Электрическая машина
Изобретение относится к области электротехники, а именно - к электрическим машинам, способным работать как в режиме электродвигателя, так и в режиме генератора для получения постоянного и переменного токов большой мощности. Технический результат - упрощение конструкции, уменьшение габаритов, повышение мощности и достижение полной универсальности. Данный технический результат достигается за счет того, что в электрической машине, включающей в себя станину, стенки станины с обмотками возбуждения, вал с подшипниками, ротор с обмотками якоря, контактные кольца с кольцедержателями, согласно данному изобретению, все полюсные сердечники с обмотками возбуждения, установленные на станине, обращены одноименными полюсами к ротору, параллельно основной обмотке возбуждения подключена вспомогательная обмотка возбуждения, состоящая из двух секций, соединенных между собой последовательно, а магнитными потоками - встречно, секции установлены на специальных выступах, выполненных на внутренних стенках станины концентрично валу ротора, ротор разделен вдоль окружности на две равные части, между которыми установлена медная прокладка и которые сжаты между собой медными полосками, по окружности ротора выполнено несколько круглых отверстий, ближе к центру ротора, в радиальной плоскости с круглыми отверстиями выполнено столько же щелеобразных отверстий, в которых уложены и закреплены секции обмотки ротора, секции выполнены П-образной формы и уложены все с одной стороны ротора, одним концом они просовываются в круглое отверстие, а другим - в щелеобразное отверстие, на противоположной стороне ротора концы проводов каждой секции соединены между собой последовательно, также в последовательном порядке соединены между собой концы каждой секции, а общие конец и начало обмотки ротора соединены с контактными медными плоскими кольцами, закрепленными на валу с левой и правой сторон ротора, которые находятся в постоянном контакте с неподвижными графитовыми плоскими кольцами, удерживающимися поджимными плоскими пружинами, закрепленными на стенках станины, кольца снабжены изоляцией со стороны вала, ротора и стенок станины, графитовые кольца соединены проводами с общими клеммами, обмотка ротора подключена параллельно обмотке возбуждения. 8 ил.
Изобретение относится к универсальным униполярным электрическим машинам, предназначенным для преобразования механической энергии в электрическую и, наоборот, для преобразования электрической энергии в механическую.
Электрическая машина может работать в качестве электродвигателя от переменного однофазного тока, что очень важно, а также от импульсного тока одной полярности.
В качестве генератора позволяет получить постоянный ток без коммутации большой мощности.
Принцип работы электромашины в режиме двигателя основан на известном взаимодействии магнитного поля неподвижных статорных сердечников с обмотками возбуждения с электрическим полем проводников ротора, а в режиме генератора - на основе явлений электромагнитной индукции, возникающих между электромагнитами статора и обмотками ротора.
Установка количества электромагнитов статора и проводников обмотки ротора не лимитируется.
Электромашина может найти широкое применение в бытовой и производственной технике, например, для получения постоянного тока, используемо в установках для электролиза и электросварки и т.п.
Для получения постоянного тока, как правило, используются электромашины постоянного тока, выпрямление э.д.с и тока у которых производится при помощи коллектора и щеток, что в значительной степени осложняет работу машины. В начале текущего /1831 г./ столетия был сделан ряд попыток усовершенствовать бесколлекторную, униполярную машину, которая была осуществлена еще Фарадеем /см. стр.15-17. "Электрические машины". Пиотровский Л.М./ Под редакцией А.Р.Деро. Л.: Энергия, 1974 г. Издание 7-е/.
На рис.1-6 упомянутого издания представлен один из возможных вариантов униполярной машины, включающей в себя станину с обмотками возбуждения, установленными аксиально на стенках станины, вал с подшипниками, стержни обмотки якоря, уложенные в стальном цилиндре. Концы стержней охвачены с обоих торцов якоря контактными кольцами со щетками.
Направление наведенной в проводниках якоря э.д.с. остается неизменным относительно этих проводников при вращении якоря, что позволяет получать постоянный ток без коммутации.
Так как в данном случае все стержни включены параллельно, то напряжение машины определяется э.д.с. одного стержня.
Основным достоинством униполярной машины является отсутствие пульсаций напряжения и простота конструкции.
Униполярная машина является наиболее ближайшим аналогом по конструктивным особенностям и по принципу действия магнитного сцепления между движущейся и неподвижной частями электромашины предложенной электромашине.
Недостатком известных униполярных машин является то, что они не могут быть универсальными и используются в основном в качестве генератора низкого напряжения /5-40 В/ и большой силы тока /50 кА/. Мощность - до нескольких МВт /см. стр.521. Политехнический словарь. Изд. "Советская энциклопедия". Москва. 1977 г./.
Предлагаемая электромашина обладает всеми упомянутыми положительными качествами и, кроме того, обладает универсальностью, может использоваться с применением больших и малых токов и напряжений, все будет зависеть от величины сопротивления обмоток статора и обмоток якоря, от схемы подключения указанных обмоток к источникам - все это не лимитируется и позволяет делать широкий выбор при конструировании подобных электромашин. Кроме того, подача и снятие напряжения и тока с якорных обмоток осуществляется посредством контактных колец, расположенных с левой и правой сторон ротора, которые обладают большой площадью соприкосновения, что позволит обеспечить надежность электромашины при подаче и использовании больших напряжений и токов, исключая всякого рода искрения и подгорания рабочих поверхностей у колец.
Подобные контактные кольца также не могут ухудшить контактное соединение и в том случае, если будет необходимость повысить скорость вращения ротора, например, для увеличения напряжения.
Предлагаемая электромашина, в отличие от прототипа, имеет магнитопровод статора зубчатый, выполненный в виде нескольких /четырех/ одноименнополюсных сердечников с обмотками возбуждения /количество полюсов не лимитируется/, равномерно распределенными по окружности станины. Обмотки возбуждения соединены между собой последовательно /как один из вариантов, практически есть возможность соединять обмотки возбуждения различными способами/.
Предлагаемая электромашина, в отличие от прототипа, имеет магнитопровод ротора зубчатый /см. рис.1-5, стр.16, "Электрические машины", 1974, Пиотровский Л.М./, так как секции обмотки ротора уложены в радиальные пазы, разделяющиеся между собой радиальными прорезями, в которые уложены медные пластины, выполняющие роль двоякую:
1 - служат как крепежные средства, стягивают между собой две половины ротора;
2 - разрывают целостность магнитопровода с целью уменьшения потерь от вихревых токов и с целью исключения возникновения замкнутого магнитного поля, возникновение которого имеет место в кольцевой катушке, т.к. что известно, что магнитное поле в кольцевой катушке сосредоточено внутри нее и почти отсутствует вне ее. Для того чтобы выдавить магнитное поле из сердечника наружу, к зазору, используется глубокий паз, расположенный ближе к центру, в который уложены проводники с током, имеющим обратное направление движения. Как известно, при встречных направлениях токов в проводниках происходит расталкивание проводников. Если проводники жестко закрепить, то в этом случае расталкивание будет происходить только между магнитными полями, которые будут выталкиваться к зазору.
Ротор имеет только внешний вид с гладкой поверхностью, фактически ротор содержит глубокие пазы, состоящие из двух отверстий, расположенных в радиальной плоскости, причем верхнее отверстие имеет разрез 35 /см. фиг.3/, который также разрывает целостность магнитопровода /кроме того, форма отверстий также не лимитируется/. /На рис.1-5 показан сердечник якоря 4 зубчатым, см. стр.16, "Электрические машины", Пиотровский Л.М., однако же поверхность ротора выполнена гладкой.?/
Секции обмотки возбуждения ротора соединены между собой последовательно, что дает возможность использовать электромашину с применением более высоких напряжений, однако соединение секций между собой может быть самое разное, также не лимитируется.
Использование в предлагаемой электромашине дополнительных статорных обмоток возбуждения, которые являются основными, в отличие от прототипа, а также применение обмоток возбуждения на роторе дают возможность использовать электромашину в качестве электродвигателя, который может работать от переменных токов однофазной цепи. При смене направления движения тока в обмотках ротора или статора электродвигатель имеет возможность изменять направление вращения.
Регулировка магнитным по током, пересекающим проводники ротора, осуществляется посредством изменения тока вспомогательных обмотках возбуждения /ВОВ/. Изменение магнитного потока может осуществляться в больших пределах /от максимальной величины до нуля/, так как ток в вспомогательных обмотках возбуждения /ВОВ/ можно изменить на обратное направление, за счет которого магнитный поток полностью приостановится и произойдет торможение ротора. Обмотки возбуждения статора и обмотки ВОВ работают на одну нагрузку, на один и тот же магнитный поток. Это позволяет, во-первых, повысить мощность магнитного потока, во-вторых, создается возможность для регулирования магнитным потоком независимо, не влияя на другие обмотки возбуждения, например намагниченность сердечников основной обмотки возбуждения /ООВ/ будет сохраняться, что позволит в свою очередь переводить электромашину из одного режима работы на другой, т.е. из режима двигателя - в режим генератора.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение мощности и достижение универсальности. Электромашина содержит несколько полюсных сердечников с обмотками возбуждения, расположенными одноименными полюсами к ротору.
Все обмотки возбуждения полюсных сердечников соединены между собой последовательно. Параллельно основной обмотке возбуждения подключена вспомогательная обмотка возбуждения, состоящая из двух секций, соединенных между собой последовательно, а магнитными потоками - встречно. Секции установлены на специальных выступах, выполненных на внутренних стенках станины концентрично валу ротора. Все секции ротора соединены между собой последовательно и установлены таким образом, что направление токов имеет одностороннюю направленность /слева - направо/, в результате все секции работают одновременно в магнитном поле, создавая мощный крутящий момент /для двигателей/ и высокую плотность тока /для генераторов/.
Ротор разделен вдоль окружности на две равные части, между которыми установлена медная прокладка и которые сжаты между собой медными полосками. По окружности ротора выполнено несколько круглых отверстий, ближе к центру в радиальной плоскости с круглыми отверстиями выполнено столько же щелеобразных отверстий, в которые уложены и закреплены секции обмотки ротора. Заготовки секций выполнены П-образной формы и уложены все с одной стороны ротора. Одним концом они просовываются в круглое отверстие, а другим - в щелеобразное отверстие. На противоположной стороне ротора концы проводов каждой секции соединены между собой последовательно, также в последовательном порядке соединены между собой концы каждой секции, а общий конец и начало обмотки ротора соединены с контактными медными плоскими кольцами, закрепленными на валу с левой и правой сторон ротора, которые находятся в постоянном контакте с неподвижными графитовыми плоскими кольцами, удерживающимися поджимными плоскими пружинами, закрепленными на стенках статора. Кольца снабжены изоляцией со стороны вала, ротора и стенок статора /станины/. Графитовые кольца соединены проводами с общими клеммами. Обмотка ротора подключена параллельно обмотке возбуждения.
Предлагаемая электрическая машина выгодно отличается от всех известных электромашин. Обладает мощным крутящим моментом, обладает универсальностью, намного проще в изготовлении, отсутствует коллектор, позволяет сохранять остаточную намагниченность в сердечниках основной обмотки возбуждения, что позволяет осуществлять надежный запуск двигателя и пуск генератора. Вспомогательная обмотка возбуждения может использоваться как регулирующий элемент скорости вращения двигателя, а в режиме генератора может использоваться для управления магнитным потоком с целью регулировки подачи напряжения.
Предлагаемая укладка П-образных секций обмотки ротора в большей степени будет играть положительную роль, чем отрицательную, как может показаться. Если учесть, что взаимодействие между проводником с током и магнитным полем происходит с максимальной силой только на очень малом промежутке между ними /1-2 мм/, а на расстоянии 10-15 см сильное взаимодействие прекращается, то предложенная укладка секций обмотки ротора не будет оказывать противодействующей реакции. Проводники с обратным направлением токов, находящиеся в щелеобразных отверстиях, будут слабо взаимодействовать с магнитным потоком, т.к. они удалены от сильного взаимодействия магнитного потока и погружены в тело ротора, и, кроме того, проводники рассредоточены вдоль радиальной щели, поэтому наводимая э.д.с. будет рассеиваться, а часть будет воздействовать на электрическое поле проводников в круглых отверстиях и выталкивать его к зазору, аналогично обмоткам с глубоким пазом.
На фиг.1 показан разрез электромашины по средней части вдоль окружности статора.
На фиг.2 показан разрез электромашины по А-А на фиг.1 в сборе.
На фиг.3 показан ротор, вид с торца.
На фиг.4 показан разрез ротора по А-А на фиг.3.
На фиг.5 показан ротор со стороны окружной поверхности.
На фиг.6 показана заготовка секции обмотки ротора.
На фиг.7 показана заготовка секции, вид с боку.
На фиг.8 показана схема соединений обмоток возбуждения и обмотки ротора.
Электрическая машина включает в себя станину 1 с двумя стенками 2 и 3, вал 4 с ротором 5 и подшипниками 6 и 7, установленными в стенках станины, фиксирующимися крышками 8 и 9. На внутренней цилиндрической поверхности станины закреплены четыре полюсных сердечника 10, 11, 12, 13 с основными обмотками возбуждения /OOB/ 14, 15, 16, 17, соединенными между собой последовательно, начало и конец которых выведены наружу 18 и 19 /фиг.2/ и подсоединены к общим клеммам 20 и 21 сети. Все полюсные сердечники обращены своими одноименными полюсами /N/ к ротору 5. На внутренних стенках станины выполнены специальные выступы 22 и 23 концентрично валу 4, на которых расположены вспомогательные обмотки возбуждения /ВОВ/ 24 и 25. Входной конец 26 вспомогательной обмотки возбуждения 24 выведен наружу и соединен с общей клеммой 20. Выходной конец 27 обмотки 25 выведен наружу и соединен с общей клеммой 21. Обмотки 24 и 25 соединены между собой последовательно, а относительно основных обмоток возбуждения - параллельно, в то же время магнитными потоками обращены друг к другу встречно одноименными знаками /S/, фиг.2 и 8. Основные обмотки и вспомогательные обмотки возбуждения работают на одну нагрузку, на один магнитный поток.
Сердечник ротора 5 /т.е. сам ротор/ набирается также из листов стали /не показано/, изолированных друг от друга лаком /или другими способами/ для уменьшения потерь от вихревых токов и нагрева, и разделен на две равные части 28 и 29 /фиг.5/ в плоскости окружности медной прокладкой 30 и сжаты между собой в одно целое поперечными медными полосками 31 /фиг.3/, проходящими между секциями обмоток /например, 32 и 33, фиг.3/ ротора. Главной особенностью устройства ротора является укладка секций обмотки. Для этой цели выполнены по окружности ротора несколько /16 шт./ сквозных поперечных отверстий круглой формы 34 с прорезями 35 для выхода электрического поля. Соответственно каждому круглому отверстию выполнены ближе к центру, в радиальной плоскости, столько же щелеобразных отверстий 36. Площади по сечению отверстий должны соответствовать друг другу. С обеих сторон ротора, для укладки проводов, выполнены между отверстиями впадины 37 и 38 /фиг.4/. Образовавшийся целый участок ротора между отверстиями 39 /фиг.3/ выполняет роль сердечника для каждой секции /см. 28 и 29, фиг.4/, которые будут увеличивать магнитную индукцию, так как известно, что при помещении в магнитное поле катушки металлического сердечника магнитная индукция увеличивается во много раз.
На фиг.6 и 7 показана одна заготовка секции обмотки ротора. Она представляет собой рассеченный моток провода, концы которого уложены в соответствующую изоляцию 40 и 41 и сформованы П-образной формы, в результате один конец секции приобретает круглую форму, а другой - плоскую. Круглым концом секция просовывается в круглое отверстие, а плоским концом - соответственно в щелеобразное отверстие /фиг.3 и 4/. Укладка секций производится с одной стороны ротора /см. фиг.3, верхняя часть ротора/.
После укладки секций производится соединение проводов в каждой секции в последовательном порядке. Для удобства поиска концов на вход первого /любого из них/ провода 42 /фиг.4/ подается небольшое напряжение /24 В/, затем отыскивается его конец 43 и соединяется с началом второго провода 44, затем конец 45 соединяется с началом провода 46 и т.д. Конец 47 - с началом 48. Конец 49 - с началом 50. Конец 51 - с началом 52, а выходной конец 53 одной секции соединяется с началом 54 второй секции и т.д. Выход 55 соединяется с началом 56. Выход 57 - с началом 58. Выход 59 - с началом 60. Выход 61 соединяется со следующей соседней секцией 6 /по. счету на фиг.3/, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13 и далее на вход 78. Выход 79 - с началом 80. Выход 81 - с началом 82. Выход 83 окажется концом обмотки ротора. На фиг.3 в нижней половине ротора отсутствуют секции, а счет соответствует всем секциям по порядку. Выходной конец 83 соединяется с плоским медным кольцом 84, который закреплен на валу с правой стороны ротора 5 /фиг.2/. Кольцо имеет изоляцию 96 со стороны вала и ротора. Кольцо имеет рабочую боковую поверхность, которой находится в постоянном контакте с рабочей боковой поверхностью неподвижного плоского графитового кольца 85, удерживающегося в неподвижном положении с четырех сторон поджимной плоской пружиной 86, закрепленной 87 на стенке станины 3.
Угольное кольцо имеет со стороны вала и поджимных пружин изоляцию. Угольное кольцо соединяется с проводом 88, который выведен наружу и соединяется с общей клеммой 21 /фиг.2/. Входной конец 42 /фиг.3/ соединяется с другим медным плоским кольцом 89, закрепленном на валу с другой стороны ротора, и также изолирован от вала и ротора, своей рабочей поверхностью находится в постоянном контакте с рабочей поверхностью другого угольного кольца 90, удерживающегося с четырех сторон поджимными плоскими пружинами 91, закрепленными на стенке 2 статора. Угольное кольцо также имеет изоляцию со стороны вала и поджимных пружин. Угольное кольцо соединено проводом 92 с общей клеммой 20 /фиг.2/.
Провода каждой секции /фиг.6 и 7/ формуются П-образной формы 93 и укладываются в гнезда 37 и 38, а лишние концы 94 и 95 обрезаются, изолируются, уплотняются, закрепляются и заливаются герметиком или т.п. Цифра 96 указывает мест изоляции.
В результате односторонней укладки секций и последовательного соединения их между собой направление движения тока во всех активных проводниках имеет одностороннее направление, слева направо /показано на фиг.5/, а в проводниках, уложенных в щелеобразных отверстиях, ток движется в обратном направлении /см. фиг.1, где крестиком показано движение тока от нас, а точкой - к нам/. Такое расположение токов в секциях обмотки ротора будет соответствовать работе электромашины в режиме электродвигателя, если ротор будет вращать вал по стрелке, фиг.1.
При работе электромашины в режиме генератора вращение ротора и направление магнитного потока останутся прежними, а направление тока в обмотке ротора изменится на обратное, поэтому во избежание размагничивания сердечников у обмоток возбуждения статора необходимо концы роторной обмотки поменять местами.
Для перевода электромашины в режим генератора переменного тока необходимо разбить шестнадцать секций обмотки ротора на четыре группы по четыре секции в каждой группе. Секции, входящие в первую группу /1, 2, 3, 4/ и в третью группу /9, 10, 11, 12/, остаются с прежним направлением тока, а в секциях, входящих во вторую группу /5, 6, 7, 8/ и в четвертую /13, 14, 15, 16/, ток включается в обратном направлении, для чего у этих секций необходимо концы поменять местами.
Работа электромашины в режиме электродвигателя.
При подаче переменного или импульсного тока на клеммы 20 и 21 /фиг.2/ ток пойдет тремя параллельными путями.
По первому пути ток пойдет от клеммы 20 на провод 18 через основные обмотки возбуждения 14, 15, 16, 17 /фиг.1/ и на выходной провод 19 и клемму 21 /фиг.2/. Полюсные сердечники 10, 11, 12, 13 намагнитятся и создадут четыре магнитных потока с направлением к центру ротора с одноименным полюсом /северным/.
По второму пути ток пойдет от клеммы 20 на входной провод 26 вспомогательных обмоток возбуждения 24 и 25 /ВОВ/ и далее через выходной провод 27 на клемму 21. Ток, проходя вспомогательные обмотки возбуждения, будет создавать в обмотках магнитный поток, вектор которого будет совпадать с вектором магнитного потока, идущего от основных обмоток возбуждения. Так как вспомогательные обмотки возбуждения 24 и 25 включены своими магнитными потоками встречно, то магнитный поток от основных обмоток возбуждения пойдет через ротор двумя путями, разделенными медной прокладкой 30 /фиг.2/. Первый магнитный поток Ф1 от северных полюсов магнитных сердечников с четырех сторон, пересекая активные провода, уложенные в круглых отверстиях по левой стороне ротора /фиг.5/, роторный вал 4, выступ 22 вспомогательной обмотки 24 /фиг.2/, через левую стенку 2 станины и далее магнитный поток замкнется на южных полюсах сердечников 10, 11, 12, 13. Второй магнитный поток Ф2 пойдет также от северных полюсов сердечников 10, 11, 12, 13, пересекая активные провода, уложенные в круглых отверстиях, и далее по правой стороне ротора 29 /фиг.5/, роторный вал 4, выступ 23 вспомогательной обмотки возбуждения 25, через правую стенку 3 станины и далее магнитный поток замкнется на южные полюса сердечников 10, 11, 12, 13.
По третьему пути ток пойдет от клеммы 20 через провод 92 на неподвижный кольцевой контакт 90 и подвижный кольцевой контакт 89 на вход первой секции 83 /фиг.3/ ротора. Проходя последовательно все секции /16 шт./, провод 42 и 88 /фиг.2/, ток поступит на клемму 21.
Таким образом, все три пути токов подключены к сети параллельно. Так как активные провода обмотки ротора, уложенные в круглых отверстиях, находятся в магнитном поле, то на них будут действовать магнитные силы, а следовательно, и момент сил относительно оси ротора. Под действием вращающего момента ротор будет вращаться. Имея ротор на своей окружной поверхности шестнадцать мощных пучков активных проводов, находящихся постоянно в магнитном поле полюсных сердечников, согласованно взаимодействующих с дополнительными обмотками возбуждения, будут создавать мощный вращающий момент. С другой стороны, дополнительные обмотки возбуждения будут намагничивать свои выступы 22 и 23, которые, взаимодействуя с валом ротора, будут создавать тормозной эффект. Вал как стержень в катушке с током будет удерживаться в магнитном поле неподвижно и этим оказывать сопротивление вращающему моменту. Так как радиус ротора превышает размеры радиуса вала во много раз, то противодействие вала будет незначительным.
При прохождении тока по обмоткам каждой секции /фиг.3/ в сердечниках 39 /16 шт./ будет образовываться магнитный поток "Ф" аналогично замкнутому магнитному потоку в кольцевой катушке, который будет создавать нагрев ротора. /Установлено, что в кольцевой катушке магнитное поле сосредоточено внутри нее и почти отсутствует вне ее/. Для уменьшения данного магнитного потока каждая секция отсекается от соседней медными пластинами 31 /фиг.3/, т.к. известно, что медные пластины несколько задерживают прохождение магнитного потока, и в результате этого полное магнитное поле одной секции 32 и 33 /фиг.3/ будет взаимодействовать между двумя встречными потоками двух ветвей 32 и 33 одной секции и выдавливаться вверх через вырез 35 круглого пучка 33 вместе с электрическим полем 97. Разделение секций на круглые и плоские пучки проводов /фиг.6 и 7/ обосновано тем, что электрическое поле в круглых пучках создается более сильное и плотное по сравнению с электрическим полем, возникающим в плоских пучках. Следовательно, два пучка проводов со встречными токами, находясь между двумя медными пластинами 31, будут противодействовать между собой электрическими полями и расталкиваться между собой. Так как проводники закреплены неподвижно, то расталкиваться между собой будут только одни электрические поля и будут выдавливаться по коридору медных пластин от плоского пучка 32 в сторону круглого пучка 33, аналогично двигателям с глубоким пазом /см. стр.257, там же/. Пример, фиг.3 и 6, вокруг круглого пучка 33 образуется более плотное электрическое поле 97 по сравнению с плоским пучком 98, т.к. плоский пучок проводов обладает большей способностью рассеивать электрическое поле. Поэтому электрическое поле плоского пучка не может взаимодействовать с магнитным потоком полюсных сердечников по двум причинам, это - из-за удаленности от полюсов и из-за слабого электрического поля.
При быстрой смене полярности тока исчезающий ток в проводниках круглой секции вызовет уменьшение магнитного поля, индукционные линии которого, пересекая проводники этой же секции, находящиеся в плоском пучке, создадут совместно с убывающим током мощные противодействующие магнитные импульсы, которые будут расталкиваться между собой, создавая таким образом выталкивание магнитного поля в сторону зазора. Чем быстрее будет происходить смена полярности тока в цепи, тем больше будут магнитные импульсы, которые в свою очередь будут создавать более мощный крутящий момент.
Работа электромашины в режиме генератора.
Известно, если вращать вал генератора в том же направлении, в котором работал двигатель, и при сохранении того же направления магнитного потока полюсных сердечников, то ток в обмотках ротора изменит свое направление на обратное. В предлагаемой схеме, с параллельным подключением к сети обмоток возбуждения и обмоток ротора, обратный ток роторных обмоток приведет к перемагничиванию полюсных сердечников, что может привести к срыву магнитного потока.
Для более уверенной работы электромашины в режиме генератора необходимо выходные концы обмотки ротора поменять между собой местами, т.е. провод 88 подключить к клемме 20, а провод 92 подключить к клемме 21 /фиг.2 и 8/. В этом случае ток в обеих обмотках возбуждения /ООВ и ВОВ/ сохранит свое направление и не будет происходить перемагничивание полюсных сердечников.
Регулировку тока на выходе генератора /клеммы 20 и 21/ можно производить за счет изменения тока в цепи вспомогательной обмотки возбуждения. Уменьшая или увеличивая ток в обмотках возбуждения, будут увеличиваться или уменьшаться магнитные потоки Ф1 и Ф2 /фиг.2/, которые в свою очередь уменьшат или увеличат наводимый ЭДС в обмотке ротора, в результате этого на выходных клеммах 20 и 21 будет увеличиваться или уменьшаться ток.
Величина и плотность импульсов тока на выходе роторной цепи будут зависеть от количества активных проводов, установленных на роторе, и количества полюсных сердечников, установленных на станине. Можно устанавливать четное и нечетное число полюсных сердечников. Для более мощных токов на выходе необходимо установить четное число полюсов, а для получения более сглаженного тока необходимо установить нечетное число полюсов. За один оборот ротора будет происходить шестнадцать положительных импульсов, причем каждый импульс будет суммироваться из четырех импульсов от каждой секции, т.к. четыре активных секции проходят одновременно через четыре магнитных потока. Если предположить что ротор генератора будет делать десять оборотов в сек, то плотность тока составит 160 импульсов в сек /10·16=160/.
Это дает право надеяться, что такого рода электромашины не будут иметь конкурентов и могут использоваться для получения тока в несколько сот ампер, не требуя сложных выпрямительных систем.
Для перевода электромашины в режим генератора переменного тока необходимо разбить шестнадцать секций обмотки ротора на четыре группы четыре секции в каждой группе. Секции, входящие в первую группу /1, 2, 3, 4/ и в третью группу /9, 10, 11, 12/, оставят направление тока в обмотках в прежнем направлении, а в секциях, входящих во вторую группу /5, 6, 7, 8/ и в четвертую /13, 14, 15, 15/, подключат ток в обратном направлении, для чего необходимо выходные концы поменять местами. При этом первая и третья секции будут создавать положительный импульс, а вторая и четвертая секции - отрицательный импульс, причем на выходе генератора положительные (и отрицательные) импульсы будут суммироваться в один из двух импульсов, т.к. секции проходят магнитные потоки попарно, первая с третьей, а вторая с четвертой.
Электромашина в режиме генератора переменного тока может использоваться для получения переменного тока в широком диапазоне частот, который будет зависеть, главным образом, от скорости вращения первичного двигателя. Если двигатель будет вращать генератор со скоростью 10 об/сек, то на выходе генератора можно будет получить 40 Гц /10·4=40 Гц/. Если двигатель будет вращать генератор со скоростью 15 об/сек, то на выходе генератора можно будет получить 60 Гц /15·4=60/ и т.д.
Электрическая машина, включающая в себя станину, стенки станины с обмотками возбуждения, вал с подшипниками, ротор с обмотками якоря, контактные кольца с кольцедержателями, отличающаяся тем, что все полюсные сердечники с обмотками возбуждения, установленные на станине, обращены одноименными полюсами к ротору, параллельно основной обмотке возбуждения подключена вспомогательная обмотка возбуждения, состоящая из двух секций, соединенные между собой последовательно, а магнитными потоками - встречно, секции установлены на специальных выступах, выполненных на внутренних стенках станины, концентрично валу ротора, ротор разделен вдоль окружности на две равные части, между которыми установлена медная прокладка и сжаты между собой медными полосками, по окружности ротора выполнено несколько круглых отверстий, ближе к центру ротора, в радиальной плоскости с круглыми отверстиями, выполнено столько же щелеобразных отверстий, в которых уложены и закреплены секции обмотки ротора, секции выполнены П-образной формы и уложены все с одной стороны ротора, одним концом они просовываются в круглое отверстие, а другим - в щелеобразное отверстие, на противоположной стороне ротора концы проводов каждой секции соединены между собой последовательно, также в последовательном порядке соединены между собой концы каждой секции, а общие конец и начало обмотки ротора соединены с контактными медными плоскими кольцами, закрепленными на валу с левой и правой сторон ротора, которые находятся в постоянном контакте с неподвижными графитовыми плоскими кольцами, удерживающимися поджимными плоскими пружинами, закрепленными на стенках станины, кольца снабжены изоляцией со стороны вала, ротора и стенок станины, графитовые кольца соединены проводами с общими клеммами, обмотка ротора подключена параллельно обмотке возбуждения.
