[go: up one dir, main page]

RU2320064C1 - Synchronous electrical machine rotor - Google Patents

Synchronous electrical machine rotor Download PDF

Info

Publication number
RU2320064C1
RU2320064C1 RU2006135316/09A RU2006135316A RU2320064C1 RU 2320064 C1 RU2320064 C1 RU 2320064C1 RU 2006135316/09 A RU2006135316/09 A RU 2006135316/09A RU 2006135316 A RU2006135316 A RU 2006135316A RU 2320064 C1 RU2320064 C1 RU 2320064C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
synchronous
rotor
permanent magnets
locking rings
proposed
Prior art date
Application number
RU2006135316/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Николаевич Антипов (RU)
Виктор Николаевич Антипов
Андрей Дмитриевич Грозов (RU)
Андрей Дмитриевич Грозов
Януш Брониславович Данилевич (RU)
Януш Брониславович Данилевич
Original Assignee
Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук (статус государственного учреждения) ИХС РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук (статус государственного учреждения) ИХС РАН filed Critical Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук (статус государственного учреждения) ИХС РАН
Priority to RU2006135316/09A priority Critical patent/RU2320064C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2320064C1 publication Critical patent/RU2320064C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; electrical machines.
SUBSTANCE: proposed synchronous machine rotor mounts permanent magnets, nonmagnetic inserts, butt-end locking rings, and binding sleeve. Novelty is that permanent magnets are split into segments separated by nonmagnetic inserts and that locking rings are made of low-resistance material, for instance copper. Proposed electrical machine can run as synchronous generator or as motor, if necessary, while setting up desired starting torque.
EFFECT: improved damping and starting characteristics, simplified design, and enhanced reliability of rotor due to minimized quantity of its components.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, и предназначено для расширения сферы применения синхронных генераторов.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electrical machines, and is intended to expand the scope of synchronous generators.

Известно, что синхронные машины, как и другие типы электрических машин, обладают свойством обратимости, т.е. синхронная машина, предназначенная для работы в режиме генератора, может работать в качестве двигателя и наоборот. Однако синхронный двигатель разгоняется до угловой скорости, близкой к синхронной, либо за счет дополнительного разгонного двигателя, либо за счет собственного асинхронного момента, появляющегося при включении обмотки якоря двигателя в сеть, причем у синхронных двигателей, предназначенных для асинхронного пуска, на роторе размещают специально рассчитанную пусковую обмотку. Традиционное конструктивное решение заключается в том, что в шихтованном магнитопроводе ротора штампуются пазы, в которые закладывают стержни пусковой обмотки, по торцам стержни замыкают дугами. [А.В.Иванов-Смоленский. Электрические машины.: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - 928 с., ил.]. В синхронной машине с возбуждением от постоянных магнитов такое решение также реализовано [например, И.В.Смольянов, В.П.Колесников, Н.Н.Фархуллин, И.И.Васильченко и В.Д.Бартенев. А.с. №663032. Синхронный двигатель. Бюллетень №18, 1979]. Конструкция, включающая как постоянным магниты, так и стержни пусковой обмотки, получается достаточно сложной и ненадежной. Существуют возможности создания пускового момента за счет наведения токов в конструктивных элементах машины - в бочке ротора, в металлических клиньях, в бандажах. В изобретении [заявка №55-23019 (Япония) Синхронный электродвигатель с магнитным ротором. Публикация 1980 г. 20.06. №7-57] (прототип) предложена конструкция, включающая в себя постоянный магнит в виде полого стакана, фиксируемый с торцевых сторон запорными кольцами. На наружную поверхность магнита надеты демпфирующий и защитный стаканы, демпфирующий стакан изготавливается из материалов с низким электрическим сопротивлением, чем и достигается демпфирующий эффект.It is known that synchronous machines, like other types of electric machines, have the property of reversibility, i.e. a synchronous machine designed to operate in generator mode can operate as an engine and vice versa. However, a synchronous motor accelerates to an angular speed close to synchronous, either due to an additional accelerating motor, or due to its own asynchronous moment that appears when the armature winding of the motor is turned on, and for synchronous motors designed for asynchronous start-up, a specially calculated rotor is placed on the rotor starting winding. The traditional constructive solution is that in the lined rotor magnetic circuit grooves are stamped, into which the starting winding rods are laid, at the ends the rods are closed by arcs. [A.V. Ivanov-Smolensky. Electric cars .: Textbook for universities. - M .: Energy, 1980. - 928 p., Ill.]. In a synchronous machine with permanent magnet excitation, such a solution is also realized [for example, I.V.Smolyanov, V.P. Kolesnikov, N.N. Farkhullin, I.I. Vasilchenko and V.D. Bartenev. A.S. No. 663032. Synchronous motor. Bulletin No. 18, 1979]. The design, which includes both permanent magnets and starter winding rods, is quite complex and unreliable. There are opportunities to create a starting moment by inducing currents in the structural elements of the machine - in the rotor barrel, in metal wedges, in bandages. In the invention [application No. 55-23019 (Japan) Synchronous electric motor with a magnetic rotor. Publication 1980.20.06. No. 7-57] (prototype) a design is proposed that includes a permanent magnet in the form of a hollow glass, which is fixed from the end sides by locking rings. Damping and protective glasses are put on the outer surface of the magnet, the damping glass is made of materials with low electrical resistance, which ensures the damping effect.

Недостатком этой конструкции является наличие двух стаканов, изготовленных из различных материалов. Для высокоскоростных синхронных машин такой вариант неприемлем, т.к. при больших центробежных силах это может привести к возникновению зазора между цилиндрами и потере работоспособности машины из-за вибрации.The disadvantage of this design is the presence of two glasses made of various materials. For high-speed synchronous machines, this option is unacceptable, because with large centrifugal forces, this can lead to a gap between the cylinders and loss of machine performance due to vibration.

Задача расширения сферы применения высокоскоростных синхронных генераторов может быть решена улучшением демпфирующих и пусковых параметров ротора.The task of expanding the scope of application of high-speed synchronous generators can be solved by improving the damping and starting parameters of the rotor.

В предлагаемом изобретении конструктивными элементами (фиг.1) являются радиально намагниченные сегментированные постоянные магниты (1), разделенные немагнитными вставками (2), торцевые запорные кольца (3) и один бандажный стакан (4). Отличительной особенностью конструкции является то, что запорные кольца изготавливаются из материала с низким электрическим сопротивлением, а бандажный стакан изготавливается из немагнитной стали.In the present invention, the structural elements (Fig. 1) are radially magnetized segmented permanent magnets (1), separated by non-magnetic inserts (2), end locking rings (3) and one retaining ring (4). A distinctive design feature is that the locking rings are made of a material with low electrical resistance, and the retaining ring is made of non-magnetic steel.

Предлагаемая конструкция не требует дополнительного разгонного двигателя, не требует специальной пусковой обмотки и позволяет осуществлять пуск синхронного генератора за счет собственного асинхронного момента.The proposed design does not require an additional accelerating motor, does not require a special starting winding and allows the synchronous generator to be launched due to its own asynchronous moment.

Для пуска предлагаемой синхронной машины статорная обмотка включается в сеть с заданным напряжением Uc и частотой fc, протекающие по обмотке токи образуют вращающееся со скоростью ωс=2πfс магнитное поле. Это магнитное поле будет индуктировать в бандажном цилиндре токи, которые, замыкаясь через запорные кольца, образуют короткозамкнутые контура. Токи имеют частоту скольжения sωсс-ω, т.е. частоту, которая определяется разницей скоростей вращения магнитного поля статора ωс и частотой вращения ротора ω. В результате взаимодействия токов, индуктируемых в короткозамкнутых контурах ротора с вращающимся магнитным полем статора, на ротор будет действовать электромагнитный момент той же природы, что и в асинхронных, машина - асинхронный электромагнитный момент. Величина асинхронного электромагнитного момента зависит от активных и индуктивных сопротивлений короткозамкнутых контуров, созданных на роторе бандажным цилиндром и запорными кольцами.To start the proposed synchronous machine, the stator winding is connected to the network with a given voltage U c and frequency f c , the currents flowing through the winding form a magnetic field rotating at a speed ω c = 2πf s . This magnetic field will induce currents in the retaining cylinder, which, being closed through the locking rings, form short-circuited circuits. The currents have a slip frequency sω с = ω с -ω, i.e. frequency, which is determined by the difference between the rotational speeds of the stator magnetic field ω s and the rotor speed ω. As a result of the interaction of currents induced in the short-circuited circuits of the rotor with the rotating magnetic field of the stator, an electromagnetic moment of the same nature as in asynchronous ones will act on the rotor, and the machine will have an asynchronous electromagnetic moment. The magnitude of the asynchronous electromagnetic moment depends on the active and inductive resistances of the short-circuited circuits created on the rotor by a retaining cylinder and locking rings.

Поскольку синхронная машина имеет электромагнитное возбуждение от постоянных магнитов, то пуск происходит при постоянно включенном возбуждении, т.е. поток магнита наводит в обмотке статора ЭДС изменяющуюся с частотой fE=(1-s)fc. Под действием этой ЭДС в цепи обмотка статора - источник питания протекает ток, имеющий частоту, отличающуюся от частоты сети. В результате взаимодействия поля возбуждения с наведенными токами образуется тормозной момент, по своей природе аналогичный тормозному моменту генератора при коротком замыкании. Для того чтобы двигатель сумел набрать скорость, близкую к синхронной, величина асинхронного момента должна быть больше тормозного. Переход от подсинхронной скорости к синхронной происходит за счет действия синхронизирующего момента в течение весьма короткого промежутка времени. Синхронизирующий момент обусловлен взаимодействием поля магнитов с полем якоря и воздействует на ротор в течение всего времени пуска. Среднее значение синхронизирующего момента за один оборот при скорости ротора, отличной от синхронной, равно нулю.Since the synchronous machine has electromagnetic excitation from permanent magnets, the start-up occurs when the excitation is constantly on, i.e. the magnet flux induces in the stator winding the EMF changing with frequency f E = (1-s) f c . Under the influence of this EMF in the circuit, the stator winding - the power source flows a current having a frequency different from the network frequency. As a result of the interaction of the excitation field with the induced currents, a braking moment is formed, which is similar in nature to the braking moment of the generator during a short circuit. In order for the engine to gain speed close to synchronous, the value of the asynchronous moment must be greater than the braking one. The transition from sub-synchronous speed to synchronous occurs due to the action of the synchronizing moment for a very short period of time. The synchronizing moment is due to the interaction of the field of magnets with the field of the armature and acts on the rotor during the entire start time. The average value of the synchronizing moment per revolution at a rotor speed other than synchronous is zero.

Пусковые качества предлагаемой конструкции оценены расчетным путем. Из теории расчета электрических машин известно, что активное сопротивление короткозамкнутого кольца зависит от его среднего диаметра и поперечного сечения. Варьируя геометрическими размерами запорного кольца, можно добиться желаемого значения активного сопротивления и заданных пусковых качеств машины. Следует отметить, что индуктивные сопротивления запорного кольца так же могут быть рассчитаны, однако их значения очень малы и существенного влияния на пусковые характеристики машины не оказывают. В силу симметрии как активные, так и индуктивные сопротивления по продольной d, так и по поперечной q осям, равны:Starting qualities of the proposed design are estimated by calculation. From the theory of calculation of electric machines it is known that the active resistance of a short-circuited ring depends on its average diameter and cross section. By varying the geometrical dimensions of the locking ring, it is possible to achieve the desired value of the active resistance and the given starting qualities of the machine. It should be noted that the inductive resistances of the locking ring can also be calculated, however, their values are very small and do not significantly affect the starting characteristics of the machine. By virtue of symmetry, both active and inductive resistances along the longitudinal d and along the transverse q axes are equal to:

rddk=rdqk xddk=xdqk r ddk = r dqk x ddk = x dqk

Для расчета активных и индуктивных сопротивлений бандажного цилиндра можно воспользоваться рекомендациями [Л.Р.Нейман. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах. - М.: Госэнергоиздат, 1948.], полагая магнитную проницаемость μe0 To calculate the active and inductive resistances of the retaining cylinder, you can use the recommendations [L.R. Neumann. Surface effect in ferromagnetic bodies. - M .: Gosenergoizdat, 1948.], assuming the magnetic permeability μ e = μ 0

Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000002
Figure 00000003

где l, u - длина и периметр бандажного цилиндра;where l, u is the length and perimeter of the retaining cylinder;

Figure 00000004
- круговая частота;
Figure 00000004
- circular frequency;

γ - удельная проводимость материала;γ is the specific conductivity of the material;

μe0 - магнитная проницаемость.μ e = μ 0 - magnetic permeability.

На фиг.2 показаны результаты расчета пусковых характеристик синхронного генератора 5,0 МВт, 12000 мин-1, выполненного по предлагаемой конструкции. Здесь 1 - асинхронный момент, 2 - тормозной момент, 3 - общий пусковой момент. Максимальное значение пускового момента составляет Mmax=4,08 МН, момент при скольжении, равном единице, Мs=1,0=0,278 МН. Для сравнения такой же генератор с пусковой обмоткой (14 стержней диаметром 10 мм) имеет значения моментов Мmax=2,59 МH и Мs=1,0=0,174 МH.Figure 2 shows the results of the calculation of the starting characteristics of the synchronous generator 5.0 MW, 12000 min -1 , made according to the proposed design. Here 1 is the asynchronous moment, 2 is the braking torque, 3 is the total starting torque. The maximum value of the starting torque is M max = 4.08 M N , the sliding moment is equal to unity, M s = 1.0 = 0.278 M N. For comparison, the same generator with a starting winding (14 rods with a diameter of 10 mm) has values of the moments M max = 2.59 M H and M s = 1.0 = 0.174 M H.

Таким образом, предлагаемая конструкция обеспечивает пусковые характеристики синхронной машины и генератор может работать в режиме двигателя, создавая необходимый пусковой момент. Предлагаемая конструкция отличается простотой и надежностью, т.к. содержит минимально необходимое число элементов.Thus, the proposed design provides starting characteristics of a synchronous machine and the generator can work in engine mode, creating the necessary starting moment. The proposed design is simple and reliable, because contains the minimum required number of elements.

Claims (1)

Ротор синхронной электрической машины, содержащий постоянные магниты, фиксируемые с торцевых сторон запорными кольцами, и бандажный стакан, отличающийся тем, что постоянные магниты выполнены сегментированными и разделены немагнитными вставками, а запорные кольца выполнены из материала с низким электрическим сопротивлением, например из меди.A rotor of a synchronous electric machine containing permanent magnets fixed on the end faces by locking rings and a retaining ring, characterized in that the permanent magnets are segmented and separated by non-magnetic inserts, and the locking rings are made of a material with low electrical resistance, for example, copper.
RU2006135316/09A 2006-10-05 2006-10-05 Synchronous electrical machine rotor RU2320064C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006135316/09A RU2320064C1 (en) 2006-10-05 2006-10-05 Synchronous electrical machine rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006135316/09A RU2320064C1 (en) 2006-10-05 2006-10-05 Synchronous electrical machine rotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2320064C1 true RU2320064C1 (en) 2008-03-20

Family

ID=39279907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006135316/09A RU2320064C1 (en) 2006-10-05 2006-10-05 Synchronous electrical machine rotor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2320064C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2417505C1 (en) * 2010-04-23 2011-04-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" Electric motor of mining mill of direct drive system
RU2481690C2 (en) * 2011-04-06 2013-05-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морская государственная академия имени академика Ф.Ф. Ушакова" Electric motor of actuator of handling machine of direct drive system
RU2657003C1 (en) * 2017-04-26 2018-06-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Magnetic system of rotor of synchronous engine with incorporated magnets (options)
RU206405U1 (en) * 2021-05-21 2021-09-09 Акционерное общество «Аэроэлектромаш» ROTOR OF A SYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR WITH PERMANENT MAGNETS AND SHORT-CIRCUITED WINDING "Squirrel cage"

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4568846A (en) * 1983-10-28 1986-02-04 Welco Industries Permanent magnet laminated rotor with conductor bars
SU1631672A1 (en) * 1987-08-24 1991-02-28 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова Synchronous electric motor with permanent magnets
WO2001006624A1 (en) * 1999-07-16 2001-01-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Permanent magnet synchronous motor
RU2167481C1 (en) * 2000-01-27 2001-05-20 Иванов-Смоленский Алексей Владимирович Electrical machine rotor with magnetically soft steel shaft
US20020084710A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-04 Andrew Worley Line start permanent magnet motor
EP1524755A1 (en) * 2003-10-14 2005-04-20 Lg Electronics Inc. Line start reluctance synchronous motor
US6891300B2 (en) * 2002-08-30 2005-05-10 Toyo Denki Seizo Kabushiki Kaisha Rotor of induction starting synchronous motor
RU2267201C2 (en) * 2003-06-18 2005-12-27 Эл Джи Электроникс Инк. Rotor of a synchronous electro engine with constant magnets and setting it in motion from a circuit and mode of its manufacturing

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4568846A (en) * 1983-10-28 1986-02-04 Welco Industries Permanent magnet laminated rotor with conductor bars
SU1631672A1 (en) * 1987-08-24 1991-02-28 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова Synchronous electric motor with permanent magnets
WO2001006624A1 (en) * 1999-07-16 2001-01-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Permanent magnet synchronous motor
RU2167481C1 (en) * 2000-01-27 2001-05-20 Иванов-Смоленский Алексей Владимирович Electrical machine rotor with magnetically soft steel shaft
US20020084710A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-04 Andrew Worley Line start permanent magnet motor
US6891300B2 (en) * 2002-08-30 2005-05-10 Toyo Denki Seizo Kabushiki Kaisha Rotor of induction starting synchronous motor
RU2267201C2 (en) * 2003-06-18 2005-12-27 Эл Джи Электроникс Инк. Rotor of a synchronous electro engine with constant magnets and setting it in motion from a circuit and mode of its manufacturing
EP1524755A1 (en) * 2003-10-14 2005-04-20 Lg Electronics Inc. Line start reluctance synchronous motor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИВАНОВ-СМОЛЕНСКИЙ А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980, с.687-691. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2417505C1 (en) * 2010-04-23 2011-04-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морская государственная академия имени адмирала Ф.Ф. Ушакова" Electric motor of mining mill of direct drive system
RU2481690C2 (en) * 2011-04-06 2013-05-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морская государственная академия имени академика Ф.Ф. Ушакова" Electric motor of actuator of handling machine of direct drive system
RU2657003C1 (en) * 2017-04-26 2018-06-08 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Magnetic system of rotor of synchronous engine with incorporated magnets (options)
RU206405U1 (en) * 2021-05-21 2021-09-09 Акционерное общество «Аэроэлектромаш» ROTOR OF A SYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR WITH PERMANENT MAGNETS AND SHORT-CIRCUITED WINDING "Squirrel cage"

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20050275302A1 (en) Rotor magnet placement in interior permanent magnet machines
KR20120131869A (en) Rotor and driving motor
US10476363B2 (en) Hybrid electric motor with self aligning permanent magnet and squirrel cage dual rotors magnetically coupled with permeant magnets and bars at synchronous speed
US9923439B2 (en) Hybrid electric motor with self aligning permanent magnet and squirrel cage rotors
CA2935961C (en) Hybrid electric motor with self aligning permanent magnet and squirrel cage rotors
CN105914927B (en) Increase the adjustable flux electric machine of V-type built in magnetic-type
JP2000287395A (en) Rotor of permanent magnet type reluctance type rotating electric machine
CN106208450A (en) Magnetized built-in tangentially adjustable flux motor
CA3053913A1 (en) Hybrid induction motor with self aligning hybrid induction/permanent magnet rotor
RU2541513C2 (en) Synchronous machine with anisotropic magnetic conductivity of rotor
CN112072811B (en) Embedded-permanent magnet reluctance type mixed magnetic pole type memory motor
RU2604058C1 (en) Synchronous motor with magnetic reduction
JP2006180694A (en) Hybrid induction motor
CN205355989U (en) Self -starting permanent magnet synchronous motor's rotor
RU2320064C1 (en) Synchronous electrical machine rotor
CN108599501B (en) An axial single degree of freedom bearingless asynchronous motor
JPH0522916A (en) Synchronous motor of permanent magnet type
CN106100179B (en) Permanent magnet rotor with reluctance slots
KR100641123B1 (en) Self-excitation motor improves magnetization rate
US2999952A (en) Synchronous motor
Ugale et al. Inset-consequent and inset rotors for line start permanent magnet synchronous motor
JP2010183778A (en) Electric motor and method of controlling the same
RU2031516C1 (en) Asynchronous adjustable electric motor
Poudel et al. Line start synchronous motor for multi-speed applications
JP2022028449A (en) Rotor of rotary electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101006

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20121110