RU2720352C1 - Electrically-driven pulsed phase shifter - Google Patents
Electrically-driven pulsed phase shifter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2720352C1 RU2720352C1 RU2019119973A RU2019119973A RU2720352C1 RU 2720352 C1 RU2720352 C1 RU 2720352C1 RU 2019119973 A RU2019119973 A RU 2019119973A RU 2019119973 A RU2019119973 A RU 2019119973A RU 2720352 C1 RU2720352 C1 RU 2720352C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- winding
- phase
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K47/00—Dynamo-electric converters
- H02K47/18—AC/AC converters
- H02K47/22—Single-armature frequency converters with or without phase-number conversion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электромеханики, и может быть использовано в системах импульсно-фазового управления технологических электронных устройств, например тиристорных управляемых выпрямителей, а также как точный датчик поворота.The invention relates to the field of electromechanics, and can be used in pulse-phase control systems of technological electronic devices, for example, thyristor controlled rectifiers, as well as an accurate rotation sensor.
Общеизвестно, что электромашинный импульсный фазовращатель предназначен для формирования импульсов, начальная фаза которых должна иметь возможность регулирования относительно начальной фазы переменного силового напряжения электрической сети. Так в тиристорных управляемых выпрямителях управляющие импульсы сдвигают по фазе относительно анодного силового синусоидального напряжения электрической сети, например, вручную, с целью требуемого технологического изменения выпрямленного напряжения тиристорного выпрямителя.It is well known that an electric machine pulse phase shifter is designed to generate pulses, the initial phase of which should be able to regulate relative to the initial phase of the alternating power voltage of the electrical network. So in thyristor controlled rectifiers, the control pulses are phase shifted relative to the anode power sinusoidal voltage of the electric network, for example, manually, with the aim of the required technological change in the rectified voltage of the thyristor rectifier.
Для обеспечения максимально широкого диапазона технологического регулирования, формируемые электромашинным фазовращателем импульсы должны иметь регулируемую начальную фазу в пределах всего периода силового синусоидального напряжения электрической сети при их стабильной амплитуде во всем диапазоне регулировании начальной фазы. Для точной и надежной работы технологических электронных устройств импульсы, формируемые электромашинным фазовращателем, должны быть короткими, т.е. иметь малую длительность во времени. Короткие управляющие импульсы, с одной стороны, более точно, чем длинные импульсы, указывают фазу силового синусоидального напряжения электрической сети за счет своего резкого одномоментного нарастания и спада. С другой стороны, при коротких управляющих импульсах происходит снижения потерь электроэнергии в цепях управления технологических электронных устройств и повышения их надежности за счет исключения перегрева этими потерями. Высокая надежность устройств, как известно, обеспечивается простой конструкции с малым количеством деталей и их соединений.To ensure the widest possible range of technological regulation, the pulses generated by the electromachine phase shifter must have an adjustable initial phase within the entire period of the power sinusoidal voltage of the electric network with their stable amplitude in the entire range of the initial phase regulation. For the accurate and reliable operation of technological electronic devices, the pulses generated by the machine phase shifter must be short, i.e. have a short duration in time. Short control pulses, on the one hand, more accurately than long pulses, indicate the phase of the power sinusoidal voltage of the electric network due to its sharp simultaneous rise and fall. On the other hand, with short control pulses, there is a reduction in energy losses in the control circuits of technological electronic devices and an increase in their reliability by eliminating overheating by these losses. The high reliability of the devices, as you know, is ensured by a simple design with a small number of parts and their connections.
Известен электромашинный импульсный фазовращатель, основанный на принципе электромагнитной индукции [Арменский Е.В., Фал к Г.Б. Электрические микромашины: учеб. пособие для студ. электротехн. спец. вузов. - М.: Высш. шк., 1985. - С 192].Known electrical pulsed phase shifter based on the principle of electromagnetic induction [Armensky E.V., Fal to G.B. Electric micromachines: textbook. allowance for students. electrical engineer specialist. universities. - M .: Higher. Shk., 1985. - With 192].
Электромашинный импульсный фазовращатель представляет собой электрическую машину переменного тока со статором и заторможенным ротором.The electropulse pulsed phase shifter is an electric alternating current machine with a stator and a locked rotor.
Сердечники статора и ротора выполнены из материалов с ферромагнитными свойствами и составляют в совокупности магнитопровод.The stator and rotor cores are made of materials with ferromagnetic properties and together constitute a magnetic circuit.
Статор представляет собой цилиндрическую трубу с двухфазной обмоткой статора, размещенной в аксиальных пазах на внутренней поверхности трубы, при этом фазы обмотки статора взаимно перпендикулярны. Электрические выводы фаз обмотки статора являются входными для электромашинного импульсного фазовращателя.The stator is a cylindrical tube with a two-phase stator winding, placed in axial grooves on the inner surface of the pipe, while the phases of the stator winding are mutually perpendicular. The electrical terminals of the phases of the stator winding are input to an electropulse pulsed phase shifter.
Ротор представляет собой цилиндр, коаксиально вставленный в статор с возможностью поворота относительно статора. На наружной поверхности ротора выполнены аксиальные пазы, в которых размещена обмотка ротора, выводы которой являются выходными для электромашинного импульсного фазовращателя.The rotor is a cylinder coaxially inserted into the stator with the possibility of rotation relative to the stator. Axial grooves are made on the outer surface of the rotor, in which the rotor winding is located, the outputs of which are output for an electromachine pulse phase shifter.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На выводы фаз обмотки статора электромашинного импульсного фазовращателя подается двухфазная система синусоидальных напряжений силовой электрической сети. Эти напряжения имеют одинаковые амплитуды и сдвинуты по фазе на 90 электрических градусов между собой. При этом в обмотке статора создается двухфазная система синусоидальных токов равной амплитуды.The two-phase system of sinusoidal voltages of the power electric network is fed to the conclusions of the phases of the stator winding of the electric machine pulse phase shifter. These voltages have the same amplitudes and are phase shifted by 90 electrical degrees to each other. In this case, a two-phase system of sinusoidal currents of equal amplitude is created in the stator winding.
Эта система токов возбуждает вращающееся магнитное поле статора, индукция которого увеличивается ферромагнитным магнитопроводом. За счет одинаковой конструкции фаз обмотки статора, равной амплитуды токов в них и цилиндрической симметрии магнитопровода вращающееся магнитное поле статора является круговым.This system of currents excites a rotating magnetic field of the stator, the induction of which is increased by a ferromagnetic magnetic circuit. Due to the same design of the phases of the stator winding, equal to the amplitude of the currents in them and the cylindrical symmetry of the magnetic circuit, the rotating magnetic field of the stator is circular.
В обмотке заторможенного ротора круговое вращающееся магнитное поле статора наводит электродвижущую силу (ЭДС) синусоидальной формы. Благодаря круговой форме магнитного поля амплитуда этой ЭДС сохраняется неизменной при любом положении ротора.In the winding of a braked rotor, a circular rotating magnetic field of the stator induces an electromotive force (EMF) of a sinusoidal shape. Due to the circular shape of the magnetic field, the amplitude of this EMF remains unchanged at any position of the rotor.
Фазовый сдвиг ЭДС обмотки ротора относительно напряжения фазы силовой электрической сети определяется углом поворота ротора относительно статора.The phase shift of the EMF of the rotor winding relative to the phase voltage of the power electric network is determined by the angle of rotation of the rotor relative to the stator.
При расположении обмотки ротора напротив соответствующей фазы обмотки статора начальные фазы ЭДС обмотки ротора и напряжения сети совпадают.When the rotor winding is located opposite the corresponding phase of the stator winding, the initial phases of the EMF of the rotor winding and the mains voltage coincide.
Для изменения начальной фазы ЭДС обмотки ротора на электрический угол «альфа» осуществляется поворот ротора на геометрический угол «альфа» относительно статора. При этом вращающееся магнитное поле статора наводит ЭДС в обмотке ротора со сдвигом во времени, определяемым углом поворота ротора «альфа» относительно его первоначального положения. Этот сдвиг во времени, выраженный в электрических градусах, является фазовым сдвигом ЭДС обмотки ротора относительно напряжения сети, фаза которого фиксирована системой электроснабжения.To change the initial phase of the EMF of the rotor winding by an electric angle "alpha", the rotor is rotated by a geometric angle "alpha" relative to the stator. In this case, the rotating magnetic field of the stator induces an EMF in the rotor winding with a time shift determined by the angle of rotation of the rotor "alpha" relative to its initial position. This time shift, expressed in electrical degrees, is the phase shift of the EMF of the rotor winding relative to the mains voltage, the phase of which is fixed by the power supply system.
За счет ЭДС обмотки ротора с регулируемым фазовым сдвигом на выводах обмотки ротора появляется выходное напряжение электромашинного импульсного фазовращателя с регулируемым фазовым сдвигом относительно входного напряжения на каждой из фаз обмотки статора и, соответственно напряжений фаз силовой электрической сети.Due to the EMF of the rotor winding with an adjustable phase shift, the output voltage of the electropulse pulsed phase shifter with an adjustable phase shift relative to the input voltage at each of the phases of the stator winding and, accordingly, the phase voltages of the power supply network, appears on the terminals of the rotor winding.
Достоинством известного устройства является максимально широкий диапазон технологического регулирования за счет возможности изменения фазы выходного напряжения в пределах всего периода силового синусоидального напряжения электрической сети при их стабильной амплитуде во всем диапазоне регулировании фазового сдвига.The advantage of the known device is the widest possible range of technological regulation due to the possibility of changing the phase of the output voltage within the entire period of the power sinusoidal voltage of the electric network with their stable amplitude in the entire range of phase shift regulation.
Недостатком известного электромашинного импульсного фазовращателя является большая длительность импульсов его выходного напряжения, которая равна половине периода напряжения силовой электрической сети. Это приводит к низкой точности указания фазового состояния силового синусоидального напряжения электрической сети с помощью импульсов выходного напряжения за счет медленного, не одномоментного нарастания и спада импульсов выходного напряжения. Кроме того, длинные импульсы выходного напряжения известного электромашинного импульсного фазовращателя при использовании их в цепях управления технологических электронных устройств вызывают электрические потери и перегрев этими потерями электронных устройств, что снижает надежность последних.A disadvantage of the known electropulse pulsed phase shifter is the large pulse duration of its output voltage, which is equal to half the voltage period of the power network. This leads to low accuracy in indicating the phase state of the power sinusoidal voltage of the electric network using the output voltage pulses due to the slow, not instantaneous rise and fall of the output voltage pulses. In addition, long pulses of the output voltage of the known electric machine pulsed phase shifter when used in control circuits of technological electronic devices cause electrical losses and overheating of these losses of electronic devices, which reduces the reliability of the latter.
Недостатком известного электромашинного импульсного фазовращателя так же является необходимость наличия двухфазной силовой электрической сети синусоидального напряжения, которая является несимметричной, поэтому не имеет широкого распространения в технике и на практике малодоступна.A disadvantage of the well-known electrical pulsed phase shifter is also the need for a two-phase power supply network of a sinusoidal voltage, which is asymmetrical, therefore, is not widely used in technology and inaccessible.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является электромашинный импульсный фазовращатель, основанный на принципах электромагнитной индукции и насыщения магнитопровода [Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины [Текст]: учеб. для вузов: В 2-х т./ А.В. Иванов-Смоленский. - М.: МЭИ. Т.1. - 2004. - С 614, С. 177].The closest to the claimed solution on the set of essential features is an electric machine pulse phase shifter based on the principles of electromagnetic induction and saturation of the magnetic circuit [Ivanov-Smolensky A.V. Electric machines [Text]: textbook. for universities: In 2 t. / A.V. Ivanov-Smolensky. - M .: MPEI. T.1. - 2004. - C 614, S. 177].
Электромашинный импульсный фазовращатель состоит из двух электрических машин, электрически соединенных каскадно - трехфазной электрической машины переменного тока со статором и заторможенным ротором и пикового трансформатора.The electropulse pulsed phase shifter consists of two electric machines electrically connected in cascade - a three-phase AC electric machine with a stator and a locked rotor and a peak transformer.
Сердечники статора и ротора электрической машины переменного тока, а также трансформатора выполнены из материалов с ферромагнитными свойствами и являются магнитопроводами.The stator and rotor cores of an electric alternating current machine, as well as a transformer, are made of materials with ferromagnetic properties and are magnetic circuits.
Статор представляет собой цилиндрическую трубу с аксиальными пазами на внутренней поверхности, число которых кратно числу фаз, т.е. трем. В пазах размещена симметричная трехфазная обмотка статора, подключенная к симметричной трехфазной силовой сети синусоидального напряжения. Электрические выводы фаз обмотки статора являются входными для электромашинного импульсного фазовращателя.The stator is a cylindrical tube with axial grooves on the inner surface, the number of which is a multiple of the number of phases, i.e. three. In the grooves there is a symmetric three-phase stator winding connected to a symmetric three-phase power network of a sinusoidal voltage. The electrical terminals of the phases of the stator winding are input to an electropulse pulsed phase shifter.
Ротор представляет собой цилиндр, коаксиально вставленный в статор с возможностью поворота относительно статора. На наружной поверхности ротора выполнены аксиальные пазы, число которых кратно числу фаз, т.е. трем. В пазах размещена симметричная трехфазная обмотка ротора с тремя электрическими выводами.The rotor is a cylinder coaxially inserted into the stator with the possibility of rotation relative to the stator. Axial grooves are made on the outer surface of the rotor, the number of which is a multiple of the number of phases, i.e. three. In the slots there is a symmetric three-phase rotor winding with three electrical leads.
Пиковый трансформатор содержит магнитопровод с первичной и вторичной обмотками на нем. Ферромагнитный магнитопровода выполнен с малым поперечным сечением и (или) из материала с прямоугольной магнитной характеристикой. Первичная обмотка пикового трансформатора электрически подключена к двум выводам обмотки ротора. Выводы вторичной обмотки пикового трансформатора являются выходными для электромашинного импульсного фазовращателя.The peak transformer contains a magnetic circuit with primary and secondary windings on it. The ferromagnetic magnetic circuit is made with a small cross section and / or of a material with a rectangular magnetic characteristic. The primary winding of the peak transformer is electrically connected to the two terminals of the rotor winding. The outputs of the secondary winding of the peak transformer are the output for an electrical pulse machine phase shifter.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На обмотку статора электромашинного импульсного фазовращателя из силовой электрической сети подается трехфазная система синусоидальных напряжений. При этом в обмотке статора создается симметричная трехфазная система синусоидальных токов.A three-phase system of sinusoidal voltages is supplied to the stator winding of an electric machine pulse phase shifter from a power electric network. In this case, a symmetric three-phase system of sinusoidal currents is created in the stator winding.
Эта система токов возбуждает круговое вращающееся магнитное поле статора, индукция которого увеличивается ферромагнитным магнитопроводом.This system of currents excites a circular rotating magnetic field of the stator, the induction of which is increased by a ferromagnetic magnetic circuit.
В обмотке заторможенного ротора круговое вращающееся магнитное поле статора наводит электродвижущую силу (ЭДС) синусоидальной формы. Благодаря круговой форме магнитного поля заданная амплитуда ЭДС сохраняется неизменной при любом положении ротора.In the winding of a braked rotor, a circular rotating magnetic field of the stator induces an electromotive force (EMF) of a sinusoidal shape. Due to the circular shape of the magnetic field, the specified EMF amplitude remains unchanged at any position of the rotor.
Фазовый сдвиг ЭДС обмотки ротора в электрических градусах относительно напряжения сети зависит от угла поворота ротора в геометрических градусах относительно статора. При расположении фазы обмотки ротора напротив соответствующей фазы обмотки статора начальные фазы ЭДС обмотки ротора и напряжений обмотки статора, а значит и силовой электрической сети, совпадают.The phase shift of the EMF of the rotor winding in electrical degrees relative to the mains voltage depends on the angle of rotation of the rotor in geometric degrees relative to the stator. When the phase of the rotor winding is located opposite the corresponding phase of the stator winding, the initial phases of the EMF of the rotor winding and the stator winding voltages, and hence the power mains, coincide.
Для изменения начальной фазы ЭДС обмотки ротора на электрический угол «альфа» осуществляют поворот ротора на геометрический угол «альфа» относительно статора. При этом вращающееся магнитное поле статора наводит ЭДС в обмотке ротора со сдвигом во времени, определяемым углом поворота ротора «альфа» относительно его первоначального положения. Этот сдвиг во времени, выраженный в электрических градусах, является фазовым сдвигом ЭДС обмотки ротора относительно напряжения сети, фаза которого фиксирована системой электроснабжения.To change the initial phase of the EMF of the rotor winding by an electric angle "alpha", the rotor is rotated by a geometric angle "alpha" relative to the stator. In this case, the rotating magnetic field of the stator induces an EMF in the rotor winding with a time shift determined by the angle of rotation of the rotor "alpha" relative to its initial position. This time shift, expressed in electrical degrees, is the phase shift of the EMF of the rotor winding relative to the mains voltage, the phase of which is fixed by the power supply system.
За счет ЭДС обмотки ротора с регулируемым фазовым сдвигом в первичной обмотке пикового трансформатора создается синусоидальный ток, который в свою очередь создает в ферромагнитном магнитопроводе пикового трансформатора магнитное поле. Благодаря тому, что ферромагнитный магнитопровод трансформатора выполнен с малым поперечным сечением и (или) из материала с прямоугольной магнитной характеристикой, происходит магнитное насыщение ферромагнитного магнитопровода пикового трансформатора.Due to the EMF of the rotor winding with an adjustable phase shift, a sinusoidal current is generated in the primary winding of the peak transformer, which in turn creates a magnetic field in the ferromagnetic magnetic circuit of the peak transformer. Due to the fact that the ferromagnetic magnetic core of the transformer is made with a small cross section and (or) from a material with a rectangular magnetic characteristic, magnetic saturation of the ferromagnetic magnetic core of the peak transformer occurs.
Благодаря тому, что первичная обмотка трансформатора подключена к силовой электрической сети синусоидального напряжения через линейное индуктивное сопротивление обмоток электрической машины переменного тока с заторможенным ротором, ток в первичной обмотке трансформатора остается практически синусоидальным. При этом за счет магнитного насыщения магнитопровода трансформатора зависимость магнитного потока в нем от времени приобретает «плоскую» форму, близкую к разнополярным прямоугольным импульсам типа «меандр».Due to the fact that the primary winding of the transformer is connected to a sinusoidal voltage power network through a linear inductive resistance of the windings of an alternating current electric machine with a locked rotor, the current in the primary winding of the transformer remains almost sinusoidal. At the same time, due to magnetic saturation of the transformer’s magnetic circuit, the time dependence of the magnetic flux in it acquires a “flat” shape, close to square waves of different polarities.
В моменты перехода через ноль магнитного потока во вторичной обмотке пикового трансформатора наводится ЭДС, которая, имеет форму коротких импульсов. Короткие импульсы ЭДС вторичной обмотки пикового трансформатора и регулируемый фазовый сдвиг ЭДС обмотки ротора приводят к тому, что короткие импульсы ЭДС вторичной обмотки пикового трансформатора имеют регулируемый фазовый сдвиг относительно входного напряжения электромашинного импульсного фазовращателя и, соответственно синусоидальных напряжений силовой электрической сети.At the moments when the magnetic flux passes through zero, an EMF is induced in the secondary winding of the peak transformer, which has the form of short pulses. Short pulses of the EMF of the secondary winding of the peak transformer and an adjustable phase shift of the EMF of the winding of the rotor lead to the fact that the short pulses of the EMF of the secondary winding of the peak transformer have an adjustable phase shift relative to the input voltage of the electric machine pulse phase shifter and, accordingly, sinusoidal voltages of the power electric network.
Достоинством известного устройства является максимально широкий диапазон технологического регулирования за счет возможности изменения фазы выходного напряжения в пределах всего периода силового синусоидального напряжения электрической сети при их стабильной амплитуде во всем диапазоне регулировании фазового сдвига. Другим достоинством известного устройства является питание от симметричной трехфазной силовой электрической сети, которая имеет самое широкое применение.The advantage of the known device is the widest possible range of technological regulation due to the possibility of changing the phase of the output voltage within the entire period of the power sinusoidal voltage of the electric network with their stable amplitude in the entire range of phase shift regulation. Another advantage of the known device is powered by a symmetrical three-phase power electrical network, which has the widest application.
Так же достоинством известного устройства является повышение точности фиксации фазы силового синусоидального напряжения электрической сети за счет формы выходного напряжения в виде коротких импульсов в заданные поворотом ротора моменты периода напряжения электрической сети. При этом возрастает точность регулирования технологических электронных устройств. Дополнительно при коротких выходных импульсах происходит снижения потерь электроэнергии в цепях управления технологических электронных устройств и повышение их надежности за счет исключения перегрева этими потерями.Also, the advantage of the known device is to increase the accuracy of fixing the phase of the power sinusoidal voltage of the electric network due to the shape of the output voltage in the form of short pulses at the moments of the voltage period of the electric network specified by the rotation of the rotor. This increases the accuracy of regulation of technological electronic devices. Additionally, with short output pulses, there is a reduction in energy losses in the control circuits of technological electronic devices and an increase in their reliability by eliminating overheating by these losses.
Недостатки известного электромашинного импульсного фазовращателя заключаются в следующем.The disadvantages of the known electropulse pulsed phase shifter are as follows.
Во-первых, низкая собственная надежность при высокой материалоемкости электромашинного импульсного фазовращателя за счет конструкции с большим числом элементов и их соединений.Firstly, low intrinsic reliability with high material consumption of an electric machine pulse phase shifter due to the design with a large number of elements and their connections.
Во-вторых, низкая энергоэффективность за счет дополнительного потребления электроэнергии на потери в обмотках и магнитопроводе пикового трансформатора.Secondly, low energy efficiency due to additional energy consumption due to losses in the windings and magnetic core of the peak transformer.
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке электромашинного импульсного фазовращателя, обладающего высокой надежностью за счет конструкции с минимальным числом элементов и их соединений, а так же высокой энергоэффективностью за счет снижения электрических и магнитных потерь.The problem solved by the invention is to develop an electric machine pulsed phase shifter with high reliability due to the design with a minimum number of elements and their connections, as well as high energy efficiency by reducing electrical and magnetic losses.
Для решения поставленной задачи в электромашинном импульсном фазовращателе, содержащем статор и ротор, которые представляют собой ферромагнитные сердечники с обмотками на них, сердечник статора выполнен в виде трубы с аксиальными пазами на внутренней поверхности, в которых размещена трехфазная обмотка статора с электрическими выводами, ротор коаксиально вставлен в статор с возможностью поворота, сердечник ротора выполнен в виде цилиндрической трубы, разделенной в аксиальном направлении на три равные части немагнитными зазорами ротора и соединенными внутри трубы стержнями, образующими симметричную трехлучевую звезду, оси стержней направлены по радиусам цилиндрической трубы, стержни выполнены из материала с прямоугольной магнитной характеристикой, обмотка ротора выполнена в виде катушек с электрическими выводами, на каждом стержне расположена одна катушка.To solve this problem, in an electric machine pulse phase shifter containing a stator and a rotor, which are ferromagnetic cores with windings on them, the stator core is made in the form of a tube with axial grooves on the inner surface, in which a three-phase stator winding with electrical leads is placed, the rotor is coaxially inserted into the stator with the possibility of rotation, the rotor core is made in the form of a cylindrical tube, divided in the axial direction into three equal parts by non-magnetic roto gaps the rods and rods connected inside the pipe, forming a symmetrical three-beam star, the axes of the rods are directed along the radii of the cylindrical pipe, the rods are made of material with a rectangular magnetic characteristic, the rotor winding is made in the form of coils with electrical leads, one coil is located on each rod.
Разделение сердечника ротора в аксиальном направлении на три равные части немагнитными зазорами, соединение этих частей радиально расположенными стержнями, выполненными из материала с прямоугольной магнитной характеристикой, расположение катушек обмотки ротора на стержнях отличает заявляемое решение от прототипа. Наличие отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».The separation of the rotor core in the axial direction into three equal parts by non-magnetic gaps, the connection of these parts with radially arranged rods made of a material with a rectangular magnetic characteristic, the location of the rotor winding coils on the rods distinguishes the claimed solution from the prototype. The presence of distinctive essential features indicates the conformity of the proposed solution to the patentability criterion of the invention of "novelty."
Благодаря существенным отличительным признакам в совокупности с остальными признаками заявляемого устройства оно имеет повышенную надежность при низкой материалоемкости, а также высокую энергоэффективность за счет снижения потерь в обмотках и магнитопроводе.Due to significant distinguishing features, in conjunction with the remaining features of the claimed device, it has increased reliability with low material consumption, as well as high energy efficiency by reducing losses in the windings and the magnetic circuit.
Это обусловлено тем, что магнитный поток вращающегося кругового магнитного поля, создаваемый симметричной трехфазной обмоткой статора, подключенной к симметричной трехфазной силовой электрической сети синусоидального напряжения, разделяется в роторе на два магнитных потока. Один из них является основным магнитным потоком обмотки ротора, направлен радиально и проходит по стержням ротора. Другой магнитный поток является магнитным потоком рассеяния обмотки ротора, проходит по окружности магнитопровода ротора, пересекая немагнитные зазоры ротора. За счет магнитного насыщения материала стержней зависимость магнитного потока в них от времени приобретает «плоскую» форму, близкую к разнополярным прямоугольным импульсам типа «меандр». Элементы магнитопровода, по которым проходит магнитный поток рассеяния обмотки ротора не насыщаются за счет немагнитных зазоров ротора, поэтому зависимость магнитного потока рассеяния обмотки ротора от времени имеет форму, дополняющую «плоскую» форму магнитного потока в стержнях до синусоидальной формы вращающегося кругового магнитного поля статора.This is due to the fact that the magnetic flux of a rotating circular magnetic field created by a symmetric three-phase stator winding connected to a symmetric three-phase power sinusoidal power network is divided into two magnetic fluxes in the rotor. One of them is the main magnetic flux of the rotor winding, directed radially and passes through the rods of the rotor. Another magnetic flux is the scattering magnetic flux of the rotor winding, passes around the circumference of the rotor magnetic circuit, crossing the non-magnetic rotor gaps. Due to the magnetic saturation of the material of the rods, the time dependence of the magnetic flux in them becomes “flat” in shape, close to bipolar rectangular pulses of the meander type. The elements of the magnetic circuit through which the magnetic flux of the scattering of the rotor winding passes are not saturated due to non-magnetic gaps of the rotor, therefore the time dependence of the magnetic flux of the scattering of the rotor winding has a shape that complements the "flat" shape of the magnetic flux in the rods to the sinusoidal shape of the rotating circular magnetic field of the stator.
В моменты перехода через ноль магнитного потока стержней в неподвижной обмотке ротора наводится ЭДС, которая, имеет форму коротких импульсов.At the moments of transition through zero of the magnetic flux of the rods in the stationary winding of the rotor, an EMF is induced, which has the form of short pulses.
Такая конструкция ротора обеспечивают одновременно: и регулирования фазового сдвига между напряжением электрической сети на выводах обмотки статора и напряжением на выводах обмотки ротора; и оптимальную форму выходного напряжения в виде коротких импульсов в заданные поворотом ротора моменты периода напряжения электрической сети.This rotor design provides at the same time: and phase shift control between the voltage of the electric network at the terminals of the stator winding and the voltage at the terminals of the rotor winding; and the optimal shape of the output voltage in the form of short pulses at the moments of the voltage period of the electric network specified by the rotation of the rotor.
Вследствие этого заявляемое устройство, за счет многофункциональности элементов своей конструкции, содержит минимальное число элементов и их соединений, поэтому обладает высокой надежностью при низкой материалоемкости, а также малыми электрическими и магнитными потерями.As a result, the claimed device, due to the multifunctionality of the elements of its design, contains a minimum number of elements and their connections, therefore, it has high reliability with low material consumption, as well as low electrical and magnetic losses.
Причинно-следственные связи «поворот ротора в круговом вращающемся магнитном поле статора приводит к фазовому сдвигу синусоидального напряжения на выводах обмотки ротора», а так же «магнитное насыщение магнитопровода трансформатора при синусоидальном токе в его первичной обмотке приводит к коротким импульсам напряжения в его вторичной обмотке» логически вытекает из существующего уровня техники.Causal relations "the rotation of the rotor in a circular rotating magnetic field of the stator leads to a phase shift of the sinusoidal voltage at the terminals of the rotor winding", as well as "magnetic saturation of the transformer’s magnetic circuit with a sinusoidal current in its primary winding leads to short voltage pulses in its secondary winding" logically follows from the existing level of technology.
Однако, причинно-следственная связь «поворот ротора в круговом вращающемся магнитном поле статора приводит к сдвигу коротких импульсов напряжения по фазе на выводах обмотки ротора» является новой и не вытекает из существующего уровня техники.However, the causal relationship “rotation of the rotor in a circular rotating magnetic field of the stator leads to a shift of short voltage pulses in phase at the terminals of the rotor winding” is new and does not follow from the existing level of technology.
Наличие новой причинно-следственной связи «существенные отличительные признаки - новый результат» свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».The presence of a new causal relationship “significant distinguishing features - a new result” indicates the compliance of the proposed solutions to the patentability criterion of the invention “inventive step”.
На чертеже представлено схематическое изображение электромашинного импульсного фазовращателя.The drawing shows a schematic illustration of an electric machine pulse phase shifter.
Электромашинный импульсный фазовращатель содержит ферромагнитный сердечник статора 1 с аксиальными пазами 2 на внутренней поверхности, в которых размещена симметричная трехфазная обмотка статора. Начала фаз обмотки статора обозначены буквами А, В, С; концы фаз обмотки статора обозначены буквами X, Y, Z.The electropulse pulsed phase shifter contains a ferromagnetic core of the stator 1 with axial grooves 2 on the inner surface, in which a symmetrical three-phase stator winding is placed. The beginning of the stator winding phases are indicated by the letters A, B, C; the ends of the phases of the stator winding are indicated by the letters X, Y, Z.
Ротор содержит ферромагнитную цилиндрическую трубу, разделенную в аксиальном направлении на три равные кольцевые части 3 немагнитными зазорами 4. Кольцевые части ротора 3 соединены внутри радиальными стержнями 5, образующими симметричную трехлучевую звезду. Стержни 5 выполнены из материала с прямоугольной магнитной характеристикой. Кольцевые части 3 и стержни 5 ротора составляют сердечник ротора. На каждом стержне 5 сердечника ротора размещена катушка 6, являющаяся фазой обмотки ротора. Ротор коаксиально вставлен в статор с возможностью поворота.The rotor contains a ferromagnetic cylindrical tube, axially divided into three equal
Фазы обмотки ротора имеют начальные электрические выводы а, b, с и конечные электрические выводы х, у, z. Фазы обмотки статора могут быть соединены в схему «звезда» или схему «треугольник». Фазы обмотки ротора могут быть соединены между собой или использоваться по-отдельности в зависимости от предназначения электромашинного импульсного фазовращателя в системе импульсно-фазового управления технологических электронных устройств.The phases of the rotor winding have initial electrical terminals a, b, c and final electrical terminals x, y, z. The phases of the stator winding can be connected in a "star" circuit or a "triangle" circuit. The phases of the rotor winding can be interconnected or used separately, depending on the purpose of the electric machine pulse phase shifter in the pulse-phase control system of technological electronic devices.
Электромашинный импульсный фазовращатель работает следующим образом. Выводы фаз обмотки статора А, В, С, соединенные в схему «звезда» или схему «треугольник», подключают к симметричной трехфазной силовой сети синусоидального напряжения, которая на чертеже не показана. При этом напряжения трехфазной силовой сети становятся входными напряжениями электромашинного импульсного фазовращателя. В обмотке статора входными напряжениями создается симметричная трехфазная система токов. На чертеже направления токов в проводниках обмотки статора условно показаны для одного из моментов времени: крестиками показаны токи, направленные в плоскость чертежа, точками - из плоскости чертежа.Electric pulsed phase shifter operates as follows. The conclusions of the phases of the stator winding A, B, C, connected in a "star" circuit or a "triangle" circuit, are connected to a symmetric three-phase power network of a sinusoidal voltage, which is not shown in the drawing. In this case, the voltages of the three-phase power network become the input voltages of the electric machine pulse phase shifter. A symmetrical three-phase current system is created in the stator winding by the input voltages. In the drawing, the directions of the currents in the conductors of the stator winding are conventionally shown for one of the moments of time: crosses show the currents directed to the plane of the drawing, dots - from the plane of the drawing.
Трехфазная система токов обмотки статора возбуждает вращающееся в пространстве с частотой вращения n магнитное поле статора с магнитным потоком Ф1. Магнитный поток Ф1 статора увеличивается ферромагнитными сердечниками статора и ротора, которые составляют магнитопровод электромашинного импульсного фазовращателя.The three-phase system of currents of the stator winding excites a stator magnetic field rotating in space with a frequency of rotation n with a magnetic flux F 1 . The magnetic flux F 1 of the stator is increased by the ferromagnetic cores of the stator and rotor, which make up the magnetic circuit of the electrical pulse pulser.
В роторе магнитный поток Ф1 разделяется на два магнитных потока. Один из них является основным магнитным потоком Ф2 обмотки ротора, направлен радиально и проходит по стержням 5 ротора. Другой магнитный поток является магнитным потоком рассеяния
За счет того, что существенная часть потока Ф1, а именно поток
За счет вращения в пространстве магнитного потока Ф1 статора, его радиальная составляющая в неподвижном стержне 5 сердечника ротора - основной магнитный поток Ф2 обмотки ротора - пульсирует во времени с изменением направления в пространстве. Это приводит к появлению ЭДС вращения в неподвижной обмотке ротора 6 и появлению переменного напряжения на выводах этой обмотки.Due to the rotation in space of the magnetic flux Ф 1 of the stator, its radial component in the fixed
Радиальный магнитный поток Ф2 в роторе проходит только по ферромагнитным участкам 3 и 5 с малыми магнитными сопротивлениями, а поток
В те моменты времени, когда потока Ф2 соответствует нелинейному пологому участку прямоугольной магнитной характеристик материала стержней 5, наступает их магнитное насыщение, потока Ф2 перестает возрастать. При этом многократно увеличивается магнитное сопротивления стержней 5 для этого режима и становится сравнимом с магнитным сопротивлением зазора 4. Это приводит к возрастанию потока
Таким образом, кольцевые части 3 ротора, ненасыщенные в магнитном отношении вследствие наличия зазоров 4, выполняют существенную функцию поддержания круговой формы вращающегося магнитного потока Ф1 статора.Thus, the
За счет магнитного насыщения стержней 5 зависимость магнитного потока Ф2 в них от времени приобретает форму, близкую к двухполярным прямоугольным импульсам. По этой причине ЭДС вращения в неподвижной обмотке ротора 6 наводится только в моменты резких переходов двухполярных прямоугольных импульсов магнитного потока Ф2 через ноль. Эта ЭДС создает переменное выходное напряжение электромашинного импульсного фазовращателя на выводах обмотки 6 в виде коротких импульсов.Due to the magnetic saturation of the
Для изменения начальной фазы выходного напряжения электромашинного импульсного фазовращателя относительно начальной фазы напряжения электрической сети на электрический угол «альфа» осуществляют поворот ротора на геометрический угол «альфа» относительно статора. При этом вращающееся магнитный поток Ф1 статора наводит ЭДС в обмотке 6 ротора со сдвигом во времени, определяемым углом поворота ротора «альфа» относительно его первоначального положения. Этот сдвиг во времени, выраженный в электрических градусах, является фазовым сдвигом ЭДС обмотки ротора, а значит и выходного напряжения электромашинного импульсного фазовращателя относительно выходного напряжения электромашинного импульсного фазовращателя, т.е. напряжения электрической сети.To change the initial phase of the output voltage of the electric machine pulse phase shifter relative to the initial phase of the voltage of the electric network by an electric angle "alpha", the rotor is rotated by a geometric angle "alpha" relative to the stator. In this case, the rotating magnetic flux F 1 of the stator induces an EMF in the rotor winding 6 with a time shift determined by the angle of rotation of the rotor "alpha" relative to its initial position. This time shift, expressed in electrical degrees, is the phase shift of the electromotive force of the rotor winding, and hence the output voltage of the electrical pulse machine phase shifter relative to the output voltage of the electrical pulse machine phase shifter, i.e. voltage of the electrical network.
Несмотря на периодическое насыщение стержней ротора 5, вращающийся поток Ф1 статора в каждый момент времени сохраняет неизменную величину, т.е. является круговым за счет существенных отличительных признаков заявляемого устройства. Круговая симметрия конструкции ротора заявляемого устройства при круговой пространственно-временной форме потока Ф1 статора обеспечивает необходимое постоянство амплитуды выходных коротких импульсов напряжения электромашинного импульсного фазовращателя при повороте ротора на любой геометрический угол «альфа» относительно статора.Despite the periodic saturation of the rods of the
Лабораторные испытания проведены на макете электромашинного импульсного фазовращателя, в конструкции которого использован статор асинхронного трехфазного электродвигателя марки УАД-32 номинальной мощностью 7 Вт, номинальным напряжением 220 В, номинальным током 0,11 А. Кольцевые части 3 ротора выполнены из электротехнической трансформаторной стали, стержни 5 выполнены из пермаллоя. Катушки 6 ротора выполнены проводом марки ПЭВ-1 диаметром 0,12 мм до заполнения свободного пространства между стержнями 5. Выводы катушек 6 ротора выполнены гибкими изолированными проводами для возможности поворота ротора в пределах одного оборота. Измерения электронным осциллографом показали возможность регулирования фазы импульсов выходного напряжения макета фазовращателя на 360 электрических градусов и более при стабильности их амплитуды. Длительность выходных импульсов на уровне половины их амплитуды составила 100 мкс. Регулируемые импульсы выходного напряжения макета фазовращателя использованы для управления выпрямителем на тиристорах марки Т-160. В процессе управления выпрямленное напряжения регулировалось от нуля до полного напряжения силовой электрической сети.Laboratory tests were carried out on a prototype of an electric machine pulsed phase shifter, the design of which used a stator of an asynchronous three-phase electric motor of the UAD-32 brand with a rated power of 7 W, rated voltage of 220 V, rated current of 0.11 A. The
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119973A RU2720352C1 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Electrically-driven pulsed phase shifter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019119973A RU2720352C1 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Electrically-driven pulsed phase shifter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2720352C1 true RU2720352C1 (en) | 2020-04-29 |
Family
ID=70553132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019119973A RU2720352C1 (en) | 2019-06-25 | 2019-06-25 | Electrically-driven pulsed phase shifter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2720352C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU780111A1 (en) * | 1977-07-27 | 1980-11-15 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Сельскохозяйственный Институт | Transformer-type phase number converter with rotating magnetic field |
| SU1735974A1 (en) * | 1989-12-19 | 1992-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения | Non-contact phase shifter |
| US5327035A (en) * | 1992-10-01 | 1994-07-05 | Tokyo Parts Industrial Co., Ltd. | Vibrator motor for a wireless silent alerting device |
| EP0863600A2 (en) * | 1997-03-06 | 1998-09-09 | Mabuchi Motor Kabushiki Kaisha | Miniature motor |
| CN102223037A (en) * | 2011-05-17 | 2011-10-19 | 宁玉泉 | Novel variable-speed salient-pole synchronous motor and huge rotary frequency converter |
| EP3343735A1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-07-04 | Johnson Electric S.A. | Electric motor and magnetic core thereof |
-
2019
- 2019-06-25 RU RU2019119973A patent/RU2720352C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU780111A1 (en) * | 1977-07-27 | 1980-11-15 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Сельскохозяйственный Институт | Transformer-type phase number converter with rotating magnetic field |
| SU1735974A1 (en) * | 1989-12-19 | 1992-05-23 | Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения | Non-contact phase shifter |
| US5327035A (en) * | 1992-10-01 | 1994-07-05 | Tokyo Parts Industrial Co., Ltd. | Vibrator motor for a wireless silent alerting device |
| EP0863600A2 (en) * | 1997-03-06 | 1998-09-09 | Mabuchi Motor Kabushiki Kaisha | Miniature motor |
| CN102223037A (en) * | 2011-05-17 | 2011-10-19 | 宁玉泉 | Novel variable-speed salient-pole synchronous motor and huge rotary frequency converter |
| EP3343735A1 (en) * | 2016-12-29 | 2018-07-04 | Johnson Electric S.A. | Electric motor and magnetic core thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA011737B1 (en) | Electric motor | |
| EP3346590A1 (en) | Double stator permanent magnet machine with magnetic flux regulation | |
| JP2011130654A (en) | Ac generator | |
| RU2720352C1 (en) | Electrically-driven pulsed phase shifter | |
| JP5581179B2 (en) | DC brushless motor and control method thereof | |
| CN113196645A (en) | Motor system | |
| JP6323220B2 (en) | Synchronous motor drive device | |
| US3760205A (en) | Variable-reluctance electrical generator | |
| RU2565384C2 (en) | Dc electric machine | |
| CN105201864A (en) | Small centrifugal pump driven by U-shaped iron core single-phase permanent-magnet synchronous motor | |
| CN105186947B (en) | A kind of directional-rotation single-phase self-starting permanent magnet synchronous motor | |
| JP2018014876A (en) | Motor driving circuit, motor driving method, and motor utilizing the same | |
| RU2478250C1 (en) | Reduction magnetoelectric machine with pole gear-type inductor | |
| RU124457U1 (en) | SYNCHRONOUS ELECTRIC AXIAL MAGNETIC FLOW | |
| US20210273590A1 (en) | Method Of Performing Fast De-Excitation Of A Brushless Synchronous Machine | |
| RU221552U1 (en) | DEVICE FOR CONTACTLESS ADJUSTABLE EXCITATION OF A SYNCHRONOUS MACHINE | |
| Laudensack et al. | Analysis of different winding topologies for canned switched reluctance machines | |
| GB1143649A (en) | ||
| JP6772492B2 (en) | Rotating machine | |
| Petru et al. | Experimental stand for the study of a three-phase synchronous generator with permanent super magnets | |
| RU2529521C1 (en) | Electromagnetic induction pump | |
| RU2503117C2 (en) | Rotary frequency changer (versions) | |
| RU2340067C1 (en) | Synchronous dc machine | |
| Majumdar et al. | Simulation of a 5-pole linear induction machine using finite element method showing the source independence of the peak-to-peak thrust ripple | |
| Paduraru et al. | Analysis of the Permanent Magnets Influence on the Operation of a BLDC Motor |