RU2271600C1

RU2271600C1 - Synchronous motor

Info

Publication number: RU2271600C1
Application number: RU2004131098/09A
Authority: RU
Inventors: Игорь Григорьевич Стрижков (RU); Игорь Григорьевич Стрижков; Александр Николаевич Трубин (RU); Александр Николаевич Трубин; Сергей Игоревич Стрижков (RU); Сергей Игоревич Стрижков; Евгений Николаевич Чеснюк (RU); Евгений Николаевич Чеснюк
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-03-10

Abstract

FIELD: electronics.

SUBSTANCE: proposed synchronous motor that can be used for driving turbomachines and miscellaneous machines and mechanisms of medium and heavy unit power requiring no speed control has main and additional three-phase stator windings whose first leads are connected to three-phase transformer; primary winding of the latter is connected to power supply; additional winding of motor is connected to transformer through switch; second leads of stator winding are interconnected at common point; it also has uncontrolled three-phase rectifier whose ac leads are connected to second leads of additional three-phase stator winding and dc leads, to field winding leads of synchronous motor. Three-phase transformer also has tapped secondary winding whose taps are connected to motor stator windings.

EFFECT: reduced power loss in transformer-motor unit.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к синхронным машинам, а более конкретно к синхронным двигателям и силовым блокам "трансформатор-двигатель", и предназначено для использования в приводе турбомеханизмов и иных машин средней и большой единичной мощности, не требующих регулирования частоты вращения.The invention relates to synchronous machines, and more particularly to synchronous motors and power units "transformer-motor", and is intended for use in the drive of turbo-mechanisms and other machines of medium and large unit power that do not require speed control.

Синхронные электродвигатели находят широкое применение для привода турбомеханизмов и иных машин большой единичной мощности. В приводе насосов сельхозмелиорации и в других областях к ним предъявляется требование максимальной простоты конструкции и эксплуатации. Этим требованиям отвечает синхронный двигатель по авторскому свидетельству СССР №1694038, Н 02 К 19/12, 1995 г.Synchronous electric motors are widely used for driving turbo-mechanisms and other machines of large unit power. In the drive of pumps for agricultural reclamation and in other areas, they are required to maximize the simplicity of design and operation. These requirements are met by a synchronous motor according to the USSR copyright certificate No. 1694038, N 02 K 19/12, 1995

К недостаткам этого двигателя следует отнести наличие 2-х выпрямительных устройств и трех трехфазных обмоток в пазах статора, сдвинутых в пространстве машины на определенный угол, что, как следствие, завышает массогабаритные показатели и усложняет конструкцию и эксплуатацию двигателя.The disadvantages of this engine include the presence of 2 rectifier devices and three three-phase windings in the grooves of the stator, shifted by a certain angle in the space of the machine, which, as a result, overestimates the overall dimensions and complicates the design and operation of the engine.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому двигателю является синхронный двигатель по патенту РФ 2028719 "Синхронный электродвигатель", Н 02 Р 1/50//Н 02 К 19/12. Это устройство, принятое за прототип, содержит основную и дополнительную трехфазные статорное обмотки, вторые выводы первой из которых соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, выводы переменного тока которого соединены со вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока через первый ключ - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, зашунтированной цепью, составленной из последовательно соединенных второго ключа и резистора, трехфазный трехобмоточный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику электроэнергии, а в каждую из вторичных включена одна из обмоток статора электродвигателя.The closest in design to the claimed engine is a synchronous motor according to the patent of the Russian Federation 2028719 "Synchronous electric motor", N 02 P 1/50 // N 02 K 19/12. This device, taken as a prototype, contains the main and additional three-phase stator windings, the second terminals of the first of which are connected to a common point, a three-phase uncontrolled rectifier, the AC terminals of which are connected to the second terminals of the additional three-phase stator winding, and the DC terminals through the first key with the findings of the excitation winding of a synchronous motor, a shunted circuit composed of a second key and a resistor connected in series, a three-phase three-winding transformation a torus, the primary winding of which is connected to an electric power source, and one of the stator windings of the electric motor is included in each of the secondary windings.

Как показали исследования и опыт практического применения указанного двигателя на объектах Краснодарского края, ему присущи недостатки. Во-первых, существенным недостатком является относительно низкий КПД устройства, что вызвано высокими потерями во вторичных обмотках трансформатора. Объяснить это можно на примере режима холостого хода двигателя. В этом режиме по обмоткам статора протекают токи большей величины, чем суммарный ток этих обмоток. Такое положение вещей складывается потому, что ток I₂ обмотки статора, включенной последовательно с выпрямителем и обмоткой возбуждения, имеет характер потребляемого тока (см. фиг.1), в то время как ток I₁ другой обмотки статора, соединенной звездой, имеет характер тока генератора (обмотка работает в режиме генератора), а геометрическая сумма токов I₀ имеет модуль, меньший модуля каждого из этих токов. Большие токи обмоток статора обтекают соответствующие вторичные обмотки трансформатора, вызывая в них электрические потери, пропорциональные квадрату тока.As studies and experience in the practical application of this engine at the facilities of the Krasnodar Territory have shown, it has inherent disadvantages. Firstly, a significant drawback is the relatively low efficiency of the device, which is caused by high losses in the secondary windings of the transformer. This can be explained by the example of the engine idle mode. In this mode, currents of a larger magnitude flow through the stator windings than the total current of these windings. This state of affairs is due to the fact that the current I _{2 of the} stator winding connected in series with the rectifier and the excitation winding has the nature of the current consumption (see Fig. 1), while the current I _{1 of the} other stator winding connected by a star has the nature of the current generator (the winding operates in generator mode), and the geometric sum of currents I ₀ has a module smaller than the module of each of these currents. High currents of the stator windings flow around the corresponding secondary windings of the transformer, causing electrical losses proportional to the square of the current.

Во-вторых, недостатком является перегрев одной из вторичных обмоток трансформатора при пуске двигателя. Происходит это потому, что пусковой ток двигателя, как правило, 5-7-кратный к номинальному, протекает только по одной из вторичных обмоток трансформатора, сечение которой относительно невелико. Увеличение сечения проводника этой обмотки способствовало бы снижению его нагрева от пускового тока. Однако обмотки трансформатора двигателя-прототипа проектируются по значению токов отдельных обмоток статора.Secondly, the drawback is the overheating of one of the secondary windings of the transformer when starting the engine. This happens because the starting current of the motor, as a rule, 5-7-fold to the rated current, flows through only one of the secondary windings of the transformer, the cross section of which is relatively small. An increase in the cross section of the conductor of this winding would contribute to a decrease in its heating from the starting current. However, the transformer windings of the prototype engine are designed according to the value of the currents of the individual stator windings.

Технической задачей является снижение потерь мощности в блоке "трансформатор-двигатель".The technical task is to reduce power losses in the block "transformer-motor".

Решение задачи достигается тем, что синхронный электродвигатель, содержащий основную и дополнительную трехфазные статорные обмотки, первые выводы которых присоединены к трехфазному трансформатору, подключенному первичной обмоткой к источнику электроэнергии, причем дополнительная обмотка подключена к трансформатору через выключатель, вторые выводы основной обмотки статора соединены в общую точку, трехфазный неуправляемый выпрямитель, вывод переменного тока которого соединен с вторыми выводами дополнительной трехфазной статорной обмотки, а выводы постоянного тока - с выводами обмотки возбуждения синхронного двигателя, при этом трехфазный трансформатор имеет вторичную обмотку с ответвлениями, к которым подключены статорные обмотки электродвигателя.The solution to the problem is achieved by the fact that the synchronous motor containing the main and additional three-phase stator windings, the first terminals of which are connected to a three-phase transformer connected by the primary winding to an electric power source, the additional winding is connected to the transformer through a switch, the second terminals of the main stator winding are connected to a common point , a three-phase uncontrolled rectifier, the AC terminal of which is connected to the second terminals of an additional three-phase stator windings, and DC outputs with outputs of the excitation winding of the synchronous motor, while the three-phase transformer has a secondary winding with branches to which the stator windings of the electric motor are connected.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "изобретательский уровень" и "новизна". Заявляемое решение может быть реализовано в электроприводе турбомеханизмов и других устройств, что отвечает критерию "промышленная применимость".According to the patent and scientific literature, the claimed combination of features has not been identified, which allows us to conclude that the proposed solutions meet the criteria of "inventive step" and "novelty." The claimed solution can be implemented in an electric drive of turbomechanisms and other devices, which meets the criterion of "industrial applicability".

На фиг.1 представлена векторная диаграмма токов синхронного двигателя; на фиг.2 - принципиальная схема соединения обмоток синхронного двигателя.Figure 1 presents a vector diagram of the currents of a synchronous motor; figure 2 is a schematic diagram of the connection of the windings of a synchronous motor.

Устройство двигателя поясняет фиг.2.The engine device explains figure 2.

Через выключатель 1 трансформатор 2 присоединяется к трехфазному источнику электроэнергии. Вторичная обмотка трансформатора имеет выводы ответвлений 3 и 4, к которым присоединены статорные обмотки двигателя 6 и 7, причем обмотка 6 присоединена через выключатель 5. Выходные концы обмотки 6 подключены на вход трехфазного выпрямителя 8 двухполупериодного выпрямления (выпрямительный мост), к выходу которого подключена обмотка возбуждения двигателя 9.Through the switch 1, the transformer 2 is connected to a three-phase source of electricity. The secondary winding of the transformer has branch leads 3 and 4, to which the stator windings of the motor 6 and 7 are connected, and the winding 6 is connected through a switch 5. The output ends of the winding 6 are connected to the input of a three-phase rectifier 8 of half-wave rectification (rectifier bridge), to the output of which a winding is connected motor excitations 9.

Двигатель в установившемся режиме работает следующим образом. Контакты выключателей 1 и 5 замкнуты. Трансформатор подключен к источнику электроэнергии и обеспечивает на обмотках 6 и 7 синхронного двигателя напряжение, причем на обмотке 6 напряжение выше, чем на обмотке 7, благодаря их подключению к разным ответвлениям вторичной обмотки трансформатора 2. Благодаря разному напряжению на вводе обмоток на входе выпрямителя 8 имеется напряжение, обеспечивающее ток в обмотке возбуждения 9. При этом ток возбуждения является выпрямленным током обмотки 6. Токи статорных обмоток 6 и 7 создают в двигателе вращающееся магнитное поле, которое сцепляется с магнитным полем обмотки возбуждения, обеспечивая ротору вращение с синхронной скоростью (т.е. скоростью вращения поля). При этом на участке вторичной обмотки трансформатора от выводов 3 до общей точки обмотки (нейтрали) протекает ток, равный геометрической сумме токов обмоток 6 и 7, как правило, меньший алгебраической суммы этих токов, благодаря чему электрические потери в обмотке снижаются по сравнению с прототипом.The engine in steady state operates as follows. The contacts of switches 1 and 5 are closed. The transformer is connected to a power source and provides voltage on the windings 6 and 7 of the synchronous motor, and the voltage on winding 6 is higher than on winding 7, due to their connection to different branches of the secondary winding of transformer 2. Due to the different voltage at the input of the windings at the input of rectifier 8, there is the voltage providing current in the field winding 9. In this case, the field current is the rectified current of the winding 6. The currents of the stator windings 6 and 7 create a rotating magnetic field in the motor that engages I and the magnetic field excitation coil, providing rotation of the rotor with a synchronous speed (i.e. rotation speed field). At the same time, on the section of the secondary winding of the transformer, from the terminals 3 to the common point of the winding (neutral), a current flows equal to the geometric sum of the currents of the windings 6 and 7, usually less than the algebraic sum of these currents, due to which the electrical losses in the winding are reduced compared to the prototype.

Пуск и управление двигателем происходят следующим образом. В исходном состоянии контакты выключателей 1 и 5 разомкнуты, и напряжение на обмотках трансформатора и двигателя отсутствует. Для асинхронного пуска двигателя включается выключатель 1, и на статорную обмотку 7 двигателя подается напряжение. Соединенная звездой, она обтекается пусковым током двигателя, который создает вращающееся магнитное поле, обеспечивая асинхронный разбег двигателя. Статорная обмотка 6 при этом не обтекается током. Благодаря тому что сечение вторичной обмотки трансформатора рассчитывается на электрическую мощность обеих статорных обмоток, она имеет большее сечение и меньший нагрев, чем у обмотки трансформатора прототипа, рассчитанной только на ток одной статорной обмотки.Start and engine control are as follows. In the initial state, the contacts of switches 1 and 5 are open, and there is no voltage on the transformer and motor windings. For asynchronous starting of the motor, switch 1 is turned on, and voltage is applied to the stator winding 7 of the motor. Connected by a star, it flows around the starting current of the engine, which creates a rotating magnetic field, providing asynchronous run-up of the engine. The stator winding 6 is not electrified. Due to the fact that the cross section of the secondary winding of the transformer is calculated on the electric power of both stator windings, it has a larger cross section and less heat than the transformer winding of the prototype, designed only for the current of one stator winding.

При достижении подсинхронной скорости (скольжение 2-5%), включается выключатель 5, обмотки 6 и возбуждения 9 обтекаются током, и двигатель втягивается в синхронизм. На этом пуск двигателя завершается, и он переходит в синхронный режим работы.When the sub-synchronous speed is reached (slip 2-5%), the switch 5 is turned on, the windings 6 and excitations 9 are current-flowed, and the motor is pulled into synchronism. At this, the engine start is completed, and it goes into synchronous operation mode.

Claims

A synchronous electric motor containing the main and additional three-phase stator windings, the first terminals of which are connected to a three-phase transformer connected by the primary winding to an electric power source, the additional winding being connected to the transformer via a switch, the second terminals of the main stator winding connected to a common point, a three-phase uncontrolled rectifier, variable terminals the current of which is connected to the second terminals of the additional three-phase stator winding, and the DC terminals and - with the findings of the excitation winding of the synchronous motor, characterized in that the three-phase transformer has a secondary winding with branches to which the stator windings of the electric motor are connected.