BG112641A - A synchronous reactive induction motor - Google Patents
A synchronous reactive induction motor Download PDFInfo
- Publication number
- BG112641A BG112641A BG112641A BG11264117A BG112641A BG 112641 A BG112641 A BG 112641A BG 112641 A BG112641 A BG 112641A BG 11264117 A BG11264117 A BG 11264117A BG 112641 A BG112641 A BG 112641A
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- rotor
- width
- slots
- induction motor
- magnetic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Induction Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТАTECHNICAL FIELD
Настоящото изобретение се отнася най-общо до синхронен реактивен индукционен мотор (електродвигател). По-специално изобретението се отнася до синхронен реактивен индукционен мотор с неявно изразени полюси.The present invention relates generally to a synchronous reluctance induction motor (electric motor). More particularly, the invention relates to a synchronous reluctance induction motor with salient poles.
ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТАPRIOR ART
Известен е синхронен реактивен индукционен мотор (електродвигател) с ротор, при който се осигурява максимална разлика на магнитната проводимост по двете магнитни оси. Това се постига с използване на ротори е явно изразени полюси и заливка с алуминиева сплав. Този тип ротори се прилагат при двигатели с малка мощност и не осигуряват висока енергийна ефективност на двигателя.A synchronous reactive induction motor (electric motor) with a rotor is known, in which the maximum difference in magnetic conductivity along the two magnetic axes is ensured. This is achieved by using rotors with salient poles and aluminum alloy coating. This type of rotors is used in low-power motors and does not provide high energy efficiency of the motor.
Известен е и синхронен реактивен индукционен мотор (електродвигател) включващ статор с намотка, блок за управление и ротор е прорези при всеки полюс, като роторът е с неявно изразени полюси и заливка с алуминиева сплав. Този тип електродвигатели се развъртат като асинхронен индукционен мотор и след това преминават в синхронен режим, след достигане на синхронна скорост. Тази конструкция за пуск също изисква наличието на намотки и използване на алуминий, което не улеснява съществено производствения процес при изработването на такива двигатели. Подобни конструкции са описани в „Електрически машини II част“, автори проф. А. Ангелов и проф. Д. Димитров, ДИ Техника, София, 1988г. стр. 203-205.A synchronous reactive induction motor (electric motor) is also known, including a stator with a winding, a control unit and a rotor with slots at each pole, with the rotor having implicitly expressed poles and an aluminum alloy coating. This type of electric motor spins like an asynchronous induction motor and then switches to synchronous mode after reaching synchronous speed. This starting design also requires the presence of windings and the use of aluminum, which does not significantly facilitate the production process in the manufacture of such motors. Similar designs are described in "Electrical Machines Part II", authors Prof. A. Angelov and Prof. D. Dimitrov, DI Tekhnika, Sofia, 1988. pp. 203-205.
Все по-силно се чувства нарастващата необходимост от увеличаване на енергийната ефективност при употреба, съчетана с икономическата ефективност при производство на електродвигателите. Това налага да се разработят нови модели високоефективни и улеснено производими електродвигатели, които успешно и икономически изгодно да заменят познатите решения.The growing need to increase energy efficiency in use, combined with economic efficiency in the production of electric motors, is increasingly felt. This requires the development of new models of highly efficient and easily manufactured electric motors that can successfully and economically replace known solutions.
ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТTECHNICAL ESSENCE
Настоящото изобретение представлява синхронен реактивен индукционен мотор с ротор с неявно изразени полюси, като моторът включва статор с намотка, блок за управление и ротор с прорези при всеки полюс, като роторът е без намотки и без заливка е метална сплав, но моторът е с повишен коефициент на полезно действие (КПД), който удовлетворява горепосочените нужди. Роторът, обект на настоящото изобретение, се набира от листова магнитномека стомана с уточнено, оптимизирано и прецизирано напречно сечение. Между прорезите се образуват магнитно-проводящи мостове. Повишеното КПД се постига чрез оптимално съотношение на сумарната ширина на магнитно-проводящите мостове към сумарната ширина на прорезите, както и оптимални съотношения на ширината на всеки магнитнопроводящ мост към ширината на съответния му съседен прорез.The present invention is a synchronous reactive induction motor with a rotor with implicitly expressed poles, the motor including a stator with a winding, a control unit and a rotor with slots at each pole, the rotor being without windings and without filling is a metal alloy, but the motor has an increased efficiency (EFI), which satisfies the above-mentioned needs. The rotor, the subject of the present invention, is made of sheet magnetic soft steel with a specified, optimized and precise cross-section. Magnetic-conductive bridges are formed between the slots. The increased efficiency is achieved by an optimal ratio of the total width of the magnetic-conductive bridges to the total width of the slots, as well as optimal ratios of the width of each magnetic-conductive bridge to the width of its corresponding adjacent slot.
Такъв тип конструкция е много технологична, бърза и лесна за изработване и икономически обоснована, тъй като не изисква използване на метална сплав за заливка, включително и скъпоструващите съоръжения и разход на електроенергия, съпътстващи заливката. Тази конструкция позволява да се постигне висока енергийна ефективност. Нивото на енергийната ефективност се определя от конструкцията на ротора.This type of construction is very technological, fast and easy to manufacture and economically justified, as it does not require the use of a metal alloy for pouring, including the expensive equipment and electricity consumption accompanying pouring. This construction allows to achieve high energy efficiency. The level of energy efficiency is determined by the design of the rotor.
ПОЯСНЕНИЕ НА ПРИЛОЖЕНИТЕ ФИГУРИEXPLANATION OF THE APPENDIX FIGURES
Фиг. 1 е схема на роторен лист на синхронен реактивен индукционен мотор с неявно изразени полюси и без заливка с метална сплав с параметри за пояснения към аналитичната обосновка.Fig. 1 is a diagram of a rotor blade of a synchronous reactive induction motor with implicit poles and without metal alloy coating with parameters for clarification of the analytical justification.
Фиг. 2 е схема на роторен лист на синхронен реактивен индукционен мотор с неявно изразени полюси и без заливка с метална сплав с параметричните величини на патентните претенции.Fig. 2 is a diagram of a rotor blade of a synchronous reactive induction motor with implicitly expressed poles and without metal alloy coating with the parametric values of the patent claims.
ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕEXAMPLES OF IMPLEMENTATION
Изобретението представлява синхронен реактивен индукционен мотор (електродвигател) е неявно изразени полюси, с ротор без намотки и без заливка с метална сплав. На Фиг.1 е показана схема на роторен лист на такъв синхронен реактивен индукционен мотор с неявно изразени полюси без заливка с метална сплав. Най-подходяща е конструкцията с брой полюси равен на 4, както е показано на Фиг. 1, като е възможно да се използва и конструкция с друг брой полюси. В практиката се използват най-често брой полюси от 2 до 8 (1 до 4 чифта полюси), но е възможна реализация и на конструкции с поголям брой полюси, което е известно на специалиста в областта. Роторният лист има прорези (канали) 10, 20, 30, 40 при всеки полюс, като прорезите 10, които са най-близо до отвора за вала са със специална форма. Прорезите 10 имат допълнително разширение, което се онагледява от радиуса Rx и така между всеки два прореза 10 се оформя голям магнитно-проводящ мост-зъб с успоредни стени. Между останалите съседни прорези 10, 20, 30, 40 се оформят дъговидни магнитно-проводящи мостове е успоредни стени. В центъра на роторния лист е отворът за вал с шпонков канал. Броят на прорезите при всеки полюс може да бъде един или повече. Роторът, при едно предпочитано изпълнение, се набира от листова магнитномека стомана. За специалиста в областта е известно, че за изработването на такъв ротор е възможно да се използват и други материали, които имат сходни характеристики с магнитномеката стомана.The invention is a synchronous reactive induction motor (electric motor) with implicitly expressed poles, with a rotor without windings and without pouring with a metal alloy. Fig. 1 shows a diagram of a rotor blade of such a synchronous reactive induction motor with implicitly expressed poles without pouring with a metal alloy. The most suitable is the design with a number of poles equal to 4, as shown in Fig. 1, and it is possible to use a design with a different number of poles. In practice, the number of poles is most often used from 2 to 8 (1 to 4 pairs of poles), but it is also possible to implement designs with a larger number of poles, which is known to the specialist in the field. The rotor blade has slots (channels) 10, 20, 30, 40 at each pole, with the slots 10, which are closest to the shaft hole, having a special shape. The slots 10 have an additional extension, which is illustrated by the radius R x and thus between every two slots 10 a large magnetically conductive bridge-tooth with parallel walls is formed. Between the remaining adjacent slots 10, 20, 30, 40 arcuate magnetically conductive bridges are formed with parallel walls. In the center of the rotor sheet is the hole for the shaft with a keyway. The number of slots at each pole can be one or more. The rotor, in a preferred embodiment, is made of sheet magnetic soft steel. It is known to the person skilled in the art that for the manufacture of such a rotor it is possible to use other materials that have similar characteristics to magnetic soft steel.
Най-голям реактивен момент при равни други условия се получава при приемане на приблизително равна ширина на феромагнитните и немагнитните (въздушните) участъци по ос q на ротора. Най-благоприятно по отношение реализация на конструкцията е да се работи при брой на полюсите равен на 4. Тъй като двигателят е предназначен да работи съвместно с инвертор с широк диапазон на регулиране на изходната честота, това не е пречка за реализиране на задвижване е широк диапазон на скоростта на въртене. Изхождайки от описаните съображения и съобразявайки се с изискванията за механична здравина на ротора е приета показаната на Фиг. 1 конструкция на роторен лист. Диаметърът на ротора D2 и диаметъра на вала DB се определят от номиналните стойности на мощността и скоростта на въртене на двигателя. Определянето на размерите на роторния лист може да се извърши на база методика за оразмеряване, при която ъгълът CQ се определя така, че да се получи оптимално съотношение на магнитните проводимости по осите d и q, а дебелината на шлица Ь се определя от механични съображения, така че да издържи центробежните сили на частите на ротора при максимална скорост на въртене. Радиусът на закръгление Rx се определя от изискването за намаляване на концентрацията на механични напрежения в основата на големия магнитно проводящ мост-зъб и изискването за увеличаване на магнитното съпротивление по ос q на ротора.The largest reactive moment, other things being equal, is obtained when assuming approximately equal width of the ferromagnetic and non-magnetic (air) sections along the q axis of the rotor. The most favorable in terms of implementation of the design is to work with a number of poles equal to 4. Since the motor is designed to work together with an inverter with a wide range of output frequency adjustment, this is not an obstacle to implementing a drive in a wide range of rotation speed. Based on the described considerations and taking into account the requirements for mechanical strength of the rotor, the rotor blade design shown in Fig. 1 is adopted. The rotor diameter D 2 and the shaft diameter D B are determined by the nominal values of the power and rotation speed of the motor. The determination of the dimensions of the rotor blade can be carried out on the basis of a sizing methodology, in which the angle CQ is determined so as to obtain an optimal ratio of the magnetic conductivities along the d and q axes, and the thickness of the slot b is determined from mechanical considerations so as to withstand the centrifugal forces of the rotor parts at maximum rotation speed. The radius of curvature R x is determined by the requirement to reduce the concentration of mechanical stresses at the base of the large magnetically conductive bridge-tooth and the requirement to increase the magnetic resistance along the q axis of the rotor.
По-долу е представена методика за оразмеряване (изчисляване и разполагане на прорезите) на роторния лист:Below is a methodology for sizing (calculating and placing the slots) of the rotor blade:
= _αί_πθ2 1 360 2 ms' = _α ί _πθ 2 1 360 2 ms '
D2 Ro — Ь;D 2 Ro — b;
3πϋ2 3πϋ 2
DB R1 _ 2 + 360 4D B R1 _ 2 + 360 4
D2 + DB diD 2 + D B di
R2 =AOi- y; R2 =AOi-y;
От триъгълника ABO следва:From the triangle ABO it follows:
π ъгълАОВ = ——«·,= 45 — cg;π angleАОВ = ——«·,= 45 — cg;
AO — Ro;AO — R o ;
AB = Rosin(45° - cg);AB = R o sin(45° - cg);
BO = R0cos(45° — ax);BO = R 0 cos(45° — a x );
От триъгълника ABOi следва:From the triangle ABOi it follows:
Do 4 DrDo 4 Dr
BOi = ht - BO = - R0cos(45° - at);BOi = h t - BO = - R 0 cos(45° - a t );
AOt AO t
AB2 + BOX = r2 R3 Rs = R7AB 2 + BO X = r 2 R 3 R s = R 7
RoSin2 (45°RoSin 2 (45°
RoSin2(45° - ax RoSin 2 (45° - a x
D2 + DB D 2 + D B
D2 + DB 2 - R0cos(45° 2 - R0cos(45° - aj rD2 + DB D 2 + D B 2 - R 0 cos(45° 2 - R 0 cos(45° - aj rD 2 + D B
Rosin2 (45° - a2) + 2 - R0cos(45° a2 = 2(ax + γ2);Rosin 2 (45° - a 2 ) + 2 - R 0 cos(45° a 2 = 2(a x + γ 2 );
RoSin2 (45° - a3) +RoSin 2 (45° - a 3 ) +
Do + DrDo + Dr
- R0cos(45° - a3) + R6 — R5 dj;- R 0 cos(45° - a 3 ) + R 6 — R 5 dj;
Rosin2 (45° - a4) + i2 Rosin 2 (45° - a 4 ) + i 2
- «1) ;- «1) ;
D2 + DB ]2 D 2 + D B ] 2
- R0cos(45° - a4) + a4 = 4(ax + y4);- R 0 cos(45° - a 4 ) + a 4 = 4(a x + y 4 );
R8 — R7 d,;R 8 — R7 d,;
D2 h2 - — + DB;D 2 h 2 - — + D B ;
Където dj е диаметър на закръгление на прорезите 10, 20, 30, 40 и т.н.;Where dj is the diameter of the rounding of the slots 10, 20, 30, 40, etc.;
(X] е ъгъл на отстояние на центъра на закръглението на прореза 10 с диаметър dj от ос d;(X] is the angle of distance of the center of the roundness of the slot 10 with diameter dj from axis d;
CL\ е ъгъл на отстояние на центъра на закръглението на прорезите 10, 20, 30, 40 и т.н. с диаметър dj от ос d;CL\ is the angle of separation of the center of the roundness of the slots 10, 20, 30, 40, etc. with diameter dj from axis d;
γ, (i > 2) е корекционен ъгъл за определяне стойността на 0Ц (при i > 1), стойностите на корекционния ъгъл зависят от типа на мотора, предназначението му и височината на оста на въртене, и варират от 1% до 80% от стойността на ъгъл 0Ц;γ, (i > 2) is a correction angle for determining the value of 0C (at i > 1), the values of the correction angle depend on the type of motor, its purpose and the height of the axis of rotation, and vary from 1% to 80% of the value of the angle 0C;
D2 е диаметър на ротора (роторния лист);D 2 is the diameter of the rotor (rotor blade);
Kms е корекционен империчен коефициент, отчитащ типа на мотора, предназначението му и височината на оста на въртене - (Kms= 0,2 ч- 2,8);K ms is a correction imperial coefficient taking into account the type of motor, its purpose and the height of the axis of rotation - (K ms = 0.2 h- 2.8);
Ro е радиус на окръжността, върху която лежат центровете на закръгление на прорезите 10, 20, 30, 40, делителна окръжност;R o is the radius of the circle on which the centers of rounding of the slots 10, 20, 30, 40 lie, the pitch circle;
Ri ч- R8 са радиуси определящи дъгите на прорезите 10, 20, 30, 40;Ri h- R 8 are radii defining the arcs of the slots 10, 20, 30, 40;
Ь е дебелина на шлица затварящ повърхността на ротора;b is the thickness of the slot closing the rotor surface;
DB е диаметър на вала;D B is the shaft diameter;
hi е разстоянието от центъра О на роторния лист с диаметър D2 до точка Οι, лежаща върху ос q, която е център на концентрични окръжности определящи конфигурацията на прорезите (10, 20, 30) с радиуси R2 + R^;hi is the distance from the center O of the rotor blade with diameter D 2 to the point Οι, lying on the axis q, which is the center of concentric circles defining the configuration of the slots (10, 20, 30) with radii R 2 + R^;
AOi е разстоянието от центъра на закръгление (с диаметър dj) на прорез 10 до точка Οι;AOi is the distance from the center of curvature (with diameter dj) of slot 10 to point Οι;
Ъгъл АОВ е ъгъла между ос q и правата ОА, като точка А е центъра на закръгление (е диаметър dj) на прорез 10, а точка В е перпендикулярна проекция на т.А върху ос q;Angle AOB is the angle between the axis q and the line OA, with point A being the center of curvature (e.g. diameter dj) of slot 10, and point B being the perpendicular projection of point A onto the axis q;
AO = Ro е радиус на окръжността, върху която лежат центровете на закръгление на прорезите 10, 20, 30,40, чиято големина се определя от изискването за механична якост на участъка, свързващ два съседни проводящи моста, който е с дебелина Ь = Da/2 - Ro - dj/2.AO = Ro is the radius of the circle on which the centers of roundness of the slots 10, 20, 30,40 lie, the size of which is determined by the requirement for mechanical strength of the section connecting two adjacent conductive bridges, which has a thickness of b = Da/2 - Ro - dj/2.
Триъгълниците ABO и ΑΒΟι са спомагателни построения, използвани за извеждане на връзките между размерите на прорезите на ротора. Страните на тези триъгълници се определят от изразите:The triangles ABO and ΑΒΟΙ are auxiliary constructions used to derive the relationships between the dimensions of the rotor slots. The sides of these triangles are determined by the expressions:
АВ се определя от тригонометричната функция Rosin(45° — щ);AB is determined by the trigonometric function R o sin(45° — y);
ВО се определя от тригонометричната функция R0cos(45° — α^); BOi=hi-BO.BO is determined by the trigonometric function R 0 cos(45° — α^); BOi=hi-BO.
112 е разстоянието от центъра на ротора О до центъра на концентрични окръжности определящи конфигурацията на прорез 40 с радиуси R? + Rs, лежащ върху ос q на ротора. По правило 112 > hi, което обуславя неравномерна дебелина на магнитно-проводящия мост между радиуси Re и R? и е благоприятно за подобряване на характеристиките на ротора;112 is the distance from the center of the rotor O to the center of concentric circles defining the configuration of the slot 40 with radii R? + Rs, lying on the axis q of the rotor. As a rule, 112 > hi, which causes an uneven thickness of the magnetic-conductive bridge between radii Re and R? and is favorable for improving the characteristics of the rotor;
В разгледаната методика всички параметри и величини са ясно разпознаваеми на Фиг.1, като единствено империчния коефициент Kms се определя в зависимост от типа на мотора, предназначението му и височината на оста на въртене. Стойностите на Kms варират от 0,2 до 2,8.In the considered methodology, all parameters and quantities are clearly recognizable in Fig. 1, with only the empirical coefficient K ms being determined depending on the type of motor, its purpose and the height of the axis of rotation. The values of K ms vary from 0.2 to 2.8.
Стойностите на корекционния ъгъл γΐ (тук конкретно i > 2) зависят също от типа на двигателя, предназначението му и височината на остта на въртене. Стойностите варират от 1% до 80% от стойността на ъгъл Щ.The values of the correction angle γΐ (here specifically i > 2) also depend on the type of engine, its purpose and the height of the axis of rotation. The values vary from 1% to 80% of the value of the angle Ψ.
На база разгледаната методика за оразмеряване на роторния лист на синхронен реактивен индукционен мотор (електродвигател) с ротор с неявно изразени полюси е разработено изпълнение със съотношение на размерите на прорезите и зъбите, определено от получаване на максимална разлика в магнитните проводимости по оси d и q, съответно максимален въртящ момент и полезна мощност на двигателя при зададени размери и скорост на въртене. По описаната методика е оразмерен реактивен ротор за трифазен асинхронен двигател. След замяна на асинхронния ротор с реактивния е направено изследване на големината на статичния момент на двигателя. Получените резултати показват, че максималният статичен момент на реактивния двигател при равни условия (номинален статорен ток) е равен на номиналния момент на асинхронния двигател. Като се има предвид, че синхронният реактивен индукционен мотор нормално работи при захранване от инвертор с векторно управление, при номинален режим синхронният реактивен индукционен мотор има същата мощност като асинхронния, но тъй като няма загуби в ротора, има по-висок коефициент на полезно действие.Based on the considered methodology for sizing the rotor blade of a synchronous reactive induction motor (electric motor) with a rotor with implicitly expressed poles, an embodiment has been developed with a ratio of the sizes of the slots and teeth, determined by obtaining the maximum difference in the magnetic conductivities along the d and q axes, respectively the maximum torque and useful power of the motor at given dimensions and rotation speed. A reactive rotor for a three-phase asynchronous motor has been sized using the described methodology. After replacing the asynchronous rotor with the reactive one, a study of the magnitude of the static torque of the motor has been carried out. The obtained results show that the maximum static torque of the reactive motor under equal conditions (nominal stator current) is equal to the nominal torque of the asynchronous motor. Considering that the synchronous reactive induction motor normally operates when powered by an inverter with vector control, in nominal mode the synchronous reactive induction motor has the same power as the asynchronous one, but since there are no losses in the rotor, it has a higher efficiency.
Двигателят обект на описаното по-горе изследване е с данни:The engine subject to the above-described study has the following data:
U = 380/220 V, Υ/Δ; I = 0,87/1,51 А Y/Δ; Р = 250 W; coscp = 0,68; η = 1370 min'1, M=l,74Nm.U = 380/220 V, Υ/Δ; I = 0.87/1.51 A Y/Δ; P = 250 W; coscp = 0.68; η = 1370 min' 1 , M=1.74Nm.
Базови данни за ротора:Basic rotor data:
Диаметър на ротора D2 = 65 mm;Rotor diameter D2 = 65 mm;
Диаметър на вала на ротора Db = 16 mm;Rotor shaft diameter Db = 16 mm;
Брой полюси 2р = 4;Number of poles 2p = 4;
Номинална честота fH = 50 Hz.Nominal frequency f H = 50 Hz.
Измерен максимален статичен момент l,76Nm.Measured maximum static torque 1.76Nm.
На Фиг. 2 е показана схема на роторен лист на синхронен реактивен индукционен мотор с неявно изразени полюси без заливка с метална сплав с параметричните величини на патентните претенции.Fig. 2 shows a diagram of a rotor blade of a synchronous reactive induction motor with implicitly expressed poles without metal alloy coating with the parametric values of the patent claims.
Роторът 100 се набира от листова магнитномека стомана с напречно сечение, каквото е показано на Фиг. 2. Най-подходяща е конструкцията с брой полюси равен на 4, като е възможно да се използва и друг брой полюси. В центъра на роторния лист е отворът 200 за вал с шпонков канал. Роторният лист има прорези 10, 20, 30 и 40 при всеки полюс с ширина съответно 2п, 2Г2,The rotor 100 is made of sheet magnetic soft steel with a cross-section as shown in Fig. 2. The most suitable design is with a number of poles equal to 4, and it is possible to use another number of poles. In the center of the rotor sheet is the hole 200 for a shaft with a keyway. The rotor sheet has slots 10, 20, 30 and 40 at each pole with a width of 2n, 2G2, respectively.
2Гз, 2Г4, където Π, Г2, Гз, Г4 са радиусите на закръгление на прорезите 10, 20, 30 и 40. Прорезите 10, които са най-близко до отвора 200 за вала, са е ширина 2Г1 и са със специална форма. Те имат допълнително разширение, което се онагледява от радиуса Rx, така че между всеки два прореза 10 се оформя голям магнитно-проводящ мост-зъб с успоредни стени с ширина на моста Λι. Между останалите съседни прорези 10, 20, 30, 40 се оформят дъговидни магнитнопроводящи мостове с успоредни стени е ширини на мостовете съответно Λ2, йз и Й4. Броят на прорезите при всеки полюс може да бъде един или повече. Роторът, при едно предпочитано изпълнение, се набира от листова магнитномека стомана. За специалиста в областта е известно, че за изработването на такъв ротор е възможно да се използват и други материали, които имат сходни характеристики е магнитномеката стомана.2Г3, 2Г4, where Π, Г2, Г3, Г4 are the radii of rounding of the slots 10, 20, 30 and 40. The slots 10, which are closest to the shaft hole 200, are 2Г1 wide and have a special shape. They have an additional extension, which is illustrated by the radius R x , so that between every two slots 10 a large magnetically conductive bridge-tooth with parallel walls with a bridge width Λ1 is formed. Between the remaining adjacent slots 10, 20, 30, 40 arc-shaped magnetically conductive bridges with parallel walls and bridge widths Λ2, Λ3 and Λ4, respectively, are formed. The number of slots at each pole can be one or more. The rotor, in a preferred embodiment, is made of sheet magnetic soft steel. It is known to the person skilled in the art that it is possible to use other materials that have similar characteristics, such as magnetic soft steel, to make such a rotor.
Обект на настоящото изобретение е синхронен реактивен индукционен мотор включващ статор с намотка, блок за управление и ротор с неявно изразени полюси, като роторът е набран от листове от магнитномека стомана или материал със сходни характеристики, и е прорези съгласно Фиг. 2, описани в предходния параграф, характеризиращ се с това, че отношението на сумарната ширина на магнитно-проводящите мостове fli + di + Лз + ... + tti към сумарната ширина на прорезите 2Г1 + 2Г2 + 2Гз + . .. +2П (i е броя на прорезите) е в диапазона от 0,8 до 1,4 , а отношението на ширината на всеки от магнитно-проводящите мостове към ширината на съответния му съседен прорез d\ / 2η (ί>1 според броя на прорезите) е в диапазона от 0,8 до 2,5.The subject of the present invention is a synchronous reactive induction motor including a stator with a winding, a control unit and a rotor with implicitly expressed poles, the rotor being assembled from sheets of magnetic soft steel or a material with similar characteristics, and having slots according to Fig. 2, described in the previous paragraph, characterized in that the ratio of the total width of the magnetic-conducting bridges fli + di + Lz + ... + tti to the total width of the slots 2G1 + 2G2 + 2Gz + . .. +2P (i is the number of slots) is in the range from 0.8 to 1.4, and the ratio of the width of each of the magnetic-conducting bridges to the width of its corresponding adjacent slot d\ / 2η (ί>1 according to the number of slots) is in the range from 0.8 to 2.5.
При едно предпочитано изпълнение, оптималното отношение на сумарната ширина на магнитно-проводящите мостове di + di + аз + ... + di към сумарната ширина на прорезите 2Γι + 2Гг + 2Гз + ... +2Γΐ (i е броя на прорезите) е 1.In a preferred embodiment, the optimal ratio of the total width of the magnetic-conductive bridges di + di + az + ... + di to the total width of the slots 2Γι + 2Γr + 2Γz + ... +2Γΐ (i is the number of slots) is 1.
При друго предпочитано изпълнение, отношението на ширината на магнитно-проводящия мост-зъб di към ширината на съответния му съседен прорез 2Г1 е в диапазона от 1,8 до 2,5 , а отношението на ширината на всеки от дъговидните магнитно-проводящи мостове към ширината на съответния му съседен прорез Ui / 2l*i (i>2 според броя на прорезите) е в диапазона от 0,8 до 1,4Предимство на предложената конструкция на ротора е получаване на максимална разлика на магнитната проводимост по двете магнитни оси d и q, което осигурява висока енергийна ефективност при посочената простота на конструкцията и висока технологичност на ротора.In another preferred embodiment, the ratio of the width of the magnetically conductive bridge-tooth di to the width of its corresponding adjacent slot 2G1 is in the range from 1.8 to 2.5, and the ratio of the width of each of the arcuate magnetically conductive bridges to the width of its corresponding adjacent slot Ui / 2l*i (i>2 according to the number of slots) is in the range from 0.8 to 1.4. The advantage of the proposed rotor design is obtaining a maximum difference in magnetic conductivity along the two magnetic axes d and q, which ensures high energy efficiency with the indicated simplicity of the design and high manufacturability of the rotor.
При едно изпълнение роторът е с цилиндрична повърхност. При друго изпълнение, формата на ротора е с конична повърхност.In one embodiment, the rotor has a cylindrical surface. In another embodiment, the rotor shape has a conical surface.
За специалиста в областта е очевидно, че са възможни изпълнения, при които прорезите са модифицирани в сравнение с предпочитаното изпълнение, представено във Фиг. 1 и Фиг.2, но конструкцията на ротора отново би имала желаните характеристики. Например, прорезите могат да са както концентрично, така и неконцентрично (но симетрично) разположени, могат да са с еднаква (в мм) или различна ширина на дължината по протежението им, а профилът на прорезите би могъл да се образува както от части на окръжност (Фиг. 1 и Фиг.2), така и от части на други геометрични фигури или произволна начупена линия.It is obvious to those skilled in the art that embodiments are possible in which the slots are modified compared to the preferred embodiment shown in Fig. 1 and Fig. 2, but the rotor structure would still have the desired characteristics. For example, the slots could be either concentrically or non-concentrically (but symmetrically) arranged, could have the same (in mm) or different widths along their length, and the profile of the slots could be formed by parts of a circle (Fig. 1 and Fig. 2), or by parts of other geometric shapes or an arbitrary broken line.
ПРИЛОЖЕНИЕANNEX
При описаната конструкция на ротора е възможно да се замени ротора на асинхронен двигател (ротор с алуминиева или медна намотка) с реактивен ротор без намотка и да се получи при запазване на номиналната мощност повисок коефициент на полезно действие. Преимуществата на електрозадвижването със синхронен реактивен индукционен мотор (СРИМ) пред електрозадвижване със същите функционални възможности осъществено с асинхронен индукционен двигател (АД) произтичат основно от принципа на действие и конструкцията на СРИМ.With the described rotor design, it is possible to replace the rotor of an asynchronous motor (rotor with aluminum or copper winding) with a reactive rotor without a winding and obtain a higher efficiency while maintaining the rated power. The advantages of the electric drive with a synchronous reactive induction motor (SRIM) over an electric drive with the same functional capabilities implemented with an asynchronous induction motor (AD) arise mainly from the operating principle and design of the SRIM.
При асинхронния двигател има електрически загуби, в статорната (Рел1=^Л2Г1) и роторната (Рел.2=^в) намотки, докато при СРИМ електрическите загуби в статорната намотка (P<^\=mli г,) са същите, но поради отсъствие на тоководещ контур (роторна намотка) в ротора, в т.ч. и на възбудителна намотка в ротора, то загубите там отсъстват (Рел.2 = 0). Намаляването на загубите на енергия по тази причина може да достигне при мощни машини до 40% в сравнение с тези при АД, а това от своя страна води до:In the asynchronous motor there are electrical losses in the stator (P e l1 = ^L 2 G1) and rotor (P e l.2 = ^v) windings, while in the SRIM the electrical losses in the stator winding (P<^\=mli g,) are the same, but due to the absence of a current-carrying loop (rotor winding) in the rotor, including an excitation winding in the rotor, the losses there are absent (P el .2 = 0). The reduction in energy losses for this reason can reach up to 40% in powerful machines compared to those in AD, and this in turn leads to:
- подобряване на технико-икономическите показатели на СРИМ (спрямо АД) при производството му;- improving the technical and economic indicators of SRIM (compared to AD) in its production;
- увеличаване КПД на СРИМ сравнен със същата мощност АД;- increase in efficiency of SRIM compared to the same capacity AD;
- намаляване на необходимия срок за изкупуване на задвижването на базата на икономисаната електроенергия.- reduction of the time required to purchase the drive based on the saved electricity.
Известно е, че загубите в роторната намотка се “отвеждат” трудно, като това става най-вече през статора на традиционната асинхронна машина и следователно, те имат “принос” в загряването на статорната намотка. Това води до ограничаване на нейните допустими токови натоварвания. При СРИМ те отсъстват, което води до:It is known that losses in the rotor winding are difficult to “remove”, this is done mostly through the stator of the traditional asynchronous machine and therefore, they “contribute” to the heating of the stator winding. This leads to a limitation of its permissible current loads. In SRIM they are absent, which leads to:
- разтоварване в топлинно отношение и на ротора и на статора;- thermal unloading of both the rotor and the stator;
- ратоварване в токово отношение съответно и на статорната намотка;- current load on the stator winding;
- разтоварването на статора в топлинно (а от там и в токово) отношение води до възможност при необходимост да се получи по-голяма мощност от съответния габарит;- the unloading of the stator in terms of heat (and hence in terms of current) leads to the possibility, if necessary, to obtain greater power than the corresponding gauge;
- разтоварването на статора в топлинно (а от там и в токово) отношение води до възможност при необходимост да се намали габарита за съответната мощност;- the unloading of the stator in terms of heat (and hence in terms of current) leads to the possibility, if necessary, to reduce the size for the respective power;
- намаляване габарита води до намаляване на общото тегло, а от там и до оптимизиране на материалните разходи и поевтиняване на продукцията.- reducing the size leads to a reduction in total weight, and hence to optimizing material costs and reducing the cost of production.
Отсъствието на сериозен източник на топлина в ротора дава възможност за:The absence of a serious heat source in the rotor makes it possible to:
- оптимизиране на лагерните възли и избора на лагери;- optimization of bearing assemblies and selection of bearings;
- работа на лагерите в оптимален температурен режим;- operation of the bearings in optimal temperature conditions;
- удължаване безаварийната работа на лагерите;- prolonging the trouble-free operation of the bearings;
- понижаване на лагерния шум.- reduction of bearing noise.
Възелът “Статор с намотка” на СРИМ е идентичен е този на широкоизползваните променливотокове машини, а роторът му съдържа само щанцовани ( или изрязани по някой от известните методи - лазерно, газопламъчно и др.) листи от електротехническа стомана (без намотка), което е предпоставка за;The “Stator with winding” assembly of SRIM is identical to that of the widely used alternating current machines, and its rotor contains only punched (or cut by any of the known methods - laser, gas flame, etc.) sheets of electrical steel (without winding), which is a prerequisite for;
- оптимизация на технологичния процес като енергоемкост чрез отпадане на операцията “Заливане на ротори”;- optimization of the technological process in terms of energy consumption by eliminating the “Rotor filling” operation;
- оптимизация на производствения процес по време като цяло;- optimization of the production process in terms of time as a whole;
- намаляване на производствените разходи (липса на алуминий или метална сплав, скъпо струващи съоръжения за заливане на ротори и не на последно място намаляване разхода на електроенергия);- reduction of production costs (lack of aluminum or metal alloy, expensive equipment for pouring rotors and last but not least, reduction of electricity consumption);
- прорезите в ротора намаляват теглото и инерционния му момент.- the slots in the rotor reduce its weight and moment of inertia.
Използването на електронен блок за управление и конструктивните решения при СРИМ дават възможност за:The use of an electronic control unit and the design solutions of SRIM allow for:
- работа с един и същи прототип при всички стандартни и нестандартни скорости с оптимално КПД;- working with the same prototype at all standard and non-standard speeds with optimal efficiency;
- възможност за поддържане на максимален момент (М тах) при работа на различните скорости на въртене;- ability to maintain maximum torque (M max ) when operating at different rotation speeds;
- възможност за работа с оптимална мощност (Р οπτ) при различни работни скорости на въртене — работа в режим „Пестене на електрическа енергия”;- possibility of operating with optimal power (Р οπτ ) at different operating rotation speeds - operation in "Electricity saving"mode;
- възможност за осъществяване на „мек пуск” (soft start);- possibility of implementing a "soft start";
- възможност за стабилна работа при непрекъснато променяне на обороти без повишаване на загряването.- possibility of stable operation with continuous speed changes without increasing heating.
Проведени са опити доказващи възможността за замяна на ротора с роторна намотка с реактивен ротор. Успеха на опитите е реална предпоставка за осъществяване на бъдещи оптимизации при съществуващи стари задвижвания, и повишаване на тяхната електрическа ефективност.Experiments have been conducted to prove the possibility of replacing the rotor with a rotor winding with a reactive rotor. The success of the experiments is a real prerequisite for implementing future optimizations in existing old drives and increasing their electrical efficiency.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG3648 | 2016-12-06 | ||
| BG364816 | 2016-12-06 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG112641A true BG112641A (en) | 2018-06-29 |
| BG67124B1 BG67124B1 (en) | 2020-08-17 |
Family
ID=70223322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG112641A BG67124B1 (en) | 2016-12-06 | 2017-12-01 | A synchronous reactive induction motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG67124B1 (en) |
-
2017
- 2017-12-01 BG BG112641A patent/BG67124B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG67124B1 (en) | 2020-08-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5260563B2 (en) | Permanent magnet generator or motor | |
| Kolehmainen | Synchronous reluctance motor with form blocked rotor | |
| Chalmers et al. | Design and field-weakening performance of a synchronous reluctance motor with axially laminated rotor | |
| US4888513A (en) | Reluctance electric machine having a decreased cross section of rotor ferromagnetic material | |
| Heikkilä | Permanent magnet synchronous motor for industrial inverter applications-analysis and design | |
| CN104578493B (en) | Rotary type permanent-magnet motor and use its compressor | |
| US9461510B2 (en) | Permanent magnet electrical machine | |
| DK2149964T3 (en) | Synchronous Generator synchronous generator system | |
| WO2015161668A1 (en) | Permanent magnet synchronous motor and rotor thereof | |
| US20010042983A1 (en) | Electric motor and generator | |
| JP2010025342A6 (en) | Permanent magnet excitation type radial magnetic bearing and magnetic bearing device including the radial magnetic bearing | |
| JP2001211614A (en) | Cage-shaped induction motor for high-speed rotation | |
| JP2006522578A (en) | Synchronous electric machine having one stator and at least one rotor and related control device | |
| US10090720B2 (en) | Rotor comprising protruding webs | |
| Jamali-Fard et al. | Design and prototyping of a novel line-start permanent magnet assisted synchronous reluctance motor for fan application | |
| Chiba et al. | Test results of an SRM made from a layered block of heat-treated amorphous alloys | |
| CN209860683U (en) | Rotor for asynchronous starting permanent magnet motor and asynchronous starting permanent magnet motor | |
| CN107787543B (en) | Permanently excited motors with optimized geometry | |
| CN101116233A (en) | Reduce harmonics in motors | |
| JP2010045870A (en) | Rotating machine | |
| Liu et al. | Influence of gear ratio on electromagnetic performance and geometries of vernier permanent magnet synchronous machines | |
| BG112641A (en) | A synchronous reactive induction motor | |
| JP2005304271A (en) | Synchronous generator and wind power generation system | |
| CN119966179A (en) | A double-stator alternating-pole AC excitation motor | |
| Liu et al. | Design and Analysis of an IE4 Class Line-Start Synchronous Reluctance Motor Considering Total Loss and Starting Performance. |