Результат интеллектуальной деятельности: УПРАВЛЯЕМЫЙ КАСКАДНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С ОБЩИМ РОТОРОМ

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам с несколькими роторами и статорами и к электроприводу, и может быть эффективно применено в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях.

Известно близкое к изобретению по физической сущности каскадное соединение двух асинхронных двигателей с фазными роторами, установленных на общем основании, с жестко соединенными между собой валами (Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. В 2-х ч. Ч. 2. - Машины переменного тока. Изд. 3-е. - Л.: Энергия, 1973, с. 532). Причем фазные роторы соединены между собой и электрически. Питание из сети поступает на статорную обмотку первого двигателя. Управление таким каскадом осуществляется с помощью реостатов, включенных в статорную обмотку второго двигателя.

Однако такая конструкция обладает рядом существенных недостатков. Главный недостаток состоит в том, что конструкция содержит контактные кольца, которые понижают надежность каскада и увеличивают потери. Второй недостаток - громоздкость конструкции. Это вызвано тем, что по сравнению с короткозамкнутыми асинхронными двигателями двигатели с фазными роторами достаточно громоздкие и дорогие, так как роторная обмотка более сложная в изготовлении и на роторе имеется контактный узел.

Наиболее близким к изобретению по конструкции и достигаемому результату является управляемый каскадный электрический привод (патент №2173927, 2001 г., авторы Гайтов Б.Х., Попов Б.К., Попова О.Б.), содержащий два соединенных соосно электродвигателя, магнитные системы которых выполнены аксиальными и расположены в одном корпусе и на общем валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор первого электродвигателя жестко соединен с корпусом, а на другой его стороне между его трехфазной обмоткой и валовым отверстием расположены катушки управляемых муфт, находящиеся напротив двух колец малого и большого диаметра из немагнитного материала расположенного на подшипнике ротора первого электродвигателя, с другой стороны которого выполнены кольцеобразные щели, свободное пространство которых заполнено ферромагнитным порошком, статор второго электродвигателя расположен на подшипнике и имеет выступ в виде широкого тонкого кольца из того же материала, что и сам статор, и заходит в щель большего диаметра ротора первого электродвигателя, обеспечивая при подключении к сети одной катушки управляемой муфты жесткую связь ротора первого электродвигателя и статора второго электродвигателя, ротор которого жестко соединен с валом, причем между ротором первого и статором второго электродвигателя расположена металлическая деталь в виде полого стакана, выступом заходящая в щель малого диаметра ротора первого электродвигателя, обеспечивающая при подаче напряжения питающей сети в другую катушку управляемой муфты жесткую связь ротора первого электродвигателя с общим валом, который является выходным, а на статоре второго электродвигателя расположены скользящие контакты, на которые подается напряжение питающей сети.

Однако конструкция такого каскадного электропривода достаточно сложная, так как имеет внутри ферропорошковые муфты, управление которыми осуществляется через контактную систему. Имеются также ограничения по плавному управлению указанным электроприводом. Недостатком является также то, что питание вторым электродвигателем осуществляется через контактную систему. Наличие подвижных контактов является причиной снижения надежности конструкции в целом.

Задачей изобретения является упрощение и уменьшение конструкции, заключающееся в объединении роторов в единое целое и, как следствие, в исключении из устройства контактной системы.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и плавности регулирования электропривода.

Технический результат достигается тем, что управляемый каскадный асинхронный электропривод с общим ротором содержит два соединенных соосно электродвигателя, магнитные системы которых выполнены аксиальными, расположены в одном корпусе и на одном валу, который горизонтально закреплен в подшипниковых узлах корпуса, причем одной стороной статор первого электродвигателя жестко соединен с корпусом, роторы обоих двигателей объединены в единую конструкцию, содержащую объединенный магнитопровод с радиальными пазами, расположенными с левой и правой сторон ротора, в которых расположена короткозамкнутая обмотка в виде беличьей клетки, витки которой проходят от левого замыкающего кольца, расположенного с левой внутренней стороны объединенного ротора, затем по левому пазу, потом по внешней стороне ротора, а затем по правому пазу к правому замыкающему кольцу, расположенному с правой внутренней стороны объединенного ротора, статор второго электродвигателя жестко соединен с корпусом и своими зубцами повернут к зубцам статора первого электродвигателя, обмотка статора второго электродвигателя подключена к реостатам, с помощью которых осуществляется изменение скорости вращения и момента управляемого каскадного электропривода.

За счет объединения роторов в единое целое исчезает контактная система и тем самым повышается надежность, а применение двух статоров способствует улучшению управления скоростью и моментом устройства.

На чертеже представлен общий вид предлагаемого управляемого каскадного асинхронного электропривода с общим ротором в разрезе.

Управляемый каскадный асинхронный электропривод с общим ротором содержит корпус электропривода 1, горизонтально расположенный на подшипниках 3 вал 2, на котором с помощью шпоночного узла закреплен магнитопровод объединенного ротора 8. В левую часть корпуса электропривода 1 встроен кольцевой магнитопровод 4 левого статора с пазами, в которых расположена трехфазная обмотка 5, получающая питание от сети по проводникам 6. Магнитопровод ротора 8 содержит пазы с левой и правой стороны, в которые уложена обмотка 7 в виде модифицированной беличьей клетки. Указанная обмотка выполнена в виде двух короткозамыкающих колец 12, расположенных с левой и правой сторон внутренней поверхности ротора. Кольца 12 соединенны между собой проводниками обмотки 7, которые начинаются у левого короткозамыкающего кольца 12, проходят по левым пазам ротора, затем по внешней стороне ротора и через правые пазы ротора подходят и соединяются с правым короткозамыкающим кольцом 12. В правую часть корпуса электропривода 1 встроен кольцевой магнитопровод 11 правого статора с пазами, в которых расположена трехфазная обмотка 10, соединенная с тремя управляющими реостатами 9.

Управляемый каскадный асинхронный электропривод с общим ротором работает следующим образом.

По трехфазной системе проводников 6 поступает в обмотку левого статора 5 трехфазный ток, создающий вращающееся магнитное поле, которое наводит в левой стороне проводников 7 беличьей клетки объединенного ротора электродвижущую силу (ЭДС). Наведенная ЭДС обеспечивает в свою очередь протекание токов в беличьей клетке 7. Указанные токи создают в роторе 8 вращающееся синхронно с полем статора 4 магнитное поле. Магнитные поля статора 4 и ротора 8, взаимодействуя между собой, создают вращающий момент на роторе 8, заставляя вращаться ротор с определенным скольжением относительно возбуждающего поля статора 4. Вращающееся с небольшой скоростью магнитное поле, созданное током, протекающим в правой части проводников беличьей клетки 7, складываясь по скорости со скоростью вращения ротора, наводит в трехфазной обмотке 10 правого статора электропривода 11 ЭДС, имеющую частоту равную частоте источника питания левого статора 4. Эта ЭДС создает систему токов, протекающих по обмотке 10 и реостатам 9, с помощью которых осуществляется управление электроприводом, не отличающееся от стандартного управления двигателем с фазным ротором.