RU2224348C2

RU2224348C2 - Electrical induction machine

Info

Publication number: RU2224348C2
Application number: RU98114409/09A
Authority: RU
Inventors: М.П. Горин; В.П. Осипенко; Л.В. Фолимонов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Особые сварочные агрегаты"
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2004-02-20

Abstract

FIELD: electromechanical engineering; motor manufacture for supplying various loads with dc and ac power. SUBSTANCE: induction machine is provided with rectifier, voltage regulator, and ac voltage stabilizer. Stator winding has at least two sections; voltage regulator is connected to rectifier through one of stator winding sections adjacent to rotor induction winding and to power supply. Connected to rotor induction winding and to neutral lead of stator winding section is ac voltage stabilizer. Stator is provided with terminals for connecting additional load. All loads can be connected in series, in parallel, and independently. EFFECT: enhanced effectiveness due to enlarged functional capabilities and facilitated maintenance. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в двигателестроении для питания переменным и постоянным током потребителей различной мощности. The invention relates to electrical engineering and can be used in the engine industry to supply alternating and direct current consumers of various capacities.

Известен индукционный электродвигатель, содержащий статор с обмотками с различным числом пар полюсов и два независимых друг от друга соосных ротора, один из которых основной, а другой дополнительный и снабжен вентилятором, причем обмотки статора выполнены с изменяемым числом пар полюсов (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1617545, кл. Н 02 К 17/02, 1988). A known induction motor containing a stator with windings with a different number of pole pairs and two coaxial rotors that are independent of one another, one of which is the main one and the other one is equipped with a fan, the stator windings being made with a variable number of pole pairs (see, for example, description inventions to the copyright certificate of the USSR 1617545, class N 02 K 17/02, 1988).

Такая конструкция обеспечивает повышенные энергетические показатели, однако имеет достаточно низкую ремонтопригодность и сравнительно пониженную надежность вследствие значительных трудозатрат на монтажно-демонтажные работы. This design provides increased energy performance, but has a fairly low maintainability and relatively low reliability due to significant labor costs for installation and dismantling.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранная в качестве прототипа индукционная электрическая машина, содержащая статор с кольцевой обмоткой и клеммами для подключения к источнику питания и нагрузке и размещенный на валу ротор с короткозамкнутыми основной и дополнительными индукционными обмотками возбуждения, разъединенными кольцевой проставкой из изоляционного материала (см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 1700699, кл. Н 02 К 17/02, 1989). The closest known by its technical essence and achieved result is an induction electric machine selected as a prototype, comprising a stator with an annular winding and terminals for connecting to a power source and a load, and a rotor located on the shaft with short-circuited main and additional induction excitation windings separated by an annular a spacer made of insulating material (see, for example, the description of the invention to the copyright certificate of the USSR 1700699, class N 02 K 17/02, 1989).

К недостаткам данной машины следует отнести ограниченную область применения, поскольку она предназначена лишь для питания потребителей строго фиксированной мощности и не обеспечивает электропитание нестандартного электрооборудования. The disadvantages of this machine include a limited scope, since it is intended only to power consumers of strictly fixed power and does not provide power to non-standard electrical equipment.

Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения обеспечиваемого предлагаемым изобретением технического результата, который выражается в повышении эффективности за счет расширения области применения и повышения удобства эксплуатации. The essence of the claimed invention is expressed in the aggregate of essential features sufficient to achieve the technical result provided by the invention, which is expressed in increasing efficiency by expanding the scope and improving ease of use.

Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи к достигаемому результату. The claimed combination of essential features is in direct causal relation to the achieved result.

Новизна предложенной индукционной электрической машины усматривается в том, что она снабжена выпрямителем, регулятором и стабилизатором переменного напряжения, обмотка статора состоит из, по меньшей мере, двух секций, причем регулятор напряжения подключен к выпрямителю, одной из секций обмотки статора, смежной индукционной обмотке ротора и источнику питания, а стабилизатор переменного напряжения подключен к индукционной обмотке ротора. Кроме того, стабилизатор переменного напряжения дополнительно подключен к нулевому выводу секции обмотки статора, статор снабжен клеммами для подключения дополнительной нагрузки, а сами нагрузки подключены с возможностью подсоединения в последовательном, параллельном и независимом режимах. The novelty of the proposed induction electric machine is seen in the fact that it is equipped with a rectifier, regulator and AC voltage stabilizer, the stator winding consists of at least two sections, the voltage regulator connected to the rectifier, one of the sections of the stator winding, adjacent induction winding of the rotor and a power source, and an AC voltage stabilizer is connected to the induction winding of the rotor. In addition, the AC voltage stabilizer is additionally connected to the zero terminal of the stator winding section, the stator is equipped with terminals for connecting an additional load, and the loads themselves are connected with the possibility of connecting in serial, parallel and independent modes.

Сравнение заявленного технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна", так как оно не известно из уровня техники. Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion of "novelty", since it is not known from the prior art.

Предложенное устройство является промышленно применимым существующими техническими средствами и соответствует критерию "изобретательский уровень", т. к. оно явным образом не следует из уровня техники, при этом из последнего не выявлено каких-либо преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками, на достижение указанного технического результата. The proposed device is industrially applicable by existing technical means and meets the criterion of "inventive step", because it does not explicitly follow from the prior art, while the latter does not reveal any transformations characterized by significant features distinctive from the prototype, to achieve this technical result.

Таким образом, предложенное техническое решение соответствует установленным условиям патентоспособности изобретения. Thus, the proposed technical solution meets the established conditions of patentability of the invention.

Других известных технических решений аналогичного назначения с подобными существенными признаками заявителем не обнаружено. The other known technical solutions for a similar purpose with similar significant features by the applicant was not found.

На фиг. 1 представлена индукционная электрическая машина, механическая часть, на фиг.2 - электрическая схема. In FIG. 1 shows an induction electric machine, a mechanical part, and FIG. 2 is an electrical diagram.

Индукционная электрическая машина с двумя возбудительными системами включает следующие составные части: вал 1 генератора, на котором смонтирован приводной шкив 2 клиноременной передачи, вентилятор 3, переднюю крышку 4 со стороны привода, в которой расположен опорный подшипник 5, индуктор 6 с основной обмоткой возбуждения (со стороны привода), статор 7 с основной секцией обмотки возбуждения (со стороны привода), диамагнитную проставку 8 из изоляционного материала, промежуточное кольцо 9 с выводами от обмотки возбуждения статора 7, статор 11 с обмоткой возбуждения (со стороны контактных колец), заднюю крышку 12 корпуса с подшипником 13, внутри которой размещены токосъемный щеточный узел 14, токосъемные контактные кольца 15 и выпрямитель в виде выпрямительного моста 16, а также выводы от обмотки возбуждения статора 11, токосъемного щеточного узла 14 и выпрямительного моста 16, причем выводы от обмоток статоров 7 и 11 и индукторов 6 и 10, а также токосъемного щеточного узла 14 и выпрямительного моста 16 условно не показаны. An induction electric machine with two excitation systems includes the following components: a shaft 1 of the generator on which the drive pulley 2 of the V-belt drive is mounted, a fan 3, a front cover 4 on the drive side, in which the thrust bearing 5 is located, an inductor 6 with the main excitation winding (with drive side), stator 7 with the main section of the field coil (drive side), diamagnetic spacer 8 made of insulating material, an intermediate ring 9 with leads from the field winding of the stator 7, stator 11 with by a coil of excitation (from the side of the contact rings), a back cover 12 of the housing with a bearing 13, inside of which a current collector brush assembly 14, current collector contact rings 15 and a rectifier in the form of a rectifier bridge 16, as well as conclusions from the excitation winding of the stator 11, current collector brush assembly 14 and a rectifier bridge 16, and the conclusions from the windings of the stators 7 and 11 and the inductors 6 and 10, as well as the collector brush assembly 14 and the rectifier bridge 16 are not conventionally shown.

Статоры 7 и 11 представляют собой пакеты из пластин электротехнической стали. Электрически оба статора развязаны относительно друг друга с помощью промежуточного кольца 9, выполненного из диамагнитного материала, например, алюминия. Stators 7 and 11 are packages of electrical steel plates. Both stators are electrically isolated relative to each other using an intermediate ring 9 made of diamagnetic material, for example, aluminum.

Ротор состоит из вала 1, обоих индукторов 6 и 10 с обмотками возбуждения, токосъемных контактных колец 15 и диамагнитной прокладки 8 и установлен в опорных подшипниках 5 и 13. The rotor consists of a shaft 1, both inductors 6 and 10 with field windings, slip rings 15 and a diamagnetic gasket 8 and is installed in the thrust bearings 5 and 13.

В свою очередь оба индуктора 6 и 10 состоят из катушек возбуждения, намотанных на стальную втулку и размещенных между четырьмя клювообразными частями магнитопровода (по одной катушке и двух клювообразных магнитопроводов для каждого индуктора). Для исключения взаимного магнитного влияния обоих индукторов друг на друга между ними на валу 1 генератора установлена диамагнитная прокладка 8, например, из алюминивого сплава. In turn, both inductors 6 and 10 consist of excitation coils wound on a steel sleeve and placed between four beak-shaped parts of the magnetic circuit (one coil and two beak-shaped magnetic circuits for each inductor). To exclude the mutual magnetic influence of both inductors on each other, a diamagnetic spacer 8, for example, of aluminum alloy, is installed on the shaft 1 of the generator.

С помощью стяжных элементов передняя 4 и задняя 12 крышки, статоры 7 и 11 и промежуточное кольцо 9 образуют корпус. Крышки имеют вентиляционные отверстия для охлаждения выпрямительного моста 16, а также обоих статоров 7 и 11 и индукторов 6 и 10. Using the clamping elements, the front 4 and rear 12 covers, the stators 7 and 11 and the intermediate ring 9 form a housing. The covers have ventilation holes for cooling the rectifier bridge 16, as well as both stators 7 and 11 and inductors 6 and 10.

Электрическая схема подключения включает основную возбудительную систему G1 (со стороны привода) и вспомогательную возбудительную систему G2 (со стороны контактных колец 15), а также источник питания в виде аккумуляторной батареи G3, к которой подключены диод VD1 стартового возбуждения вспомогательной возбудительной системы, выпрямительный мост VD2-VD7, регулятор напряжения РН, стабилизатор переменного напряжения СПН, трехфазные обмотки статора ОС, соединенные по схеме "звезда" с нулевым выводом, обмотки возбуждения индукторов ОИ и нагрузки Н1 и Н2. The wiring diagram includes the main excitation system G1 (on the drive side) and the auxiliary excitation system G2 (on the side of the slip rings 15), as well as the power source in the form of a battery G3, to which the excitation diode VD1 of the auxiliary excitation system, the rectifier bridge VD2 are connected -VD7, LV voltage regulator, SPN AC voltage stabilizer, three-phase OS stator windings connected according to the star circuit with a zero output, excitation windings of the inductors of the OI and load H1 H2.

Работа индукционной электрической машины осуществляется следующим образом. The work of an induction electric machine is as follows.

Ротор через клиноременную передачу приводится во вращение от привода, например, двигателя внутреннего сгорания (не показан). В обмотке возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2 генератора, подключенной к аккумуляторной батарее G3 и параллельно в цепи: "плюс аккумуляторной батареи-диод VD1-"нуль" провода трехфазной обмотки статора вспомогательной возбудительной системы С2-одна из обмоток трехфазной обмотки статора ОС вспомогательной системы G2- один из трех диодов выпрямительного моста VD2-VD7-"минус" выпрямительного моста-" минус" аккумуляторной батареи" начинает протекать постоянный ток. Цепь, параллельная аккумуляторной батарее G3, служит для стартового питания обмотки возбуждения индуктора ОИ вспомогательной системы возбуждения G2 при разряженной аккумуляторной батарее G3. The rotor through a V-belt drive is driven into rotation from a drive, for example, an internal combustion engine (not shown). In the field winding of the inductor OI of the auxiliary excitation system G2 of the generator connected to the battery G3 and in parallel in the circuit: “plus battery-diode VD1-“ zero ”of the wire of the three-phase stator winding of the auxiliary excitation system C2 is one of the windings of the three-phase stator winding of the auxiliary system OS G2 - one of the three diodes of the rectifier bridge VD2-VD7- "minus" of the rectifier bridge - "minus" of the "battery" direct current flows. The circuit parallel to the G3 battery serves to start the excitation winding of the excitation winding of the inductor OI of the auxiliary excitation system G2 with the discharged battery G3.

При прохождении постоянного тока через обмотку возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2 вокруг обмотки создается магнитный поток, пронизывающий втулку, клювообразные части магнитопровода индуктора, воздушный зазор и зубцы статора вспомогательной возбудительной системы G2. При вращении под каждым статором попеременно проходят "северный", а значит и "южный" полюсы индуктора. При этом величина магнитного потока, пронизывающего зубцы статора, изменяется по величине и направлению, вследствие чего в обмотке статора индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Переменный ток, протекающий по обмотке статора, преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямительного моста VD2-VD7. Полученный постоянный ток протекает по цепи: "плюс выпрямительного моста VD2-VD7-регулятор напряжения РН-плюс аккумуляторной батареи-обмотка возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2-минус аккумуляторной батареи-минус выпрямительного моста VD2-VD7", при этом производится подзарядка аккумуляторной батареи G3 и питание обмотки возбуждения индуктора ОИ вспомогательной возбудительной системы G2. When a direct current passes through the excitation winding of the inductor OI of the auxiliary excitation system G2, a magnetic flux is created around the winding, piercing the sleeve, beak-shaped parts of the inductor magnetic circuit, air gap and stator teeth of the auxiliary excitation system G2. During rotation under each stator alternately pass the "north", and hence the "south" poles of the inductor. The magnitude of the magnetic flux penetrating the stator teeth varies in magnitude and direction, as a result of which a variable electromotive force (EMF) is induced in the stator winding. The alternating current flowing through the stator winding is converted to direct current using the rectifier bridge VD2-VD7. The resulting direct current flows through the circuit: "plus the rectifier bridge VD2-VD7-voltage regulator PH-plus the battery-excitation coil of the inductor OI auxiliary excitation system G2-minus the battery-minus the rectifier bridge VD2-VD7", while charging the battery G3 and power to the field winding of the inductor OI auxiliary excitation system G2.

Переменный ток, протекающий по обмотке статора вспомогательной возбудительной системы G2, через клеммы подается в стабилизатор переменного напряжения СПН, который предназначен для стабилизации переменного напряжения в зависимости от числа оборотов вала привода, в данном случае ДВС, а также для подачи на обмотку возбуждения индуктора ОИ основной возбудительной системы G1 как постоянного, так и модулированного постоянного тока и через клемму, соединенную с "нулевым" выводом трехфазной обмотки статора ОС основной возбудительной системы G1 для выравнивания перекоса фаз трехфазного переменного напряжения. The alternating current flowing through the stator winding of the auxiliary excitation system G2 is supplied through the terminals to an AC voltage regulator SPN, which is designed to stabilize the AC voltage depending on the number of revolutions of the drive shaft, in this case ICE, and also to supply the main inductor to the excitation winding excitation system G1 of both direct and modulated direct current and through a terminal connected to the "zero" terminal of the three-phase stator winding of the OS of the main excitation system G1 To align the phase imbalance phase alternating voltage.

Трехфазное переменное напряжение вырабатывается основной возбудительной системой G1 по тому же принципу, что и вспомогательной системой возбуждения G2. Стабилизированное трехфазное переменное напряжение через клеммы подается на нагрузку H1 большой мощности для питания нестандартного электрооборудования с мощностью потребления 3 кВт и выше при использовании более мощных генераторов. Через клеммы может быть также подключена и дополнительная нагрузка Н2 малой мощности, например, бортовая электросистема питания автомобиля с мощностью потребления до 1 кВт. Three-phase alternating voltage is generated by the main excitation system G1 according to the same principle as the auxiliary excitation system G2. A stabilized three-phase alternating voltage is supplied through the terminals to a large power load H1 to power non-standard electrical equipment with a power consumption of 3 kW and above when using more powerful generators. Through the terminals, an additional low-power load H2 can also be connected, for example, an on-board power supply system of a car with a power consumption of up to 1 kW.

При подаче на обмотку возбуждения индуктора ОИ основной возбудительной системы G1 постоянного тока на клеммах основной нагрузки H1 получают трехфазное переменное напряжение синусоидальной формы, при модулированном постоянном токе - регулируемое по амплитуде импульсное трехфазное переменное напряжение и возможность регулирования внешней вольт-амперной характеристики основной возбудительной системы G1 генератора, что предпочтительно применять, например, для сварочных технологических процессов. When applying a direct current to the excitation winding of the inductor OI of the main excitation system G1 at the main load terminals H1, a three-phase alternating voltage of a sinusoidal shape is obtained, with modulated direct current, an amplitude-controlled pulsed three-phase alternating voltage and the ability to control the external volt-ampere characteristic of the main excitation system of the generator G1 which is preferably used, for example, for welding processes.

Предложенная индукционная электрическая машина обеспечивает стабилизированную отдачу мощности в широком диапазоне вращения ротора от 1000 до 8000 об/мин, а также обеспечивает надежное электропитание нестандартного, главным образом, сварочного электрооборудования. The proposed induction electric machine provides a stable power output in a wide range of rotor rotation from 1000 to 8000 rpm, and also provides reliable power to non-standard, mainly welding electrical equipment.

Claims

An induction electric machine comprising a stator with an annular winding and terminals for connecting to a power source and a load and a rotor located on the shaft with induction field windings disconnected by a diamagnetic ring spacer, characterized in that it is equipped with a rectifier, voltage regulator and AC voltage stabilizer, while the stator is made with at least two sections of the main and auxiliary excitation systems, the voltage regulator is connected to the rectifier and the power source, the stator winding section of the auxiliary excitation system is connected to the rectifier in such a way that direct current flows through the circuit plus the rectifier - voltage regulator - plus power supply - the excitation winding of the inductor of the auxiliary excitation system - minus the power source - minus the rectifier, and the AC voltage stabilizer is connected to the winding section the stator of the auxiliary excitation system and to the excitation winding of the inductor of the main excitation system.