существуют две основных конфигурации для создания аксиального потока: внутренний PM-ротор между двумя обмотками статора и тор с двумя роторами вокруг неподвижного статора. Конфигурация с внутренним PM-ротором является наиболее популярной.
 |
|
а) |
б) |
Рис. 1. Электрическая машина с внутренним ротором и аксиальным потоком (а) и с аксиальным потоком тороидальной формы (б) |
|
Транспортные компании поддерживают исследования, проводимые в университетах по всему миру, направленные на оценку, разработку и использование электродвигателей этого типа. Китайские компании выпускают большое количество электродвигателей с аксиальным потоком для мопедов. Правда, многие молодые компании не смогли пережить недавний кризис, но тем не менее, KLD Energy Technologies, Austin, TX, предлагают производителям скутеров 5-кВт модель такого типа. Компании YASA Motors, Abington, UK разработали электродвигатели с аксиальным потоком для более крупных транспортных средств с беспазовым (slotless) статором. Эти электродвигатели производят более 60 Нм при 3600 об/мин (25 кВт) и имеют пиковую эффективность по мощности 96%. Практически все двигатели с аксиальным потоком используют сверхмощные постоянные магниты из неодим-ферробора. Более уникальную конфигурацию PMSM с аксиальным потоком предлагает компания NovaTorque. Осевая длина ее PMSM больше радиального диаметра. Ротор двигателя NovaTorque содержит конические втулки, состоящие из ферритовых магнитов, встроенных в IPM-конфигурации в магнитно-мягкий материал. Такая конфигурация вкупе с недорогими ферритовыми магнитами позволяет достичь характеристик, превышающих аналогичные параметры, получаемые при использовании магнитов из редкоземельных материалов (ниодима). Втулки размещаются на каждом конце ротора, поэтому магнитный поток протекает прямо (параллельно оси) через аксиально ориентированные полюса статора. Поверхности конических втулок ротора формируют большую площадь воздушного зазора, что позволяет улучшить крутящий момент. Первый электродвигатель такого типа — PremiumPlus+ компании Nova-Torque — PMSM-электродвигатель с аксиальным потоком мощностью 3 л.с.— развивает 18 Нм при 1800 об/мин. NovaTorque фокусирует свое внимание на вентиляторах, насосах и компрессорах, используемых в системах нагрева, вентиляции, кондиционирования и охлаждения (HVACR).
Двигатели с поперечным потоком (см. рис. 2) имеют сложную магнитную схему. Если для двигателей с радиальным и аксиальным потоками можно построить двумерную модель либо методом анализа конечного элемента (FEA), либо другими прямыми математическими методами, то для электродвигателей с поперечным потоком требуется трехмерное (3D) моделирование методом FEA, поскольку трехмерными являются их магнитные схемы.
 |
Рис. 2. Двигатели с поперечным потоком |
В таких двигателях U-образные магнитные элементы расположены вокруг обмотки статора кольцевой формы. Электродвигатели с поперечным потоком были изобретены еще в 1896 г., но разработка приложений, где востребованы их улучшенные характеристики, задерживалась из-за сложной структуры и высокой стоимости. Появление магнитов из ниодима и мягких магнитных композитных материалов позволило швейцарской компании Landert Motoren разработать небольшие электродвигатели с поперечным потоком серии MDD1 с номинальным крутящим моментом 3,3…10 Нм при 300 об/мин (100…300 Вт). Такие двигатели могут быть использованы во вращающихся столах и других промышленных приложениях. Компания Electric ResearchInstitute (Южная Корея) выпускает электродвигатели с поперечным потоком уже более 10 лет. Причем в этой компании разработаны версии как для линейного, так и для вращательного движения. Эти транспортные системы способны достигать 1120 фунт-сила (5000 Н). Электродвигатели с поперечным потоком могут развивать очень высокий крутящий момент и плотность мощности, но отличаются довольно высокой стоимостью. В настоящее время их применение ограничено специальными приложениями.
Цилиндрические электродвигатели с радиальным потоком — это тоже перспективное направление разработок. Здесь используются сразу две технологии двигателей: двигатели с постоянным магнитом (PM) и переменным магнитным сопротивлением (VR) и индукционные двигатели переменного тока с постоянным магнитом (PM). Лучший пример такого объединения продемонстрировала компания QM Power. Новая технология QM Power — ParallelPath Magnetic Technology (PPMT) — объединяет VR- и PM-технологии. Два магнитных потока протекают по одним и тем же магнитным элементам электродвигателя: один поток формируется двумя PM, а другой — VR-обмоткой ротора-статора. Магнитная сила может быть увеличена в три раза, что приводит к росту плотности мощности на 30% и аналогичному возрастанию пиковой эффективности, как утверждает QM Power. Диапазон мощности составляет от 100 Вт до сотен кВт. PPMT предназначены для работы в приложениях как с постоянной, так и с переменной скоростью вращения, включая тяговые приводы. PPMT характеризуются высокой эффективностью по мощности при высоких нагрузках. Они демонстрируют очень хорошие характеристики при использовании ферритовых магнитов. Другой пример гибридных двигателей — линейный индукционный двигатель переменного тока, объединяющий короткозамкнутый ротор и PM-магнит (обычно ферритовый), что позволяет значительно улучшить эффективность электродвигателя. Компания Lafert Corp. (Италия) выпускает семейство промышленных и коммерческих линейных PPMT-двигателей переменного тока мощностью 1…15 кВт с увеличенной пиковой эффективностью на 5–8%.
Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
www.russianelectronics.ru
Каасс 2И, 18о1 и 19„
JO ИЮ851
СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
I.
С. С. Добротворский
ДВУХФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ
Заявлеио !3 июля 1966 r. ss J4 664723 в Комитет ио делам изобретений и открытйй ври Совете Министров СССР
В схемах автоматики получили большое распространение двухфазные индукционные двигатели. Они применяются в различных отрабатывающих и следящих системах, в счетно. решающих, интегрирующих, тахогенераторных и других устройствах.
Для упрощения конструкции таких двигателей их обычно выполняют в виде дискового ротора из немагнитйого материала, который вращается в зазоре между двумя статорными электромагнитами.
С целью увеличения вращающегося момента этих двигателей при заданных габаритах, предлагается, согласно изобретению, выполнять полюсные наконечники электромагнитов в вяде неэкранированных полуколец с взаимным смещением их на 90 в тангенциальном направлении. Такое расположение полюсных наконечников обеспечивает создание ими дополнительного вращающегося магнитного поля, что обусловливает повышение общего момента двигателя.
На- фиг. изображен поперечный разрез предлагаемого двигателя; на фиг. 2 — эскиз его электромагнита.
Магнитная система предлагаемоro двигателя может быть выполнена из окснферов, ферромагнитного материала или электротехнической стали, особым путем шихтованной.
Воздушный зазор у машины,образуется торцевыми частями двух электромагнитов I, между которыми вращается дисковый ротор 2 из алюминия.
Первый электромагнит выполнен в виде двух полюсных наконечников— полуколец 3 и 4, замыкаемых магнитопроводом 5, на который насажены катушки 6 и 7, питаемые от напряжения одной фазы.
Аналогично устроен и второй электромагнит, но только оси его катушек и магнитной системы повернуты в пространстве относительно Первого электромагнита на угол 9О .
В результате этого, полюсные наконечники машины образуют два статорные кольца, расположенные в параллельных плоскостях со сдвигом одного относительно другоto равным 90, причем, воздушные, зазоры одного кольца оказываются расположенными против полюсных наконечников другого кольца.
Принцип работы предлагаемого двигателя тот же, что и других индукционных машин.
34 106857
Магнитный поток какой-либо фазы, которая индуктирует в диске 2 ток, взаимодействует с током второй фазы и создает вращающий момент, Аналогично ток, индуктнруемый потоком второй фазы взаимодействует с потоком первой фазы И создает свой вращающий момент. Оба эти момента складываются и образуют общий вращающий момент на валу машины.
Преимущество этого двигателя также в отсутствии консоли в месте крепления дискового ротора, которая имеется обычно у цилиндрических роторов существующих машин.
Вследствие этого предлагаемая машина оказывается конструктивно очень прочной, и надежной при вибрациях и ударах. Устройство обмо. ток электромагнитов в виде катушек, насаженных иа стержень, позволяет выполнить их с малым псриметром, что обеспечивает уменьшение электрических потерь в двигателе.
Предмет изобретения
Двухфазный индукционный электродвигатель с дисковым ротором, расположенным в зазоре между двумя статорными электромагнитами, создающими на роторе вращающий момент, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения относительного вращающего момента (момента на единицу веса машины), полюсные наконечники электромагкитов выполнены в виде неэкранированных полуколец, образующих два стато рных кольца, которые расположены в параллельных плоскостях со сдвигом в 90 одно относительно другого, т. е. таким образом, что воэдушйые зазоры одного статорного кольца расположены против середин полюснык наконечников другого статорного кольца.
www.findpatent.ru
ОП ИСА
ИЗОБРЕТЕНИЯ к лвтоеейомю ееидетвльствм
Союз Советских
Социалистических
Рес
120 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 2407.78 (21) 2649681/24-07 с присоединением заявки ¹ (1) рд. (л.2
Н 02 К, 41/04
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет — .
Опубликовано 150280. Бюллетень ¹ б
Дата опубликования описания 150280 (53) УДКб21.313 ° 333 (088.8) (72) Автор изобретения
О.С.Цукин (71) Заявитель
Омский политехнический институт (54) ИНДУКТОР ЛИНЕЙНОГО ИНДУКЦИОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Изобретение относится к электри»
:ческим машинам и может быть использовано в линейных индукционных ма.шинах. 5
Известен индуктор линейной индукционной машины, содержащий сердечник, в пазах которого размещена трехфазная обмотка, состоящая из двухполюсной компенсационной и рабочей частей, причем полюсное деление компенсационной части обмотки больше, чем рабочей (1).
Обе части обмотки включены в сеть, последовательно и создают бегущие волны токовых нагрузок, между. которыми отсутствует сдвиг по фазе.
Отсутствие фазового сдвига между волнами первичных токов и увеличенное нолюсное деление компенсациОнной обмотки по сравнению с рабочей приводит к ухудшению энергетических показателей компенсированной машины по сравнению с некомпенсированной.
Известен индуктор линейного индукционного двигателя, на котором размещена трехфазная обмотка, состоящая из последовательно включенных компенсационной и рабочей частей (2, 3а счет изменения чередования сторон катушечных групп в компенсационной части обмотки создается сдвиг ттб фазе между бегущими волнами токовых нагрузок обеих частей обмотки. Однако в данном индукторе компенсационная обмотка Имеет большее полюсное делений, чем рабочая, что уменьшает ее эффективность, Известен также индуктор линейной индукционной машины, на сердечнике которого уложена трехфазная одно. слойная обмотка с "g" числом пазов на полюс и Фазу, а между бегущими волнами таковых нагрузок соседних пар полюсов отсутствует сдвиг по фазе (3) .
Данный индуктор являетоя наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.
Недостатком указанного устройства является относительно низкие энергетические показатели машины.
Цель изобретения - повышение энергетических показателей двигателя посредством создания в нем дополнительных электромагнитных полей, возникающих при фазовом сдвиге волн токовых нагрузок соседних пар полюсов.
7.1 6120
), zñ g, iþ сг т, $ мю 2! 6 в б я i >s 4 л !
i-i I .i
Тираж 783
ЦНИИПИ Заказ 9539/46
Подписное филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4
Это достигается тем, что" на каждой . последующей от первой пары полюсов чередование активных сторон катушек ."выполнено с переносом п сторон катуЙек с конца в начало по сравнению с прЪдыдущей парой полюсов при сохранении прежней .последовательности чередования остальных сторон катушек. где и «с g, причем n — целое число.
На чертеже изображена схема трехФазной обмотки описываемого индуктора линейного индукционного двигателя ,состоящей из трех последовательно
1 соединениях двухполюсных секций с числом пазов на полюс и Фазу д = 1 и создающей Фазовый сдвиг между токовыми нагрузками соседних секций
Ч = 60 (п * 1), 8 этом случае на каждой последую . щей от первой паре полюсов чередова-, ние активных сторон катушек выполне но с переносоМ одной (n=l) стороны катушки с конца в начало, т.е. осу- ществляется следующая последователь-. ность чередования сторон катчаек.
A,Й,В Х С Ф Ч,А,Z B,Õ,Ñ С,Y A Z, Õ, При д 3, n=2 чередование сторон катушек для первого полюса будет
1 а 91 а э аэ 2э1 и э4 аз для второго полюса .
Ъ2тэА4АаАЗЕ1Б23эв1 92В Х Х2Х С С2с У4 для третьего полюса
Э" а"ЭА„ААэ 8 В В В Х Х Х С Са
Положительный эффект заключается, в увеличении габаритной мощности двигателя и в незначительном повышении коэффициента мощности.
Формула изобретения
Индук тор линейного индукционного: двигателя, содержащий сердечнйк1 на котором размещена трехфазная однослойная, обмотка, с g na
10 зов на полюс и фазу, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей двигателя посредством сдвига по
Фазе токовых нагрузок соседних пар 5 полюсов, на каждой последующей от первой паре полюсов чередование активных сторон катушек выполнено с переносом п сторон катушек с конца в начало по сравнению с предыдущей парой полюсов при сохранении прежней последовательности чередования остальных сторон катушек, где n c д, причем n — целое число..
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. "IEEE Transactions of Power
Appar atusand Sys tern" 1 97 2.
2, Авторское свидетельство СССР
9547932, кл. Н 02 К 41/04, 1975, 3. Вольдек И.A.Индукционные магниЗО тогидродинамические машины с жидко, металлическим рабочим телом. N., Энергия, 1970.
www.findpatent.ru
