Совмещенный коллекторный двигатель-тахогенератор

 

Изобретение относится к электромашиностроению. Цель - повышение точности контроля частоты вращения. Обмотка якоря и обмотка возбуждения включены последовательно и могут быть подсоединены к сети переменного или постоянного тока. Статор выполнен в виде жестко соединенных, аксиально смещенных пакетов пластин. Пластины крайних пакетов имеют только главные полюса, а пластины среднего пакета содержат дополнительные выступы, являющиеся полюсами тахогенератора /Т/, расположенные со сдвигом относительно друг друга на целое число зубцовых делений ротора. Т содержит две обмотки - выходную и обмотку возбуждения. Каждая из обмоток выполнена в виде двух последовательно встречно включенных равновитковых катушек, одна из которых размещена на одном полюсе Т, а другая - на его втором полюсе. При вращении ротора и питании обмотки возбуждения Т постоянным током в выходной обмотке Т наводится ЭДС, амплитуда и частота которой прямо пропорциональны частоте вращения. При работе машины в режиме двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением в качестве выходной обмотки Т может быть использована любая из его обмоток или обмотка, полученная при последовательно-согласном включении обмотки возбуждения Т и выходной обмотки Т. 4 ил.

СС!ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (Ц1)5 H 02 К 23/66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЩРЩИЯЦ

ПРИ ГКНТ СССР

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 448754!/24-07 (22) 28.09.88 (46) 30.07.90. Бюл..У 28 (71) Рижский политехнический институт им. А.Я. Пельше (72) С.С.Петров, Я.П. Грейвулис, Л.С. Рыбицкий и И.В. Авкштоль (53) 621.313.333(088.8) (56) Авторское свидетельство .СССР

В 544058, кл. Н 02 К 21/26, 1977.

Авторское свидетельство СССР

У 980219, кл. Н 02 К 23/66, !982.

Авторское свидетельство СССР

У 1288832, кл. Н 02 К 23/66, 1987. (54) СОВИЕЩЕННЬЙ КОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-ТАХОГЕНЕ РАТОР (57) Изобретение относится к электромашиностроению. Цель — повышение точности контроля частоты вращения. Об мотка якоря и обмотка возбуждения включены. последовательно и могут быть подсоединены к сети переменного или постоянного тока. Статор выполнен в виде жестко соединенных аксиально смещенных пакетов пластин. Пластины

Изобретение относится к электротехнике, а именно к конструкциям совмещенных электрических машин, содержащих коллекторный двигатель и тахогенератор, и может быть использовано в ручных и автоматизированных электроприводах электроинструментов, применяющихся, например, при шлифовании и сверлении. крайних пакетов имеют только главные1 полюса, а пластины среднего пакета . содержат дополнительные выступы, являющиеся полюсами тахогенератора (Т), расположенные со сдвигом относительно друг друга на целое число зубцовых делений ротора. Т содержит две обмотки — выходную и обмотку возбуждения. Каждая из обмоток выполнена в виде двух последовательно-встречно включенных равновитковых катушек, одна из которых размещена на. одном полюсе Т, а другая — на его втором полюсе. При вращении ротора и питании обмотки возбуждения Т постоянным током в выходной обмотке Т наводится

ЭДС, амплитуда и частота которой прямо пропорциональны частоте вращения.

При работе машины в режиме двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением в качестве выходной обмотки Т может быть использована любая из его обмоток или обмотка, полученная при последовательно-согласном включении обмотки возбуждения Т и выходной обмотки Т. 4 ил.

Цель изобретения — повышение точности контроля частоты вращения.

На фиг..! представлен совмещенный коллекторный двигательттахогенератор, разрез; на фиг. 2 — пакет тахо- генератора, поперечный разрез; на фиг. 3 — схема соединения обмоток тахогенератора; на фиг. 4 — схемы .

1582288 замещения магнитной цепи тахогенератора, Совмещенный коллекторный двигатель-генератор содержит установлен) ный на валу 1 зубчатый магнитопровод ротора 2 двигателя с обмоткой 3 якоря, уложеннрй в пазах, и шихтованный магнитопровод статора 4 с аксиально смещенными и жестко. соединенными между собой пакетами 5-7 (фиг.1).

Крайние пакеты 5 и 7 содержат только главные полюса 8 двигателя, а сред-! ний пакет 6, кроме главных полюсов 8 ,двигателя, содержит равные по ширине ! дополнительные полюса 9 и 10 тахо, генератора, которые расположены по отношению друг к другу со сдвигом по окружности на целое число зубцовых делений ротора 2.

Для обеспечения пупьсации магнит ной проводимости тахогенератора полю са 9 и 10 целесообразно выполнить с, ограничением по ширине ° Ширина полюсов 9 и 10 должна быть не больше величины раскрытия пазов ротора у его периферии. Полюса 9 и 10 тахогенератора отделены от зубцов ротора 2 со, ответственно воздушными зазорами 11 и 12 ра.вной величины. Главные полюса 8 отделены от ротора 2 воздушным зазором 13 и охвачены обмоткой 14 возбуждения двигателя (фиг.2), Катушки 15 и 16 выходной (генераторной) обмотки расположены на палю-

35 сах 9 и 10 соответственно, имеют одинаковое число витков v и соединены между собой последовательно-встречно.

На полюсах 9 и 10 размещены также катушки 17 и 18 обмотки возбуждения тахогенератора, также включенные последовательно-встречно (фиг.3).

Для обеспечения универсальности режимов питания двигателя его обмотка 14 возбуждения включена последова45 . тельно с обмоткой 3 якоря. При этом рн может быть подключен как к сети .псстоянного, так и к сети переменного тока.

Совмещенный коллекторный двигатель-тахогенератор работает следую-щим образом, При подключении двигателя к сети оцнофазного переменного тока по его обмоткам 13 и 14 проходит переменный ток, создающий переменный магнитный поток возбуждения двигателя. Частота изменения тока и потока соответствует частоте сети источника питания. Взаимодействие тока и магнитного потока приводит к развитию пульсирующего ! вращающего момента, при этом ротор 2 вращается. Направление вращающего момента не меняется, так как с изменением направления тока в обмотках 3 и

14 на противоположное изменяется также направление магнитного потока. При этом часть переменного потока одновременно пронизывает полюса 9 и 10 тахогенератора.

Принцип работы тахогенератора за- ключается в следующем. При питании катушек 17 и 18 обмотки возбуждения постоянным током одновременно образуются две системы магнитной цепи. B первой из них поток тахогенератора проходит через пслюс 9, воздушный зазор Il> зубец магнитопровода ротора 2 (фиг,2). Далее этот поток разветвляется на три потока, два равных из которых проходят через воздушные зазоры 13 и главные полюса 8 двигателя„ замыкаясь на полюсе 9, а оставшаяся часть потока через воздушный зазор 12 попадает в полюс 10 тахогенератора, а оттуда по ярму магнитопровода 6 — в полюс 9, Во второй системе магнитная цепь образуется потоком тахогенератора, проходящим через полюс 10 тахогенератора и разветвляющимся на два равных потока в ярме магнитопровода 6. В свою очередь, эти разветвленные равные потоки также раветвляются, но на два неравных, больший из которых попадает в главный полюс 8, через воздушный зазор !

3 проходит через магнитопровод ротора 2, воздушный зазор 12 тахогенератора, замыкаясь на его полюсе 10, а меньший через ярмо магнистопровода 6 попадает в полюс 9, а затем через воздушный зазор 11, магнитопровод рстора 2, воздушный зазор 12 замыкается на полюсе 10.

Схема замещения описанной магнитной цепи для двух систем потоков представлена на фиг. 4 (а — для первой системы потоков; б — для второй).

Из фиг. 4 следует, что результирующие магнитные проводимости для потоков тахогенератора определяются следующим выражением . а. а+гад1 (1)

С 4 2(с +G ) где G G — соответственно магнитные т проводимости воздушных зазоров в области полюсов

82288 6 разностью ЗД „полученных по (?) и (3):

e(t)=е {t)-е {t)=2vFд СщЯздпсде = (ю!

P S1I1@t i

15 тахогенератора и в области главных полюсов двигателя.

Учитывая, что ширина главных полюсов 8 двигателя.по крайней мере на порядок больше ширины полюсов 9 и 10 тахогенератора, величиной С по сравнению с постоянной величиной Сд в скобках выражения (1) можно правомерно пренебречь. При этом G G

При вращающемся роторе первая (основная) гармоника магнитной проводимости в воздушных зазорах 11 и 12 изменяется по периодическому закону

G =С =g +С coscot, где С,g „ — соответственно постоянная составляющая и амплитуда переменной составляющей. магнитной проводимости воздушных зазоров l! и 12 тахогенератора; текущее время, с; со — угловая частота, рад/с, Гя

30 где Z — число зубцов ротора, и — частота вращения ротора, об/мин.

По такому же закону изменяются первые гармоники магнитных потоков в зазорах 11 и 12 тахогенератора

Ф = Ф "=Г С =Г,(С,+С„1=оэ ) где F, — МДС каждой из катушек 17 и

18 обмотки возбуждения тахогенератора Го=Тоv,, причем т,,w — соответственно величина постоянного тока и число витков каждой из катушек 17 и 18 обмотки возбуждения тахогенератора.

При.идентичной ориентации катушек 15 и 16, 17 и 18 относительно оснований и наконечников полюсов

9 и 10 в катушках 15 и !6 на одноименных зажимах наводятся ЭДС, первые гармоники которых изменяются по законам:

Ъ! ф " е 1() -у =уР G i3iz1 Mt (2) Д б яГ 4 (41! е (t) w = Fo csin mt ° . (3) При последовательно-встречном соединении катушек 15 и 16 в выходной . обмотке тахогенератора"наводится ЭДС с первой гармоникой, определяемой!

О

f5

50 где e =2vF, С„сд — амплитуда ЭДС . выходной обмотки.

Из (4) следует, что амплитуда и частота выходного сигнала прямо пропорциональна частоте вращения, причем независимо от гармонического состана потоков Ф т, ф частота выходно (/ и 1J го сигнала ж е т к о связана с ч а Сто той вращения .

П ри описании и ринцип а работы тахогенератора н е рассматривались составл яющи е переменного потока двигателя, т ак к ак при по сл е цо в а т ельн о- встречном включении катушек l 5 и 1 6 в выходной обмотке ЭДС о т с о с т авляюших переменного потока двигателя взаимно уничтожаются .

В качестве постоянного напряжения питания обмотки возбуждения т ахо генер ат о р а может быть использовано . киже н н о е выпрямленное и сглаженное напряжение сети и е р еменно го т о ка .

Если устройство ра б о т а ет в режиме двигателя постоянного тока с последо в а т ел ь ным возбуждением, то дополнительного питания о бмо тки в о з бужде ния т ах о ге н е р а то р а не требуется, т ак ка к необходимый поток создается пос то янным током обмотки 4 возбуждения двигателя . В этом случае в качестве выходной обмотки может быть исполь з ов а и а любая из обмоток тахо г ене ра то ра или обмотка, образованная по следова тел ь н о - согласным включением обмотки возбуждения т ах о ген е рато ра и его выходной обмоткой .

Иэ о б ретение обеспечивает повышение точности контроля час т оты вращения за счет исключения влияния пуль саций тока в обмотке возбуждения тахо г енера то ра на идентичность законов пульсации потоков в воздушных з аэ о р ах 1 1 и 1 2 тахогене ратора . Это достигается за счет размещения второй дополнительной катушки обмотки возбуждения тахо гене ратор а . Кроме того, р азмеще -1 ние пакета тахогенератора в середине между крайними. содержащими только главные полюса 8, пакетами исключает влияние выполняемых на близкой к торцу поверхности зубцов ротора,баланси ровочных углублений на качество вы"

1582288 ходйого сигнала тахогенератора, что йовышает точность контроля частоты вращения..

Формула изобретения

Совмещенный коллекторный двига гель-тахогенератор, содержащий ротор пазами, в которых размещена якорая обмотка, статор в виде трех акиально смещенных пакетов с главныполюсами, на которых установлена бмотка возбуждения двигателя, магни гопровод тахогенератора, выполненный

Э виде пакета пластин с дополнитель«плми полюсами равной длины, охваченНыми своей обмоткой возбуждения

И выходной обмоткой, выполненной иэ двух равновитковых катушек, включенных последовательна-встречно, каждая из которых расположена на соответствующем полюсе магнитопровода тахогенератора, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что,с целью повышения точности контроля частоты вращения, пакет пластин магнитопровода размещен между крайними пакетами статора, полюса его расположены относительно друг друга со сдвигом на целое число зубцовых делений ротора, а обмотка возбуждения тахогенератора выполнена в виде двух равновитковых последовательно-встречно включенных катушек, одна иэ которых расположена на одном полюсе, а другая — на его втором полюсе.

1582288 абф авйзвзыю (ft) Составитель С. Шутова

Редактор А. Огар Техред И,Хцдапнч Корректор М. Кучерявая

Заказ 2094

Тираж 443

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101