Электрическая машина постоянного тока

 

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая разъемную магнитную станину, главные и добавочные полюса, включенные в цепь якоря компенсационную обмотку и обмотку i возбуждения, выполненные в виде групп катушек из ферромагнитных и неферромагнитных полосовых проводников, обхватыванлцих магнитную станину, отличающаяся тем, что, с целью повьшения перегрузочной способности и коммутационной надежностипутем расширения зоны компенсации реакции якоря, компенсационная обмотка выполнена распределенной по полюсной дуге и состоит из трех частей, средняя из которых является ферромагнитной , две крайние являются неферромагнитными , например медными,, обмотка возбуждения выполнена из двух проводников, ферромагнитного и неферромагнитного, и намотана совместно с крайними частями компенсат ционной обмотки в виде тройной спирали , при этом сердечники добавочных 9 полюсов выполнены в виде продольных (Л ферромагнитных стержней, укрепленных на внутренней стороне магнитной, с станины, а их катушки образованы продолжением витков крайних частей компенсационной обмотки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае аи

4(51) Н 02 К 23 22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 с, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3618527/24-07 (22) 11.07.83 (46) 07.02.85. Бюл. У 5 .(72) Ю.Л.Черников (71) Северо-Западный заочный политехнический институт (53) 621.313.2(088.8) (56) 1. Арнольд Э., Лакур П. Машины постоянного тока. Т.1, ГТИ. 1931, с ° 80.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 1020930, кл. Н 02 К 23/22, 1983. (54) (57) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая разъемную магнитную станину, главные и добавочные полкса, включенные в цепь якоря компенсационную обмотку и обмотку ! возбуждения, выполненные в виде групп катушек из ферромагнитных и неферромагнитных полосовых проводников, обхватывающих магнитную станину, о т— л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения перегрузочной способности и коммутационной надежности путем расширения зоны компенсации реакции якоря, компенсационная обмот- ка выполнена распределенной по полюс.ной дуге и состоит иэ трех частей, средняя из которых является ферромагнитной, две крайние являются неферромагнитными, например медными,, обмотка возбуждения выполнена из двух проводников, ферромагнитного и неферромагнитного, и намотана совместно с крайними частями компенсационной обмотки в виде тройной спирали, при этом сердечники добавочных полюсов выполнены в виде продольных ферромагнитных стержней, укрепленных на внутренней стороне магнитной, станины, а их катушки образованы продолжением витков крайних частей компенсационной обмотки.

1138896

Изобретение относится к электро- 1 машипостроению и может быть использовано при производстве электрических машщн постоянного тока средней и большой мощности. .5 Известны электрические машины постоянного тока, содержащие, разъемную магнитную станину, главные полюса и катушки возбуждения, выполненные из меди и охватывающие магнитную 10 станину подобно обмотке кольцевого якоря (1) .

Недостаток таких машин — ограни ченная область их применения, что связано с невозможностью размещения в междуполюсном пространстве, занятом.катушками обмотки возбуждения, добавочных полюсов, Наиболее близкой к изобретению является электрическая машина посто- рб янного тока, в которой охватывающие магнитную станину катушки кроме катушек возбуждения включают в себя части, являющиеся компенсационной обмоткой и обмоткой добавочных полю- 25 сов. B пределах каждого полюсного деления размещена следовательно, не одна катушка, а группа катушек, принадлежащих различным обмоткам, при этом все катушки выполнены из чередующихся ферромагнитных и неферромагнитных, например медных, полосовых проводников. Магнитный поток проходит непосредственно по ферромагнитным токонесущим слоям катушек. 35

Благодаря этому в машине достигается существенное снижение расхода активных материалов и уменьшение габаритов при одновременном повышении перегрузочной способности и ком- 4О мутационной надежности, что обеспечивается благодаря применению компенсационной обмотки и добавочных по люсов(2).

Однако применение компенсационной 45 обмотки.не обеспечивает возможного максимума перегрузочной способности и коммутационной надежности известной машины, так как наличие компенсационной обмотки не приводит к пол- 50 ной компенсации реакции якоря. Это связано с сосредоточенным характером компенсационной обмотки, которая выполнена в виде катушки, размещенной в зазоре между двумя катушками 55 возбуждения. Сосредоточенная компенсационная обмотка и равномерно распределенная обмотка якоря при любой нагрузке машины дают различное распределение МПС на полюсном делении и, следовательно, принципиально не могут быть полностью скомпенсированы.

Это приводит к искажению формы главного поля возбуждения и повьппению напряжения между коллекторными пластиками, что ведет к снижению перегрузочной способности и коммутационной надежности машины. Эти же показатели машины-прототипа ухудшаются вследствие более сильного, чем в обычной конструкции машины. постоянного тока, насьпцения добавочных полюсов, сердечники которых являются совмещенными обмотками-магнитопроводами.

При перегрузках ток.якоря и обмотки добавочных полюсов возрастают, при этом рост насьпцения добавочного полюса определяется не только увеличением магнитного потока полюса, но и ростом тока в ферромагнитных проводниках его катушки, образующих сердечник. Рост магнитного потока полюса отстает от роста тока, при значительных перегрузках добавочные полюса не создают требуемого коммутирующего поля.

Цель изобретения — повышение перегрузочной способности и коммутационной надежности машины.

Указанная цель достигается тем, что в электрической машине постоянного тока, содержащей разъемную магнитную станину, главные и добавочные полюса, включенные в цепь якоря компенсационную обмотку и обмотку возбуждения, выполненные в виде групп катушек из ферромагнитных и неферромагнитных полосовых проводников, обхватывающих магнитную станину, компенсационная обмотка выполнена распределенной по полюсной дуге и состоит из трех частей, средняя из .которых является ферромагнитной, две крайние являются неферромагнитными, например медными, обмотка возбуждения выполнена из двух проводников, ферромагнитного и неферромагнитного, и намотана совместно с крайними частями компенсационной обмотки в виде тройной спирали, при этом сердечники добавочных полюсов выполнены в виде продольных ферромагнитных стержней, укрепленных на внутренней стороне магнитной станины, я их катушки образованы продолжением витков крайних частей компенсационной обмотки.

3 11388

На фиг. 1 показаны главный полюс машины и сегментный участок якоря; на фиг. 2 — схема распределения токов в катушках главного полюса; на фиг. 3 — кривые распределения MjlC компенсационной обмотки и якоря на двойном полюсном делении для электрической машины предлагаемой конструкции; на фиг. 4 — то же, для машиныпрототипа, 10

Электрическая машина содержит якорь 1, магнитную станину 2 и охватывающие ее подобно обмоткам кольцевого типа группы катушек, одна из которых показана на фиг. 1. Штриховы- 1g ми линиями указаны начала следующих групп катушек, число которых в машине равно ислу полюсов, так как каждая из групп катушек является главным полюсом. Каждая группа состоит из 20 трех катушек: средней катушки 3 и двух крайних 4. Катушка 3 выполнена из ферромагнитного проводника и является средней. частью компенсационной обмотки. Две.крайние части этой об- 2 мотки входят в состав катушек 4» каждая из которых подразделена на различные по составу проводников участки 5 и 6. Участки 5 катушек 4 включают в. себя витки 7 компенсационной обмотки, выполненные из медного полосового проводника, а также витки 8 и 9 обмотки возбуждения, выполненные соответственно из ферромагнитного и неферромагнитного npoÇ5 водников. Для совмещения в одном объеме крайних частей компенсационной обмотки и обмотки возбуждения участки 5 катушек 4 получены путем совместной намотки полосовых проводников 7 — 9 в виде тройной спирали.

Участки 6 катушек 4 являются продолжением витков 7 крайних частей компенсационной обмотки, которые образуют катушки добавочных полюсов. 4

Сердечники добавочных полюсов 10 выполнены в виде, продольных стержней, закрепленных на внутренней стороне магнитной станины 2. Сердечниками главных полюсов является при этом совокупность ферромагнитных проводников обмотки возбуждения и компенсационной обмотки. Сечения ферромагнитного проводника средней части 3 компенсационной обмотки и медного H проводника 7 ее крайних частей долж4 ны быть согласованы так, чтобы линейная нагрузка компенсационной обмотки была постоянной, что с учетом большей допустимой плотности тока в медных проводниках 7 обеспечивается при меньшей их толщине по сравнению с ферромагнитными проводниками средней части 3 компенсационной обмотки, С целью повышения использования системы возбуждения якорь 1 электрической машины и добавочные полюса 10 могут быть выполнены большей, чем магнитная станина 2, длины на величину, равную удвоенной высоте проводников обмоток возбуждения и компенсационной (фиг. 1) . На фиг. 2 все части главного полюса показаны схематически. Плюсами и минусами в кружках указаны направления токов в катушках, полюсное деление обозначено . Якорь 1 машины может иметь и любую из известных конструкций.

Машина работает следующим образом.

При протекании постоянного тока по обмотке возбуждения создается главное поле возбуждения, кривые ХДС которого (Р ) и индукции (В) показаны на,фиг ° 3. Взаимодействуя с током . якоря 1 машины, главное поле создает вращающий электромагнитный момент.

Одновременно ток якоря создает поле

3» реакции якоря (фиг. 3, кривая F ), а тот же ток, протекая по компенсационной обмотке, создает поле, кривая ИДС которого обозначена (фиг. 3} символом Р„ . Для компенсаций реак. ции якоря в пределах главного полю-. са шириной Ъп характер изменения поля F должен быть линейным. Это достигается постоянством линейной

/ нагрузки распределенной компенсационной обмотки на полюсной дуге Ъп.При обеспечении равенства линейных нагрузок компенсационной обмотки и обмотки якоря реакции якоря на полюсной дуге Ъ полностью компенсируется.

За пределами полюсной дуги, где размещены участки 6 катушки 4, являющиеся продолжением витков компенсат ционной обмотки и образующие катушки .добавочных полюсов, линейная нагрузка резко возрастает. Это является следствием тока, что витки медного проводника. располагаются здесь рядом, а не чередуются с проводниками обмотки возбуждения, как это имеет место на участках 5 катушки 4. При этом в части междуполюсного окна, примы- кающей к сердечнику добавочного попю1138

I са 10, образуется избыточная МДС компенсационной обмотки (фиг. ЗР ).

Она является избыточной по отношению к подлежащей компенсации МДС реакции якоря в зоне добавочного полюса, поэтому она создает коммутирующее поле этого полюса..В результате достигается полная компенсация реакции якоря на полюсном делении и оптимальное распределение поля возбуждения и добавочных полюсов.

По отношению к прототипу, кривые распределения ИДС и индукции которого представлены на фиг. 4, достигается устранение искажений главного поля реакцией якоря при перегрузках.

Как следует из этих кривых степень искажений по меньшей мере пропорциональна перегрузке машины, т.е. индукция под одним краем полюса может превышать индукцию под другим его краем в 2-3 и более раз. Известно, что максимальное напряжение между коллекторными пластинами, определяющее перегрузочную способность и коммутационную надежность машины, пропорционально коэффициенту искажения главного поля. Следовательно, 896 6 в предлагаемой конструкции для машин с. резко переменной нагрузкой этот показатель улучшается по крайней мере в 2-3 раза.

Преимущества в части перегрузочной способности и коммутационнои надежности машины обусловлены также наличием в предлагаемой конструкции нетокопроводного сердечника добавочного полюса, вместо токонесущего

fO

Экс.сердечника в известной машине. периментальные исследования, проведенные на модели добавочного полюса известной машины, показали, что при

2,5-кратной перегрузке магнитная

f$ з ечпроницаемость токонесущего серд ника снижается из-за насыщения полем .собственного тока на 20-30Х, что вызывает уменьшение потока добавочного ого полюса и неполную компенсацию реактивной ЗДС коммутируемой секции якоря. В предлагаемой конструкции этот недостаток полностью устранен.

25 Таким образом, перегрузочная способность и коммутационная надежность предлагаемой машины существенно повышаются.

1138896

1138896

Составитель С.Шутова

Редактор А.Иотыль ТехредМ.Гергель КорректоР М.Леонтюк

Заказ 10702/42 Тираж 646 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035,, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4