RU2320064C1 - Synchronous electrical machine rotor - Google Patents
Synchronous electrical machine rotor Download PDFInfo
- 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
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract 2
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000013016 damping Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 10
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
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 sωс=ωс-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 μe=μ0 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
где l, u - длина и периметр бандажного цилиндра;where l, u is the length and perimeter of the retaining cylinder;
- круговая частота; - circular frequency;
γ - удельная проводимость материала;γ is the specific conductivity of the material;
μe=μ0 - 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)
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)
| 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)
| 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 |
-
2006
- 2006-10-05 RU RU2006135316/09A patent/RU2320064C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (8)
| 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)
| Title |
|---|
| ИВАНОВ-СМОЛЕНСКИЙ А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980, с.687-691. * |
Cited By (4)
| 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 |