Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Магнітоелектрична машина, що складається з розташованого на валу з можливістю обертання ротора, нерухомого статора з своїми обмотками збудження та корпусу, яка відрізняється тим, що вона додатково споряджена герметичним термостатом з рідким гелієм, розташованим зовні магнітоелектричної машини і розміщеними в термостаті пусковими надпровідними електромагнітами, а послідовно з'єднані обмотки збудження полюсів статора через розподілювачі струму, які зв'язані з датчиками просторового положення ротора і контактні кільця, послідовно і почергово з'єднані з обмотками збудження полюсів ротора, утворюючи замкнуте електричне коло та надпровідні магніти статора і ротора.

Текст

Реферат: Магнітоелектрична машина складається з розташованого на валу з можливістю обертання ротора, нерухомого статора з своїми обмотками збудження та корпусу. Додатково машина оснащена герметичним термостатом з рідким гелієм, розташованим зовні магнітоелектричної машини і розміщеними в термостаті пусковими надпровідними електромагнітами. Послідовно з'єднані обмотки збудження полюсів статора через розподілювачі струму, які зв'язані з датчиками просторового положення ротора і контактні кільця, послідовно і почергово з'єднані з обмотками збудження полюсів ротора, утворюючи замкнуте електричне коло та надпровідні магніти статора і ротора. UA 123159 U (54) МАГНІТОЕЛЕКТРИЧНА МАШИНА UA 123159 U UA 123159 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електричних машин особливих типів, що відрізняються виконанням магнітного ланцюга, призначених для роботи в охолодженому середовищі, зокрема в космосі. Відомі подібні технічні рішення електромагнітних машин, котрі перетворюють електричну енергію в механічну за допомогою взаємодії магнітного поля, наявного між елементами електромагнітної машини, з різними роторами, статорами, використанням колекторів, щіток, тощо. За родом струму такі електромагнітні двигуни бувають синхронними або асинхронними, розрахованими на змінний чи постійний струм, з регулюванням частоти обертання, тощо. Відомі також вентильні електродвигуни постійного струму, складовою частиною котрих, окрім статора та ротора, є вентильний напівпровідниковий комутатор взамін колекторно-щіткового вузла. Працюють такі машини в режимі електродвигунів і генераторів. Найбільш розповсюджені асинхронні електромагнітні машини, як більш прості в виробництві та надійніші в експлуатації [Токарев Б.Φ. Электрические машины. - М.: Энергоатомиздат, 1990. -624 с.]. Використання таких електромагнітних машин, особливо у космосі, вимагає застосування електричного живлення від акумуляторів або сонячних батарей. До недоліків можна також віднести складність виготовлення, високу ціну, понижену надійність, що зумовлені наявністю щітково-колекторного вузла, котрий, крім того, є джерелом пожежонебезпеки і радіошумів. Основними недоліками аналогів є значна їх вага, необхідність живлення електричним струмом, а, значить, збільшення загальної ваги електричної системи в цілому. Найбільш близьким за технічною суттю до запропонованої магнітоелектричної машини є світловий електронно-магнітний двигун, до складу якого входять ротор, посаджений на вал з підшипниками, статор з постійними магнітами, корпус і фотоелементи, в якому ротор постачений рядом окремих обмоток, кожна з яких з'єднана паралельно з двома діаметрально розташованими своїми фотоелементами, установленими на зовнішній стороні стакана, жорстко посадженого на вал ротора, а також оснащений секторним циліндричним екраном, виконаним в виді циліндричної щілини [Патент України на корисну модель № 28900, кл. Η02Ν 11/00,2007 p.]. Недоліками світлового електронно-магнітного двигуна є дуже малий обертовий момент на валу ротора, а також необхідність постійного освітлення. Задачею корисної моделі є значне збільшення потужності магнітно-електричної машини шляхом використання ефекту надпровідності обмоток електромагнітів статора та ротора, їх з'єднання, а також термостата для охолодження. Поставлена задача вирішується тим, що магнітоелектрична машина, що складається з розташованого на валу з можливістю обертання ротора, нерухомого статора з своїми обмотками збудження та корпусу, згідно з корисною моделлю вона додатково оснащена герметичним термостатом з рідким гелієм, розташованим зовні магнітоелектричної машини і розміщеними в термостаті пусковими надпровідними електромагнітами, а послідовно з'єднані обмотки збудження полюсів статора через розподілювачі струму, які зв'язані з датчиками просторового положення ротора і контактні кільця, послідовно і почергово з'єднані з обмотками збудження полюсів ротора, утворюючи замкнуте електричне коло та надпровідні магніти статора і ротора. Сукупність окремих суттєвих ознак спрямована на досягнення нового технічного результату, що виявляється у значному збільшенні потужності магнітоелектричної машини за рахунок використання ефекту надпровідності витків обмоток збудження ротора та статора при охолодженні машини рідким гелієм до температури 4…6 K°. На кресленнях, що додаються, представлені структурні схеми магнітоелектричної машини, котра заявляється. На фіг. 1 показана схема магнітоелектричної машини в поперечному перерізі, фіг. 2 - електрична схема з'єднання обмоток полюсів статора і ротора при подачі струму на обмотки 1, 4, 7, 10, фіг. 3 - принципова схема напівпровідникового комутатора, фіг. 4 загальний вигляд магнітоелектричної машини збоку. Магнітоелектрична машина складається з рухомого ротора 1, посадженого на вал 2. В корпусі 3 нерухомо змонтований статор 4 з основними полюсами 5 і додатковими полюсами 6, поміщеними між основними полюсами 5 на геометричних нейтралях, постаченими своїми обмотками збудження 7 і 8. Магнітоелектрична машина поміщена в охолоджувальному герметичному термостаті 9 з ущільненнями 10 на валу 2 та лапами 11. В термостаті 9 над статором 4 поміщені пускові зовнішні надпровідні електромагніти 12. Магнітне поле створюється за рахунок обмоток збудження 7, 8 на полюсах статора 4 та секційних обмоток збудження 13 ротора 1, що одержують при пуску живлення від зовнішньої мережі постійного струму, через розташовані на валу 2 ротора 1, а потім при надпровідності - від індукованого струму в цих же обмотках надпровідних електромагнітів 12, тобто використання електромагнітного та магнітоелектричного збудження. Оскільки пусковий зовнішній надпровідний електромагніт 12 є 1 UA 123159 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 універсальним, призначеним для різних електромагнітних машин, то він може бути виконаним окремо і не входити в склад магнітоелектричної машини. Ротор 1 на зовнішній поверхні в пазах містить секційні обмотки збудження 13 полюсів ротора 1, реверсивний керований напівпровідниковий комутатор 14, який складається з тиристорів 15 або транзисторів, контактних кілець 16 і датчиків 17 кутового положення ротора (за конструкцією аналогічні використовуваним у вентильних електродвигунах). Обмотки збудження 7, 8, 13 можуть бути петльовими, хвильовими чи комбінованими. Послідовно з'єднані обмотки збудження 7 і 8 полюсів статора 4 через розподілювачі струму 18 і 19, які зв'язані з датчиками 17 просторового положення ротора 1, контактні кільця 16, послідовно і почергово з'єднані з обмотками збудження 13 полюсів ротора 1, утворюючи замкнуте електричне коло та надпровідні магніти статора 4 і ротора 1. Розподілювачі струму 18, 19 розміщені в місцях зміни напрямку струму, тобто під серединою міжполюсного проміжку (геометрична нейтраль). Магнітоелектрична машина може працювати як в режимі електричного двигуна, так і генератора. З метою усунення ковзного моменту в колі ротора 1 можна використати обернену конструкцію магнітоелектричної машини, в якій обмотки збудження 13 ротора 1 розміщуються на нерухомому статорі 4, а полюси 5, 6 статора 4 - на роторі 1. В першому випадку виводи обмоток збудження 7 і 8 полюсів статора 4 і обмоток збудження 13 полюсів ротора 1 з'єднані між собою через кільця 16 послідовно і замкнуті, в другому - замикаються обмотки збудження 7 і 8 полюсів статора 4, а з обмоток полюсів ротора 13 знімається струм. При відсутності напівпровідникового комутатора 14 електричний струм буде змінним, а при його наявності - постійним. Магнітоелектрична машина працює наступним чином. Попередньо машина охолоджується в герметичному термостаті 9 рідким гелієм до температури 4°…6° K, при якій виникає явище надпровідності. Для запуску магнітоелектричної машини використовуються зовнішні пускові надпровідні електромагніти 12 і живлення електричним струмом. Після виникнення надпровідності живлення зовнішнім електричним струмом виключається. При цьому в надпровідних електромагнітних полюсах магнітоелектричної машини створюється статорне магнітне поле силою 5…6 Т, що приводить до виникнення струму в статорних обмотках збудження 7 і 8. Обмотки збудження 7, 8 з'єднуються між собою так, щоб при проходженні через них постійного струму полюси 5, 6 набували почергову полярність N, S, N, S…., створюючи основне магнітне поле. Під дією цього поля збуджується також магнітне поле полюсів ротора 1 і виникає струм в його обмотках збудження 13. Згідно рівняння U=dψ/dt+R [Токарев Б.Ф. Электрические машины. - Μ.: Энергоатомиздат, 1990. - 624 с.], де U - струм, ψ - магнітний потік, R - опір при Rt=0, dψ/dt=0, ψ=const в надпровідному контурі полюсів магнітний потік повинен бути постійним і в обмотках збудження 7, 8 статора 4 та обмотках збудження 13 полюсів ротора 1 повинен виникнути власний струм, щоб підтримати той потік, внаслідок чого ротор 1 почне обертатися. При повороті обмоток збудження 13 полюсів ротора 1 вони почергово переходитимуть в зону дії різних полюсів статора 4, що приведе до зміни в них напряму струму, тиристори 15 відповідних обмоток збудження 13 полюсів ротора 1 закриватимуться чи відкриватимуться. В результаті цього для будь-яких моментів часу розподіл струму в обмотках збудження 13 ротора 1 буде незмінним, що приводить до постійного напряму обертового моменту. Для почергового вмикання тиристорів 15 залежно від зміни кутового положення полюсів ротора 1 передбачені датчики 17 його кутового положення. Для покращення використання обмоток збудження 13 полюсів ротора 1, підвищення потужності, струм в секціях обмоток збудження 13 полюсів ротора протікає в двох напрямах. Кількість полюсів і відповідно обмоток статора та ротора може бути різною. Техніко-економічна ефективність застосування магнітоелектричної машини обґрунтована новою якістю, що одержується з використанням ефекту надпровідності обмоток полюсів, з'єднання ряду окремих обмоток збудження ротора та статора, зовнішнього термостату охолодження та напівпровідникового комутатора. Для роботи електромагнітної машини після її запуску не потрібно додаткового електроживлення, що особливо цінне в умовах космічної експлуатації. До їх переваг можна віднести добрі пускові та регулювальні властивості. Значне збільшення потужності магнітоелектричної машини досягається шляхом використання надпровідних електромагнітів, зменшення електричних втрат, втрат в матеріалі полюсів, механічних втрат і додаткових втрат, обумовлених різними явищами, що мають місце при роботі машини (вихрові струми, витіснення струму в провідниках обмотки, дія комутаційних струмів тощо). Підвищення обертового моменту на валу ротора, тобто потужності магнітоелектричної машини досягається практичним використанням явища надпровідності в обмотках живлення статора та ротора і виникнення в них великого струму, що викликає створення сильних магнітних полів. Оскільки в космосі охолодження не потрібно, то термостат 2 UA 123159 U 5 при роботі електромагнітної машини також буде зайвим, хоча він є необхідним для доставляння в космос попередньо охолодженої машини. Пропоноване рішення дозволяє одержати сучасну просту та надійну конструкцію магнітоелектричної машини, з використання якої можна при вказаній технічній ефективності істотно підвищити її потужність при спрощенні конструкції у порівнянні з відомими електромагнітними двигунами. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Магнітоелектрична машина, що складається з розташованого на валу з можливістю обертання ротора, нерухомого статора з своїми обмотками збудження та корпусу, яка відрізняється тим, що вона додатково споряджена герметичним термостатом з рідким гелієм, розташованим зовні магнітоелектричної машини і розміщеними в термостаті пусковими надпровідними електромагнітами, а послідовно з'єднані обмотки збудження полюсів статора через розподілювачі струму, які зв'язані з датчиками просторового положення ротора і контактні кільця, послідовно і почергово з'єднані з обмотками збудження полюсів ротора, утворюючи замкнуте електричне коло та надпровідні магніти статора і ротора. 3 UA 123159 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4

Дивитися

Додаткова інформація

МПК / Мітки

МПК: H02N 11/00, H02K 23/40

Мітки: машина, магнітоелектрична

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/6-123159-magnitoelektrichna-mashina.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Магнітоелектрична машина</a>

Подібні патенти