Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2457609

(19)

RU

(11)

2457609

(13)

C2

(51) МПК H02P1/46 (2006.01)

H02P25/30 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 27.08.2012 - действует Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2008117742/07, 04.05.2008

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

04.05.2008

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 04.05.2008

(43) Дата публикации заявки: 10.11.2009

(45) Опубликовано: 27.07.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: RU 2271600 C1, 10.03.2006. RU 2272351 C1, 20.03.2006. RU 2141715 C1, 20.11.1999. RU 2028719 C1, 09.02.1995. SU 1694038 A1, 27.08.1996. US 20070159140 A1, 12.07.2007. JP 55046856 A, 02.04.1980. EP 1560317 A3, 25.07.2007. WO 2006090112 A1, 31.08.2006.

Адрес для переписки:

350044, г.Краснодар, Калинина, 13, КТАУ, Отдел развития и мониторинга научно-исследовательской деятельности

(72) Автор(ы):

Стрижков Игорь Григорьевич (RU),

Бегляров Рафаэль Рубенович (RU),

Загнитко Владимир Николаевич (RU),

Стрижков Сергей Игоревич (RU),

Трубин Александр Николаевич (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU),

Негосударственное частное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский социально-экономический институт" (RU)

(54) БЛОК ТРАНСФОРМАТОР-БЕСКОНТАКТНЫЙ СИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводе турбомеханизмов и иных машин средней мощности, не требующих регулирования частоты вращения. Техническим результатом является снижение потерь мощности в режиме малых нагрузок. Блок трансформатор-синхронный двигатель содержит трансформатор (2) со вторичной обмоткой, имеющий трехфазные выводы низшего (3) и высшего (4) напряжения, синхронный двигатель с основной (5) и дополнительной (6) трехфазными обмотками на статоре. Основная обмотка (5) соединена звездой и подключена к выводам (3) низшего напряжения. Дополнительная обмотка (6) началом соединена через выключатель (7) с выводами (4) высшего напряжения, а концом - с системой возбуждения двигателя, Бесконтактная система возбуждения двигателя имеет асинхронный возбудитель с двумя трехфазными обмотками (8) и (9) на статоре. Обмотка (8) присоединена к концам дополнительной обмотки (6) двигателя. Начала обмотки (9) соединены с началами дополнительной обмотки (6), а концами через коммутационный аппарат (11) и трехфазный дроссель (12) - к началу основной обмотки (5). На общем вращающемся роторе двигателя и возбудителя размещены многофазная обмотка (1) асинхронного возбудителя, выпрямитель (14) и обмотка возбуждения (13) синхронного двигателя, соединенные последовательно. Обмотка возбуждения (13) присоединена к стороне выпрямленного тока выпрямителя 14. 1 ил.

Изобретение относится к синхронному приводу, а более конкретно к силовым блокам «трансформатор-двигатель» с синхронным двигателем, предназначенным для использования в приводе турбомеханизмов и иных машин средней мощности, не требующих регулирования частоты вращения.

В сельхозмелиорации широкое применение находят передвижные электронасосы, в которых используются блоки «трансформатор-двигатель», позволяющие производить подключение электрооборудования к сети электроснабжения напряжением выше 1000 В. К электрооборудованию предъявляются требования высокой экономичности, простоты конструкции и эксплуатации.

Известна синхронная машина по авторскому свидетельству СССР 1694038, «Система возбуждения синхронной электрической машины», H02К 19/12, опубл. 27.08.95 Бюл. 24, содержащая расположенные на статоре m-фазную основную обмотку, каждая фаза которой разделена на две группы параллельных проводников, и m-фазную дополнительную обмотку, обмотку возбуждения на роторе и устройство преобразования и передачи мощности на ротор.

К недостаткам указанного двигателя следует отнести наличие трех трехфазных обмоток в пазах статора, к тому же смещенных в пространстве машины на некоторый угол, что завышает массогабаритные показатели и усложняет конструкцию и эксплуатацию двигателя.

Наиболее близким к заявленному устройству является синхронный двигатель по патенту РФ 2271600 С1 «Синхронный двигатель», Н02Р 1/50, опубл. 10.03.2006, Бюл. 7. В нем блок трансформатор-синхронный двигатель содержит силовой трансформатор, вторичная обмотка которого имеет два трехфазных вывода разного напряжения, и присоединенный к нему синхронный двигатель, имеющий на статоре основную и дополнительную трехфазные обмотки, при этом основная обмотка соединена звездой и подключена к выводам низшего напряжения вторичной обмотки трансформатора, а дополнительная обмотка началами соединена через коммутационный аппарат с выводами высшего напряжения вторичной обмотки трансформатора, а концами соединена с входом первого трехфазного выпрямителя, к стороне выпрямленного тока которого присоединено устройство возбуждения двигателя.

Недостатком двигателя, выявленным при его опытной эксплуатации в составе насосной установки, является снижение энергетических показателей привода в режимах малых нагрузок, что вызвано недостаточным током возбуждения синхронного двигателя в этом режиме или большими токами в статорных обмотках двигателя. В условиях, когда двигатель часто работает с малыми нагрузками, этот недостаток приводит к значительному перерасходу электроэнергии вследствие увеличения потерь. Эксплуатация такого двигателя усложняется наличием в цепи возбуждения скользящих контактов.

Технической задачей является снижение потерь мощности в блоке «трансформатор-двигатель» в режиме малых нагрузок и упрощение эксплуатации.

Решение задачи достигается тем, что блок трансформатор-синхронный двигатель, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого имеет два трехфазных вывода разного напряжения, высшего и низшего, и присоединенный к нему синхронный двигатель, имеющий на роторе обмотку возбуждения, а на статоре основную и дополнительную трехфазные обмотки, при этом основная обмотка соединена звездой и подключена к выводам низшего напряжения вторичной обмотки трансформатора, а дополнительная обмотка началами соединена через выключатель с выводами высшего напряжения вторичной обмотки трансформатора, а концами соединена с устройством возбуждения двигателя, согласно изобретению устройство возбуждения двигателя выполнено бесконтактным с асинхронным возбудителем, имеющим две трехфазные обмотки на статоре, одна из которых присоединена к концам дополнительной обмотки двигателя, а другая присоединена началами к началам дополнительной обмотки, а концами через коммутационный аппарат и последовательно включенный трехфазный дроссель присоединена к началу основной обмотки, а на общем роторе двигателя и возбудителя размещены многофазная обмотка асинхронного возбудителя, выпрямитель и обмотка возбуждения синхронного двигателя, соединенные последовательно, причем обмотка возбуждения присоединена к стороне выпрямленного тока выпрямителя.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критериям «изобретательский уровень» и «новизна». Заявленное решение может быть реализовано в электроприводе различных турбомеханизмов и других устройств, где применяется синхронный привод, что отвечает критерию «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема соединения обмоток трансформатора и двигателя.

Через выключатель 1 трансформатор 2 присоединен к трехфазному источнику электроэнергии. Вторичная обмотка трансформатора 2 имеет выводы 3 и 4, к которым присоединены статорные обмотки синхронного двигателя, основная 5 и дополнительная 6, причем обмотка 5 соединена звездой и присоединена к выводам 3 напрямую, а обмотка 6 началом подключена к выводам 4 через выключатель 7. К выходным концам обмотки 6 подключена трехфазная статорная обмотка 8 бесконтактного асинхронного возбудителя, включающего кроме обмотки 8 вторую трехфазную статорную обмотку 9, и на роторе вращающуюся многофазную обмотку 10 (на фиг.1 показана как трехфазная). Обмотка 9 своими началами подключена к началам дополнительной обмотки двигателя 6, а концами подключена через коммутационный аппарат 11 и трехфазный дроссель 12 к началам основной обмотки 5. На вращающемся роторе, кроме обмотки 10, размещены обмотка возбуждения синхронного двигателя 13 и вращающийся выпрямитель 14, при этом обмотка 13 подключена к выводам выпрямленного напряжения выпрямителя 14, а обмотка 10 подключена к стороне переменного тока выпрямителя 14 и имеет с выпрямителем одинаковое число фаз. Обмотки 5, 6 и 13 имеют одинаковое число полюсов; обмотки 8, 9 и 10 также имеют одинаковое число полюсов, совпадающее или не совпадающее с числом полюсов обмотки 13.

Трансформатор 2 может иметь первичную обмотку, соединенную звездой, треугольником или зигзагом. Вторичная обмотка трансформатора соединена звездой. На роторе двигателя помимо указанных обмоток 10, 13 и выпрямителя 12 могут размещаться пусковые резисторы и устройства управления и защиты цепи ротора. Поскольку их устройство широко известно и не составляет суть изобретения, они не указаны в описании изобретения. Устройство всех обмоток двигателя и возбудителя, а также конструкция ротора с вращающимся выпрямителем традиционные и широко известны.

В установившемся синхронном режиме устройство работает следующим образом. Контакты выключателей 1, 7 и коммутационного аппарата 11 замкнуты. Трансформатор 2 подключен к источнику электроэнергии и обеспечивает на обмотках 5 и 6 синхронного двигателя напряжение, причем на обмотке 6 напряжение выше, чем на обмотке 5 благодаря их подключению к разным выводам 3 и 4 вторичной обмотки трансформатора 2. В обмотке 5 приложенное напряжение компенсируется главным образом результирующей ЭДС этой обмотки, а в обмотке 6 такая же ЭДС компенсирует лишь часть приложенного более высокого напряжения. Не скомпенсированное напряжение прикладывается к трехфазной обмотке возбудителя 8 и создает в ней ток, который является током возбуждения бесконтактного возбудителя. Этот ток является также током дополнительной обмотки двигателя 6 и создает собственный вращающий момент двигателя. Трехфазный ток основной обмотки 5 также создает вращающий момент и общий вращающий момент двигателя равен сумме моментов, создаваемых обмотками 5 и 6.

К трехфазной обмотке 9, расположенной на статоре возбудителя в общих пазах с обмоткой 8, прикладывается напряжение, определяемое разностью высшего и низшего напряжения вторичной обмотки трансформатора 2 и падением напряжения на дросселе 12. Ток обмотки 9 участвует в создании вращающегося магнитного поля бесконтактного возбудителя, наряду с током обмотки 8. Поскольку напряжение на выводах 3 и 4 практически не зависит от механической нагрузки двигателя, ток в обмотке 9 протекает и при холостом ходе двигателя и создает необходимое возбуждение. Ток в обмотке 8 определяется током в обмотке 6 и зависит от нагрузки двигателя. При изменении нагрузки изменяется ток в обмотках 5 и 6 двигателя и ток в обмотке 8, что создает автоматическое регулирование возбуждения бесконтактного возбудителя и, как следствие, автоматическое регулирование возбуждения самого двигателя.

Пуск и управление устройством производятся следующим образом. В исходном состоянии контакты выключателей 1, 7 и коммутационного аппарата 11 разомкнуты и напряжение на обмотках автотрансформатора, двигателя и возбудителя отсутствует. Для асинхронного пуска двигателя включается выключатель 1 и трансформатор 2 подает напряжение на основную статорную обмотку 5 двигателя. Обмотка 5 обтекается пусковым током, который создает вращающееся магнитное поле, обеспечивая асинхронный разбег двигателя. Дополнительная статорная обмотка 6 при этом не обтекается током. Возбудитель также не обтекается током и не создает ток в обмотке возбуждения двигателя 13.

При достижении двигателем подсинхронной скорости (скольжение 2-5%), включается выключатель 7 (вручную или автоматически), в результате чего обмотки 6, 8, 10 и 13 обтекаются током. Возбудитель обеспечивает возбуждение двигателя подачей тока в обмотку возбуждения 13, и двигатель втягивается в синхронизм. Затем включается коммутационный аппарат 11, приводя в действие устройство автоматического регулирования возбуждения двигателя. На этом пуск двигателя завершается, и он работает в синхронном режиме.

При изменении механической нагрузки изменяется ток в обмотках 5 и 6 и, как следствие, в обмотке 8, что приводит к изменению магнитного потока возбудителя и ЭДС обмотки 10, что обеспечивает автоматическое регулирование возбуждения двигателя. Закон регулирования определяется параметрами обмоток двигателя и возбудителя.

Управление пуском может быть иным. Синхронизация может производиться включением коммутационного аппарата 11, с последующим включением выключателя 7. Выключатель 7 и коммутационный аппарат 11 могут включаться одновременно для перевода двигателя из подсинхронного режима в синхронный длительный режим.

Снижение мощности потерь в приводе при малых нагрузках достигается применением возбудительного устройства, обеспечивающего достаточный ток возбуждения в этом режиме, а упрощение эксплуатации достигается исключением скользящих контактов из устройства возбуждения синхронного двигателя. При этом в устройстве автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя отсутствуют сложные и крупногабаритные устройства.

Формула изобретения

Блок трансформатор-синхронный двигатель, содержащий трансформатор, вторичная обмотка которого имеет два трехфазных вывода разного напряжения, высшего и низшего, и присоединенный к нему синхронный двигатель, имеющий на роторе обмотку возбуждения, а на статоре основную и дополнительную трехфазные обмотки, при этом основная обмотка соединена звездой и подключена к выводам низшего напряжения вторичной обмотки трансформатора, а дополнительная обмотка началами соединена через выключатель с выводами высшего напряжения вторичной обмотки трансформатора, а концами соединена с устройством возбуждения двигателя, отличающийся тем, что имеет бесконтактную систему возбуждения двигателя с асинхронным возбудителем, имеющим две трехфазные обмотки на статоре, одна из которых присоединена к концам дополнительной обмотки двигателя, а другая присоединена началами к началам дополнительной обмотки, а концами через коммутационный аппарат и последовательно включенный трехфазный дроссель присоединена к началу основной обмотки, а на общем роторе двигателя и возбудителя размещены многофазная обмотка асинхронного возбудителя, выпрямитель и обмотка возбуждения синхронного двигателя, соединенные последовательно, причем обмотка возбуждения присоединена к стороне выпрямленного тока выпрямителя.

РИСУНКИ