PL227371B1 - Podwójna indukcyjna maszyna elektryczna transformatorowo- -rotacyjna - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest podwójna indukcyjna maszyna elektryczna transformatoroworotacyjna, z wewnętrznym lub zewnętrznym rotorem względem statora, pracująca zwłaszcza jako podsynchronicznie wolnoobrotowy generator w Energetyce Odnawialnej lub silnik bez elektrycznych połączeń ślizgowych rotora, w napędach które tego wymagają, szczególnie przy przełączalnej liczbie par biegunów oraz jako przetwornica do zmiany liczby faz i transformator.

Z podręcznika Franciszka Przezdzieckiego pt. „ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA” wydanego przez PWN Warszawa 1974 na str. 317 i 318 oraz na rysunku nr 3.151. znana jest podwójna indukcyjna maszyna elektryczna, stosowana jako silnik trójbiegowy do napędu wind okrętowych, który we wspólnej obudowie mieści dwa trójfazowe niezależne silniki: dwa z osobnymi klatkami uzwojeń rotory osadzone na wspólnym wale i dwa statory. Jeden z uzwojeniami o przełączalnej, drugi o nie przełączalnej i obydwa o różnej liczbie par biegunów.

Podwójna indukcyjna maszyna elektryczna transformatorowo-rotacyjna według wynalazku ma usytuowane współosiowo we wspólnej obudowie dwa transformatory obrotowe o wspólnej osi obrotu, których toroidalne korzystnie o przekroju kwadratowym rdzenie magnetyczne statora, posiadają niezależne, korzystnie trójfazowe uzwojenia.

Istota wynalazku polega na tym, że jedno uzwojenie statora, typowo stosowane w maszynach indukcyjnych lub korzystnie pierścieniowo-krążkowe z uwagi na krótsze połączenia czołowe, przyłączone jest do korzystnie trójfazowej sieci zasilającej, a drugie uzwojenie statatora, typowo stosowane w maszynach indukcyjnych lub korzystnie pierścieniowo-krążkowe z powodu j.w. do jej zacisków wyjściowych. Do nich podłączone są odbiorniki lub oporowe urządzenia rozruchowe i regulacyjne. Natomiast każdy z dwóch jednakowych toroidalnych, korzystnie o przekroju kwadratowym rdzeni magnetycznych rotora, umieszczony jest przeciwlegle pod tym samym kątem względem ich wspólnej osi obrotu. Wewnętrzny lub zewnętrzny względem statora, ma otwarte płytkie żłobki równomiernie rozmieszczone na jego obwodzie od strony żłobków statora. W żłobkach tych umieszczone są jednym bokiem jednakowe, korzystnie o kształcie kwadratowym zezwoje pierścieniowo-krążkowe uzwojenia, które są pojedyncze albo połączone w gwiazdę wieloramienną lub wielobok. Poprzez równoległe do osi obrotu, wspólne wyprowadzenia identycznych przeciwległych osiowo uzwojeń, tworzą ich skojarzone wspólne wielofazowe uzwojenie obu rdzeni rotora. Uzwojenie to sprzęga z sobą uzwojenia obydwu rdzeni statora, które mają, przy ich przełączaniu dla zmiany synchronicznej prędkości obrotowej pola wirującego, jednakową liczbę par biegunów. Nadto każde z nich ma dowolną liczbę faz np. w układach prostowniczych oraz dowolny iloraz ich liczby zwojów dla uzyskania wymaganej przekładni napięciowej obu uzwojeń. Podwójna indukcyjna maszyna elektryczna transformatorowo-rotacyjna, według wynalazku po przyłączeniu korzystnie trójfazowego uzwojenia jednego rdzenia magnetycznego statora do trójfazowej sieci zasilającej wytwarza w nim pole wirujące. Pole wirując indukuje w uzwojeniach rotora SEM transformacji i rotacji, powodując w nich przepływ prądu. Prąd ten wytwarza w jego dwóch toroidalnych rdzeniach, magnetyczne pole wirujące o tej samej liczbie par biegunów, kierunku wirowania i prędkości obrotowej względem statora. Pole to indukuje w uzwojeniu o dowolnej liczbie faz, korzystnie trójfazowym, drugiego rdzenia magnetycznego statora, SEM transformacji i rotacji o częstotliwości równej częstotliwości napięcia przemiennego sieci zasilającej. Indukowana SEM niezależnie od kierunku i prędkości wirowania rotora, poza synchroniczną, również w czasie jego postoju, zasila podłączone do zacisków tego uzwojenia odbiorniki. Przy pracy prądnicowej dostarczając energię mechaniczną do rotora, wymuszając od zera jego obroty w kierunku przeciwnym do kierunku wirowania pola magnetycznego, następuje dodawanie się tej energii do energii elektrycznej pobieranej przez uzwojenie podłączone do sieci zasilającej. Ta sumaryczna energia pomniejszona o straty, zasila podłączone do niego odbiorniki. Przy pracy silnikowej energia elektryczna pobierana z sieci zasilającej przez podłączone do niej uzwojenie, z uwzględnieniem strat, dzielona jest na energię elektryczną pobieraną z zacisków drugiego uzwojenia przez odbiorniki energii elektrycznej oraz na energię mechaniczną pobieraną z rotora. Obraca się on zgodnie z kierunkiem wirowania pola magnetycznego, z poślizgiem zależnym od tego podziału. Włączając regulowane opory jako odbiorniki mamy możliwość regulacji prądu rozruchu, momentu obrotowego i obrotów. Dla przypadku, gdy zaciski drugiego uzwojenia są zwarte i nie zasila ono podłączonych do niego odbiorników, cała energia elektryczna pobierana z sieci zasilającej przez podłączone do niej uzwojenie, po uwzględnieniu strat, zamieniana jest na energię mechaniczną

PL 227 371 B1 odbieraną z rotora i wiruje on z prędkością synchroniczną pomniejszoną o poślizg. Natomiast dostarczając energię mechaniczną do rotora, wymuszając jego obroty ponad prędkość synchroniczną, powodujemy dostarczanie tej energii, pomniejszoną o straty, do elektrycznej sieci zasilającej do której jest podłączony. Dostarczana energia przez silnik mechaniczny, również o małej i zmiennej prędkości wirowania, wspomagana jest dla synchronizacji i wzbudzenia napięcia energią elektryczną pobieraną z sieci energetycznej. Podwójna indukcyjna maszyna elektryczna transformatorowo-rotacyjna według wynalazku może więc pracować, zwłaszcza jako podsynchronicznie wolnoobrotowy generator prądotwórczy, zasilając podłączone do niego odbiorniki elektryczne napięciem o stałej częstotliwości sieci zasilającej niezależnej od jego prędkości obrotowej. Dla braku energii mechanicznej, przy nieruchomym zahamowanym rotorze, powoduje to jego pracę, jako transformator i przez tą cechę, mający szczególne szerokie zastosowanie w Energetyce Odnawialnej, charakteryzującej się nierównomierną również zerową podażą energii. Niezależność wartości częstotliwości od podsynchronicznej i zmiennej prędkości wirowania jego rotora powoduje, że z układu maszyny wyeliminowane są wszelkie przekładnie mechaniczne obrotów, kosztowne i charakteryzujące się niską sprawnością. Znane generatory współpracujące z silnikami napędowymi o małej prędkości wirowania mają duże wymiary, tym większe im niższa jest ich prędkość obrotowa. W przypadku maszyny elektrycznej według wynalazku pracującej jako generator ta zasada nie ma zastosowania, jej wymiary uzależnione są wyłącznie od przenoszonej przez nią mocy elektrycznej. Prędkość wirowania silnika napędzającego maszynę nie ma żadnego wpływu na jej wymiary. Nie istnieje również dolna granica prędkości wirowania silnika napędowego i rotora maszyny elektrycznej według wynalazku dla jej efektywnej pracy. W przypadku maszyny elektrycznej według wynalazku pracującej jako silnik, ma on zastosowanie wszędzie tam, gdzie dotychczas stosowane są silniki indukcyjne pierścieniowe, z dodatkową możliwością zastosowania przełączalnej liczby par biegunów do regulacji prędkości obrotowej, gdzie w silnikach pierścieniowych jest to utrudnione z powodu kosztów. Rozwiązanie to eliminuje potrzebę stosowania kosztownego i w pierwszej kolejności ulegającego awarii uzwojonego rotora, z elektrycznymi połączeniami ślizgowymi. Maszyna elektryczna według wynalazku ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagany jest jednoczesny podział energii pobieranej z sieci elektrycznej, na mechaniczną o zmiennej prędkości obrotowej i elektryczną o stałej częstotliwości napięcia sieci zasilającej pobieraną przez odbiorniki obu rodzajów energii. W przypadku maszyny elektrycznej według wynalazku pracującej jako przetwornica do zmiany liczby faz, korzystnie przy unieruchomionym rotorze, maksymalna, dowolna liczba faz dla każdego z uzwojeń, ograniczona jest tylko liczbą żłobków rdzenia magnetycznego statora, w którym te uzwojenia są umieszczone. Niezależnie czy maszyna elektryczna według wynalazku pracuje jako podsynchroniczny lub nadsynchroniczny generator lub bez pierścieniowy silnik o przełączalnej liczbie par biegunów i regulacją prądu rozruchu, momentu i obrotów, może równocześnie pracować jako przetwornica liczby faz i transformator. Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym pojedynczy rotor maszyny elektrycznej z wewnętrznym rotorem względem statora w przekroju poprzecznym.

Jak pokazuje to rysunek, pojedynczy rdzeń magnetyczny rotora maszyny elektrycznej 1 ma krążki uzwojenia pierścieniowego 2 umieszczone jednym bokiem w jego otwartych żłobkach.

Claims (1)

1. Podwójna indukcyjna maszyna elektryczna transformatorowo-rotacyjna, mająca usytuowane współosiowo we wspólnej obudowie dwa transformatory obrotowe o wspólnej osi obrotu, których toroidalne korzystnie o przekroju kwadratowym rdzenie magnetyczne statora, posiadają niezależne, korzystnie trójfazowe uzwojenia, znamienna tym, że jedno uzwojenie, korzystnie pierścieniowo-krążkowe przyłączone jest do korzystnie trójfazowej sieci zasilającej a drugie uzwojenie, korzystnie pierścieniowo-krążkowe do zacisków wyjściowych, natomiast każdy z dwóch jednakowych toroidalnych, korzystnie o przekroju kwadratowym rdzeni magnetycznych rotora (1), wewnętrzny Iub zewnętrzny względem statora, umieszczony przeciwlegle pod tym samym kątem względem ich wspólnej osi obrotu, w otwartych płytkich żłobkach równomiernie rozmieszczonych na jego obwodzie od strony żłobków statora, ma umieszczone jednym bokiem jednakowe,

PL 227 371 B1 korzystnie o kształcie kwadratowym zezwoje pierścieniowo-krążkowe (2) uzwojenia, które są pojedyncze albo połączone w gwiazdę wieloramienną lub wielobok i poprzez równoległe do osi obrotu wspólnie wyprowadzenia z identycznym przeciwległym osiowo uzwojeniem, tworzy ich skojarzone wspólne wielofazowe uzwojenie obu rdzeni rotora, które sprzęga z sobą uzwojenia obydwu rdzeni statora o jednakowej liczbie par biegunów oraz każde o dowolnej liczbie faz i dowolnym ilorazie ich liczny zwojów.