Способ определения числа витков обмотки возбуждения машины постоянного тока последовательного возбуждения
Изобретение относится, к электромашиностроению и используется при испытаниях электрических машин постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности, уменьшение перегревов обмоток и повышение КПД машины при использовании способа определения числа,витков обмотки возбуждения ма шины постоянного тока последовательного возбуждения. Схема испытаний включает испытуемую машину (ИМ) 1, работающую в режиме двигателя, нагрузочную машину (НМ) 2, работающую в режиме генератора, вольтдобавочный генератор (ВГ) 3, линейный генератор 4, обмотку возбуждения 5 ИМ 1, обмотку возбуждения 6 НМ 2 и подпиточный генератор (ПГ) 7. ВГ 3 включен в цепь якоря ИМ 1. Способ заключается в корректировке витков обмотки полюсов ИМ 1 путем моделирования изменения витков изменением тока, протекающего через эту обмотку. Измеряют токи, частоту вращения, уровень искрения коллектора. В качестве контролируемого параметра используют температуру нагрева обмоток главных полюсов, добавочных полюсов, якоря и коллектора ИМ. Изменение числа витков главных полюсов моделируют, устанавливая соотношение между токами якоря Ij, и возбуждения Ig в соответствии с 1 Ij,W-/W(,, где W - номинальное число витков обмотки главных полюсов; ifi (Л 1ЧЭ ю Ч
СОЮЗ СОВЕТСКИХ .
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (5D4G 01 R 31 34
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3773538/24-07 (22) 20.07.84 (46) 15.12.86. Бюл. Ф 46 (7 1) Харьковский политехнический институт (72) О.P.Мандрыка, M.П.Крупеня и В.В.Петренко (53) 621.713(088.8) (56) Мандрына О.Р. и др. Исследование возможности повышения момента тяговых двигателей постоянного тока. — Электротехника, 1983.
Желве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Л.: ГЭИ, 1959, с. 236-246. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧИСЛА ВИТКОВ
ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ (57) Изобретение относится. к электромашиностроению и используется при испытаниях электрических машин постоянного тока. Цель изобретения — повышение точности, уменьшение перегревов обмоток и повышение КПД машины при использовании способа определения числа, витков обмотки возбуждения ма-> шины постоянного тока последовательного возбуждения. Схема испытаний включает испытуемую машину (ИМ) 1, работающую в режиме двигателя, нагру зочную машину (НМ) 2, работающую в режиме генератора, вольтдобавочный генератор (ВГ) 3, линейный генератор
4, обмотку возбуждения 5 ИМ 1, обмотку возбуждения 6 HM 2 и подпиточный генератор (ПГ) 7. ВГ 3 включен в цепь якоря ИМ 1. Способ заключается в корректировке витков обмотки полюсов
ИМ 1 путем моделирования изменения витков изменением тока, протекающего через эту обмотку. Измеряют токи, частоту вращения, уровень искрения коллектора. В качестве контролируемого параметра используют температуру нагрева обмоток главных полюсов, добавочных полюсов, якоря и коллектора
HN. Изменение числа витков главных полюсов моделируют, устанавливая соотношение между токами якоря I u возбуждения I в соответствии с I =
I 1277027 — ближайшее целое число к Ы„. ИзI меняя напряжение на выводах обмотки возбуждения, регулируя ток в цепи обмотки якоря и напряжение, приложенное к испытуемой машине, стабилизируют частоту вращения на уровне номинальной и после установления теплового режима вновь измеряют температуры Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к испытанию электрических машин постоянного тока с последовательным возбужцением, например тяговых электродвигателей. 5 Испытания электрических машин подразделяются на промышленные и иссле— довательские. Промышленные испытания проводятся с целью определения соответствия изготовленных машин требованиям технической документации и выполняются в объеме и методами, оговоренными соответствующими ГОСТ и ТУ. о Исследовательские работы (испыта- 15 ния) проводятся с целью повышения технико †экономическ показателей машины и выполняются не только в объеме ГОСТ, но и по специальным программам, часто с помощью специальных методов 20 измерений и приборов. Как правило, исследовательские работы выполняются на макетных образцах, предшествующих опытной партии. Однако и на серийно выпускаемых машинах исследовательские работы (испытания) продолжаются, так как наибольший экономический эффект получается при улучшении технико-экономических показателей машин массового выпуска. 30 Предлагаемый способ относится к исследовательским испытаниям электрических машин постоянного тока с последовательным возбуждением. Он может быть применен и к опытным образцам и к серийно выпускаемым электрическим машинам. Цель изобретения - повышение точности и уменьшение перегревов обмоток и повышение КПД машины. 40 На фиг.1 изображена схема проведения испытаний; на фиг.2 — кривые, укаэанных обмоток, якоря и коллектора, выявляют максимальные перегревы, сопоставляют их с максимальным перегревом в номинальном режиме и допустимым перегревом и повторяют цикл испытаний до получения максимальной температуры элементов машины, меньшей допустимого значения. 2 ил. с помощью которых определяется оптимальное откорректированное число витков в обмотке главных полюсов. Схема испытаний включает испытуемую машину 1, работающую в режиме двигателя, нагрузочную машину 2, работающую в режиме генератора, вольтодобавочный генератор 3, линейный генератор 4, обмотку 5 возбуждения испытуемой машины 1, обмотку 6 возбуждения нагрузочной машины 2 и подпиточный генератор 7, включенный параллельно обмоткам возбуждения 5 и 6. Вольтодобавочный генератор 3 включен в цепь якоря испытуемой машины. Подпиточный генератор 7 предназначен для подпитки обмоток главных полюсов при имитации разного числа витков W главных полюсов. С его помощью в обмотке возбуждения главных полюсов устанавливают ток, отличный от тока якорной цепи. На фиг.2 вертикальные линии соответствуют ограничениям: 8 — по температуре якоря ь, 9 — по температуре главных полюсов с,„, 10 — по температуре добавочных полюсов „, 11 — по плотности тока под щетками. Витки катушки главного полюса W испытуемой машины 1 выбираются расчетным путем на стадии проектирования. Однако при использовании в машине узлов новой конструкции, изготовленных по новой технологии или из новых материалов, возможны такого рода расхождения расчета и опыта, когда при испытаниях одна из обмоток имеет недопустимое превышение температуры, в то время как другие недостаточно нагружены по теплу. Одним из наиболее простых в производстве способов получения "соразмерной" ма1277027 шины является способ изменения чис— ла витков катушек главных полюсов W при котором изменяются ток якорной цепи I, магнитный поток У и, соответственно, потери мощности во всех об- 5 мотках. Обычно по результатам испытаний расчетным путем выбирают новое число витков и изготавливают новый комплект катушек. Для того, чтобы в процессе испытаний не изменять числа витков катушек главных полюсов, что сложно технологически и удорожает испытания, влияние изменения числа витков моделируют пропорциональным изменением 15 тока, протекающего по ним. Корректировку числа витков обмотки главных полюсов проводят в следующей последовательности. Измеряют электрическое сопротивле- 20 ние обмоток при температуре окружающей среды. Выполняют запуск схемы взаимной нагрузки испытуемой машины 1. Изменяют ток возбуждения вольтодобавочного генератора 3 и устанав- 25 ливают номинальный ток двигателя 1. Регулируя ток возбуждения линейного генератора 4, подводят к двигателю номинальное напряжение. Измеряют при этом номинальную частоту вра- 30 щения, температуру главных, добавочных полюсов, температуру якоря и коллектора, а также степень искрения под щетками и мощности, потребляемые нагрузочной 2 и испытуемой 1 машинами. Сопоставляют температуру главных, добавочных полюсов, якоря и коллектора и выявляют наиболее нагретый узел. Для улучшения качества этого щ узла было бы необходимо уменьшить количество витков обмотки главных .полюсов до ближайшего от W„ целого числа, например до-4, . Согласно предлагаемому способу не g5 изменяют число витков, а моделируют его путем изменения тока возбуждения относительно тока якоря I< в соотношении Wi I = I Я 1т н путем изменения напряжения подпиточного генератора 7. Во всех дальнейших режимах работы соотношение между 55 токами возбуждения и якоря поддерживается постоянным. Из-за изменения тока возбуждения происходит изменение магнитного потока, частоты вращения испытуемой электрической машины. Для стабилизации частоты вращения испытуемой машины 1 на уровне номинальной изменяют ток якоря, регулируя напряжение вольтодобавочного генератора 3. Далее измеряют напряже. ние на обмотке возбуждения .5 U u устанавливают в соответствии с ним W„ и с соотношением — — напряжение ис1 н пытуемой машины 1 W„ U =U -U (— --1) н е 1 н где U„номинальное напряжение линейного генератора 4. Изменение напряя<ения производят, регул .."уя напряжение линейного генератора. После установления частоты вращения и теплового режима производят замер температуры главных, добавочных полюсов якоря и коллектора и сопоставляют максимальную из замеренных температур с допустимой. B случае превышения допустимого значения повторяют цикл изменения соотношения между токами возбуждения и якоря, выбирая новое соотношение где W целое число. Испытания повторяют, моделируя разные числа витков в обмотке главных полюсов У; <, W; z и т д. Полу ченную в результате испытаний информацию анализируют, например, с помощью графиков. Строят кривые (фиг.2) зависимости превышений температур обмоток главных полюсов <,„, добавочных полюсов я, а также кривую, характеризующую зависимость КПД от числа моделируемых витков обмотки главных полюсов. С учетом технологических разбросов выбирают в качестве допустимых превышений температур обмоток полюсов с изоляцией класса Г (с " = о =140 С) обмотки якоря с изоляцией класса Н (i „=150 С) . Эти ограничения изображают (фиг.2) в виде вертикальных линий: 10 — ограничение по превышению температуры обмотки добавочных полюсов, 9 — ограничение по превышению температуры обмотки главных полюсов, 8 ограничение по превышению температуры обмотки якоря. Кроме то1277027 При анализе потерь, выделяемых в .обмотке главных полюсов, исходим из того, что при изменении числа витков 40 сечение катушки возбуждения Q„ сохраняется неизменным Тогда сечение одного витка обратно гропорционально числу витков W gк Сопротивление QGMQ TKH возбужцения может быть выражено следующим образом: 50 2 1И,2 С И к 2р1 И R г где 0 — удельное сопротивление обмотки с длиной витков 1 при числе пар полюсов р, Потери мощности в обмотке возбуждения ro проводят вертикальную линию 11, изображающую ограничение по допустимой плотности тока под щетками, ко L торая принята 1 =18 A/ñì, По фиг.2 устанавливают дйапазон витков (например, 18 — 21), в котором возможна надежная работа испытуемой машины. Из этого диапазона выбирают оптимальное число витков (например, 18), при ко- 10 тором обеспечивается максимальное значение КПД. С ростом числа витков обмотки возбуждения W возрастает магнитный поток Р, поэтому требуемый от двигате- 1S ля вращающий момент, определяемый, в основном, величиной электромагнитного момента N = С,„ФХ,, достигается при меньшем токе якорной цепи I, который в случае последовательного возбуж-20 дения протекает и через обмотку добавочных полюсов. Потери в обмотке добавочных полюсов являются чистоомическими. Поэтому превышение температуры этой обмот- 2S ки с „ (H .2) падает с ростом числа витков W» практически прямо пропорционально l При изменении числа витков И двигатель должен развивать один и тот же вращающий, момент, следовательно, произведение,Р I< должно быть постоянным. В связи с ограничениями по весу и габаритам двигатель в номинальном режиме работает с насыщенным магнитопроводом, поэтому магнитный поток Ф, а следовательно, и ток двигателя I изменяются в малых пределах. Например, для тепловозного двигателя ЭД-121Л при увеличении числа витков И с 18 до 22 (на 22K) ток двигателя I уменьшается на 57. В результате потери в обмотке возбуждения (с учетом температурного увеличения удельного сопротивления меди) возросли в 1,49 раза. В такой же пропорции возрастает и превышение температуры обмотки главных полюсов Сг„ (фиг.2, кривая с„). Уменьшение КПД с ростом числа вит.ков W (фиг.2) обусловлено тем, что потери в обмотке возбуждения возрастают в большей степени, чем падают потери в обмотках якоря и добавочных полюсов. Согласно предлагаемому способу выполняют следующие операции: измеряют сопротивление обмоток испытуемой машины при температуре окружающей среды; устанавливают номинальные значения тока Т н = Т „ возбуждения; вольтодобавочным генератором 3, регулируя выходное напряжение:линейного генератора 4, подвоцят к испытуемой электрической машине номинальное напряжение Б,, измеряют номинальную частоту вращения и измеряют температуру обмоток главных, добавочных полюсов и якоря, измеряя их сопротивление, а также температуру коллектора и мощности, потребляемые нагрузочкой 2 и испытуемой машиной 1.; сопоставляют измеренные температуры между собой и с допустимыми и определяют наиболее нагретый элемент испытуемой машины 1; изменяя напряжение подпиточного генератора 7, устанавливают соотношение межцу токами возбуждения ? и якоря I>. равным И .г. 3 A W где Ин — номинальное число витков обмотки главных полюсов; И; — ближайшее целое число к W, 7027 8 го тока последовательного возбуждения, заключающийся в корректировке витков обмотки полюсов для получения заданного уровня контролируемого параметра путем моделирования изменения витков изменением тока, протекающего через эту обмотку, измерении токов, частоты вращения, уровня искрения коллектора, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и уменьшения перегревов обмоток и повышения КПД машины, в качестве контролируемого параметра используют температуру нагрева обмоток главнах, добавочных полюсов якоря и коллектора, изменение числа витков главных полюсов моделируют, устанавливая соотношение между токами якоря I< и возбуждения I в соответствии с 1т ? = I>,, где Ы„номинальное чисн ло витков обмотки главных полюсов, W; — ближайшее целое число к h изменяя напряжение на выводах обмотки возбуждения, регулируя ток в цепи обмотки якоря и напряжение, приложенное к испытуемой машине, стабилизируют частоту вращения на уровне йоми-, нальной и после установления теплового режима вновь измеряют температуру обмоток главных, добавочных полюсов якоря и коллектора, выявляют максимальные перегревы, сопоставляют их с максимальным перегревом в номинальном режиме и допустимым перегревом и повторяют цикл испытаний до получения максимальной температуры элементов машины, меньшей допустимого значения. 127 7 и поддерживают его в дальнейшем на данном уровне; измеряют частоту вращения испытуемой машины, напряжение на ббмотке возбуждения U и, устанавливая напряжение линейного генератора 4 из соотношения U =U -U (- — — 1) W, н в Способ определения числа витков обмотки возбуждения машины постояннои регулируя напряжение вольтодоба- 10 вочного генератора 3, стабилизируют чистоту вращения на уровне и„; после установления частоты вращения и теп: лового режима вновь измеряют температуры обмотки и коллектора, а также 15 потребляемые мощности и рассчитывают КПД машины и контролируют уровень искрения коллектора; повторяют тот же цикл испытания при новом соотношении токов возбуждения и якоря до 20 получения максимальной из измеряемых температур меньше допустимой. Указанная совокупность операций позволяет смоделировать режим работы испытуемой машины 1, соответствую- 25 щий ряду чисел витков обмотки главных полюсов, выбрать оптимальное количество витков и в дальнейшем внести коррективы в число витков главных полюсов. Поскольку электромагнитные gp нагрузки испытуемой машины близки к . реальным, то повышается точность определения откорректированного значения витков, что позволяет сократить стоимость доводочных испытаний. с Формула изобретения! 277027.. f5 7б 17 18 1У О 2f 22 О ЧиСа7 диЛЮФ Риа2 Составитель В.Никаноров Редактор К,Волощук Техред В.Кадар Корректор А.Обручар Заказ 6662/38 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного, комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óàãoðoä, ул.Проектная, 4
