195598. lajstromszámú szabadalom • Permanens mágneses kiegészítő szinkron forgórész aszinkron motorokhoz
1 195 598 2 A találmány tárgya permanens mágneses kiegészítő szinkron forgórész aszinkron motorokhoz, tetszőlegesen választható teljesítménytényezővel. A találmányra az jellemző, hogy a villamos motor állórészc és forgórésze közötti légrésbe egy olyan kiegészítő szinkron forgórész van szerelve, amelynek anyaga permanens mágnes és az aszinkron motor tengelyére vagy a forgórésztekercs fejére, illetve a forgórészkalicka rövidrezáró gyűrűjére közvetlenül vagy közvetve van csapágyazva. Ezt a szerkezeti elrendezést úgy is ki lehet alakítani, hogy a motor tengelyére szoros illesztéssel felhúzott forgórész külső peremeire vannak felszerelve a csapágyak, amelyen a kiegészítő szinkron forgórész fut és ezt a kalicka veszi körül. A kalicka anyaga alumínium, vagy egyéb fém, amelyet a tengelyre reteszekkel rögzített tárcsák hordoznak, Az aszinkron villamos motorok elve ismert. A hálózatból felvett látszólagos teljesítmény /S=UsIs/VA/ fedezi a motor mágnesezési energiáját /Q=UsIssin fii, illetve a felvett wattos teljesítményt. /Pf=UsIs cos fi /W/ ahol S = látszólagos teljesítmény Us = feszültség Is = áramerősség Q = meddő teljesítmény ifi ■ - az áram és feszültségvektörok közötti szög cos ifi = teljesítménytényező Pf = hálózatból felvett teljesítmény A hálózatból felvett teljesítmény egy része a veszteségek /Pv/ fedezésére és a tengelyen leadott hatásos teljesítmény /Pfi/ fedezésére szolgál. A meddő teljesítmény IQI lényegében statikus fázisjavító kondenzátorok alkalmazásával kompenzálható, igen költséges pótlólagosan építendő berendezésekkel. Az aszinkron motorok hatásfokát a Ph/Pf hányadossal definiáljuk, ahol Pj, =a tengelyen hasznosítható teljesítmény Pf = a hálózatból felvett teljesítmény. . Ha tehát mód van a wattos teljesítmény /hálózatból felvett teljesítmény, azaz Pf/ csökkentésére, akkor a hatásfok is javítható. A teljesítménytényezőt /cos fil a fázisjavító kondenzátorok mellett egyéb módon is igyekeztek a konstruktőrök megjavítani. Ilyen megoldást ismertet például a DE 3,232.914 lajstromszámú szabadalmi leírás, amely hiszterézismotor forgórészére vonatkozik. Ez a forgórész üreges hengerként van kiképezve, amely a forgógép üzeme közben radiális irányban van mágnesezve. iA nagy fordulatszámmal járó forgórész egy centrifugamotor hajtóeleme, s a forgórész egyik végéhez egy olyan agy csatlakozik - hegesztés vagy egyéb kapcsolat révén —, amellyel a forgórész egy egységet képez. A szerkezetre az jellemző, hogy a forgórész és az agy közötti növelt mágneses ellenállás kialakítása érdekében a forgórésznek az állórészen kívül csökkentett falvastagsága van. A forgórész ezen részének nagy mágneses ellenállása azzal jár, hogy a mágneses erővonalak majdnem kizárólagosan a hiszterézismotor légrésén keresztül haladnak át és mind a motor hatásfokát, mind pedig a teljesítménytényezőt javítják. A DE 2,832.165 lajstromszámú szabadalmi leírásból ismert egy olyan megoldás, amely szerint egy reluktanciagenerátor tengelyét mágnesesen vezető anyagból készítik . Erre van szerelve a forgórész, míg a tengelyre egy erővonalterelő elem van rögzítve. A generátor tengelyinek mágneses fluxusa a generátor középső részében koncentrálódik, ahol a legkisebb mágneses ellenállást kell legyőzni, mivel a ferromágneses anyagú erővonalterelő elem a geijesztőtekercs középső részét és a tengelyt tölti ki. Ezek a megoldások nem operálnak a forgó mágneses mezővel, ezért a teljesítménytényező javításának mértéke változó. A találmány révén azt a célt tűztük ki, hogy olyan aszinkron motort konstruáljunk, amelynek kialakításával a hálózat hatásos teljesítménnyel történő igénybevételét jelentős mértékben meg lehet növelni, s ezzel párhuzamosan mérsékelhető a fogyasztói végpontok statikus fázisjavító kondenzátorokkal történő kompenzálása, illetve csak az egyéb villamos gépek meddőenergiaigényét kell biztosítani. A találmány tehát permanens mágneses kiegészítő szinkron forgórész aszúikron motorokhoz, amelynek segítségével — állandósult üzemben — a szinkron forgó mezővel kvázi együttforgó /szabadonfutó/ permanens mágnes anyagú kiegészítő szinkron forgórész lehetővé teszi többlet mágnesező energia bevitelét, ezzel pedig: — gerjesztési szükséglet mérséklődik /réz csökkentés/, ami az HR j rézveszteség a primer oldalon/ csökkentésével jár, így a hatásfok javítható,- a hálózatból felvett meddő energia jelentősen csökken /tetszőleges üzemi ponthoz állítható be a cos fi = 1/ illetve ez esetben ez Q=0-át- nincs meddő teljesítmény - jelent, és ezzel együtt csökken a motor villamosenergia fogyasztása is/. A fentiekben leírt módon egyesíteni lehet a szinkron és aszinkron motorok üzemi tulajdonságainak előnyeit. A találmány céljaként kitűzött feladatot úgy oldottuk meg, hogy a motor állórésze és forgórésze közötti légrésbe egy kiegészítő, szabadonfutó szinkron forgórészt építettünk be, amely találmány szerinti megoldásnak megfelelően permanens mágnes anyagú henger, vagy körgyűrű alakú tárcsa, s ezt az aszinkron motor tengelyére például tűgörgős vagy egyéb csapágyazással szereltük fel. Ily módon a kiegészítő szinkron forgórészhez alkalmazott mágnes minőségétől függően egy adott üzemi ponthoz tetszőleges cos fi választható. Ennél kisebb terhelésekre a gép kapacitív jellegű, vagyis úgy viselkedik, mint a túlgeijesztett szinkronmotor: a kiválasztott munkaponthoz rendelt cos fi = 1 feletti terhelésekre a meddőáramszükséglet értelemszerűen kisebb lesz, mint a hagyományos aszinkron motoroké. A találmányt a leíráshoz mellékelt rajzok segítségével részletesen is ismertetjük. A rajzok közül az y 1. és 2. ábra belső forgórészű aszinkron motorokat ismertet, az állórész és forgórész közötti légrésbe épített kiegészítő szinkron forgórésszel, a 3. és 4. ábrák belső forgórésszel rendelkező aszinkron motor forgórészén belül elrendezett kiegészítő szinkron forgórészű motorbelsőt mutatnak, - vázlatosan, - végül az 5 ábrán közbülső forgórészű aszinkron motor esetén alkalmazható kiegészítő szinkron forgórészes változatot láthatunk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
