Синхронная электрическая машина с магнитным подвесом ротора

Полезная модель относится в области электротехники, а более конкретно к бесконтактному удержанию вращающихся роторов синхронных электрических машин.

Задача настоящей полезной модели - улучшение массогабаритных показателей синхронной электрической машины с магнитным подвесом ротора, за счет выполнения статорной обмотки в виде двух электрически несвязанных частей.

Указанная цель достигается тем, что, в синхронной электрической машине с магнитным подвесом ротора, содержащей статор и ротор, выполненный из немагнитного материала, с обмоткой возбуждения из сверхпроводящего материала, магнитные подшипники, установленные на торцах статора, который имеет обмотку, выполненную по схеме нулевого потока и разделенную на две одинаковые электрически несвязанные части, симметрично расположенные относительно середины статора.

Полезная модель относится в области электротехники, а более конкретно к бесконтактному удержанию вращающихся роторов синхронных электрических машин.

Известны электрические машины с магнитным подвесом ротора (Метлин В.Б. Магнитные и магнитогидродинамические опоры. - М.: Энергия, 1968. 191 с.) в которых ротор удерживается в подвешенном состоянии с помощью магнитных подшипников, расположенных по торцам статора. Использование магнитных подшипников - автономных устройств приводит к ухудшению массогабаритных показателей всей электрической машины.

Известна синхронная электрическая машина с магнитным подвесом ротора (Ким К.К., Федосов М.И. Синхронная машина с радиальным стабилизирующим эффектом вращающегося ротора //Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт, 1983, №5. С.33-42), выбранная в качестве прототипа. Данная машина содержит статор и ротор из немагнитноро материала, обмотку возбуждения из сверхпроводника, магнитные подшипники. Для увеличения показателя ^P/_G (Р - полезная мощность машины, G - вес машины и магнитных: подшипников о вспомогательными устройствами) статорная обмотка выполнена так, чтобы часть радиальной удерживающей силы подвеса ротора создавалась рабочим полем машины. Для этого катушечные группы статорной обмотки (петлевой), сдвинутые одна от другой на 180 пространственных градусов, соединяются параллельно, образуя контур, называемый в дальнейшее контуром нулевого потока. Последовательное (или параллельное) соединение полученных контуров нулевого потока образует фазу обмотки. Две другие фазные обмотки строятся аналогично.

Таким образом, при заданной мощности машины соединением статорной

обмотки по схеме нулевого потока можно получить часть электромагнитной удерживающей силы с помощью рабочего поля машины, т.е. снизить нагрузку, приходящуюся на магнитные подшипники.

Появление электромагнитной удерживающей силы связано с радиальным смещением ротора относительно статора, если имеется только перекос ротора, т.е. положение ротора характеризуется углом нутации при совпадающих центрах инерции ротора и статора радиальная удерживающая сила не возникает. Это объясняется следующим. Для простоты рассмотрим случай, когда фаза обмотки представлена одним контуром нулевого потока. При нутации (перекосе) ротора величина магнитного потока возбуждения, сцепленного с витком статорной обмотки, не изменяется. Это связано с тем, что увеличение потока возбуждения в одной половине витка статорной обмотки точно компенсируется уменьшением потока в другой половине того же витка.

Аналогичное имеет место и в другом витке, который вместе с рассмотренным выше витком образует контур нулевого потока. Так как оба витка сцеплены с одним и тем же по величине потоком возбуждения, то фазный ток поровну распределяется между ними и сумма радиальных электромагнитных сил, действующих на ротор, равна нулю.

В данной синхронной электрической машине с магнитным подвесом перекос ротора ликвидируется с помощью магнитных подшипников, что приводит к необходимости увеличивать мощность последних, а, следовательно, ухудшать их массогабаритные показатели

Задача настоящей полезной модели - улучшение массогабаритных показателей синхронной электрической машины с магнитным подвесом ротора, за счет выполнения статорной обмотки в виде двух электрически несвязанных частей.

Технический результат достигается тем, что, в синхронной электрической машине с магнитным подвесом ротора, содержащей статор и ротор, выполненный из немагнитного материала, с обмоткой возбуждения из

сверхпроводящего материала, магнитные подшипники, установленные на торцах статора, который имеет обмотку, выполненную по схеме нулевого потока и разделенную на две одинаковые электрически несвязанные части, симметрично расположенных относительно середины статора.

Схема заявляемой синхронной электрической машины с магнитным подвесом ротора представлена на чертеже. Статор 1 несет на себе две одинаковых электрически несвязанных обмотки, каждая из которых выполнена по схеме нулевого потока. Позициями 2 и 2', 3 и 3' обозначены витки, образующие контур нулевого потока в каждой из обмоток. Ротор 4 изготовлен из немагнитного материала, например из нержавеющей стали [Глебов И.А., Данилевич Я.Б., Шахтарин В.Н. Турбогенераторы с использованием сверхпроводимости. Л.: Наука, 1981. C.I 1-13]. На роторе 4 жестко закреплена обмотка возбуждения 5, выполненная из сверхпроводящего материала, например, ниобий-титанового сплава [Шереметьевский Н.Н. Криогенные электрические машины. М.: Энергоатомиздат, 1985. С.16-18]. Магнитные подшипники 6 [Метлин В.Б. Магнитные и магнитогидродинамические опоры. М.: Энергия, 1968. С.41-54], расположены на торцах статора 1.

Работа машины происходит следующим образом при возникновении перекоса ротора 4, определяемом некоторым углом нутации , витки статорной обмотки, образующие контур нулевого потока, имеют неодинаковые по величине потокосцепления возбуждения (данный магнитный поток создается обмоткой возбуждения 5). Потокосцепление возбуждения витка 2 не равно потокосцеплению витка 2' неодинаковы также потокосцепления возбуждения витков 3 и 3' . В результате этого токи между витками 2 и 2'; а также между витками 3 и 3' неодинаковы и как следствие этого образуется радиальная электромагнитная сила. Направление этой силы на одной половине ротора будет одно, на другой - противоположное. Возникает пара сил (F₁, F₂), образующая момент относительно центра инерции ротора, направленный в сторону уменьшения угла нутации.

При возникновении радиального смещения ротора 4, его «подавляют»

магнитные подшипники 6, расположенные на торцах статора 1

Заявляемая синхронная машина с магнитным подвесом ротора по сравнению с прототипом обладает улучшенными массогабаритными показателями, нежели прототип, так как удерживающая радиальная электромагнитная сила возникает в машине и при перекосе ротора.

Синхронная электрическая машина с магнитным подвесом ротора, содержащая статор и ротор, выполненный из немагнитного материала, с обмоткой возбуждения из сверхпроводящего материала, магнитные подшипники, установленные на торцах статора, который имеет обмотку, выполненную по схеме нулевого потока, отличающаяся тем, что статорная обмотка разделена на две одинаковые электрически несвязанные части, расположенные симметрично относительно середины статора.