Коллекторная электрическая машина Советский патент 1984 года по МПК H02K23/22 

Изобретение о.тносится к коллектор ньВ1 электрическим высоковольтным машинам большой мощности, работаю дим при резких переходных режимах (толчкообразная и пульсирующая нагрузка, сильные перегрузки., короткие замыкания и.т.д,), а также к машинам, питаемым через, выпрямители и реакторы или через тиристорные преобразователи от сети переменного тока, и касается средств повышения коммутационной надежности и улучшения использования машины путем увеличения расчетного коэффициента полюсного перекрытия. Известна машина постоянного тока, в которой улучшение коммутации дости гается за .счет применения вспомога тельной обмотки, размещенной на одной из частей расщепленного башмака дополнительного полюса , что ее. магнитодвижущая сила .(м.д.с.) направ лена встречно боковому потоку основных полюсов в зоне коммутации ij . Однако размещение вспомогательной обмотки на одной из частей расщеплен ного башмака дополнительного полюса приводит к низко1 у использованию ука занной обмотки, так как часть ее маг нитного потока замыкается между сторонами расщепленного башмака дополни тельного полюса, минуя якорь машины, искажению кривой распределения индук ции, созданной м.д.с, дополнительного полюса, что приводит к появлению небалансных электродвижущих сил (ЭДС). в Коммутируемых секциях (вслед ствие зазора между частями башмака -индукция спадает под серединой йополнительного полюса и кривая ее приобретает седлообразную .форму), и, -toro, увеличению ширины наконечника дополнительного полюса (расстояние между частями башмака должно быть не меньше длины двух воздушных зазоров под дополнительным полюсе, тогда коэффициент рассеяния вспомогательной обмотки будет близок к 0,5), что ограничивает возможности создания наиболее благоприятного распределения магнитного поля в коммутационной зоне машины, осуществляе мого обычно путем подбора надлежащих размеров наконечника дополнительного полюса, Указанные недостатки приводят к ухудшению KOMMyfauHH несмотря на час тичную компенсацию бокового потока о новных полюсов в зоне коммутации. Наиболее близкой к изобретению яв ляется коллекторная электрическая ма шина, содержаща.я станину, якорь, основные полюса с обмоткой воздуждения дополнительные полюса с обмотками и вспомогательную обмотку, одна сторона каждой катушки которой установлена под торцом дополнительного по-люса вдоль оси якоря, а противополож ные стороны расположены в межполюсных окнах машины , Использование вспомогательной обivsoTKH коллекторной электрической машины для демпфирования потоков рассеяния коммутируег ых секций, замыкающихся через наконечник дополнительного полюса, нецелесообразно, так как необходимость снижения постоянной .времени демпфера и потерь в нем при.водит к увеличению поперечного сечения его проводником, а в связи с тем, что одна сторона катушки демпфера размещена под торцом дополнительного полюса - к значительному увеличению воздушно-го зазора между наконечником дополнительного полюса и якорем, что резко ослабит дифференциальный поток рассеяния, ширина наконечника дополнительного полюса в крупных машинах составляет 30-60% ширины зоны коммутации, что также ослабляет дифференциальный поток рассеяния. Кроме того, указанная обмотка не снижает трансформаторную ЭДС, возникающую в коммутируемых секциях машины при работе ее в переходных режимах и при питании пульсирующим током или напряжением. Напротив, большая величина воздушного зазора между дополнительным полюсом и якорем, узкий полюсный наконечник дополнительного полюса привоцят к сильному проникновению основного поля в коммутационную зону, что осложняет условия коммутации и делает машину более склонной к искрению, Итобы уменьшить влияние поля основ- t ных полюсов на процесс коммутации, коллекторные машины конструируют таким образом, чтобы величина полюсного перекрытия находилась в определенных пределах. Это ухудшает использование активной поверхности якоря, а следовательно, снижает коэффициент и использования машины. Целью изобретения является повышение коэффициента исцрльзования машины и улучшение коммутации путем компенсации трансформаторной ЭДС, возникающей при работе машины в перечисленных условиях, а также путем компенсации ЭДС, наводимой боковым потоком основных полюсов в коммутируемых секциях.Цель достигается тем, что в коллекторной электрической машине, содержащей станину, якорь, основные полюса с обмоткой г.озбуждения, дополнительные полюса с обмотками и вспомогательную обмотку, выполненную в виде двух катушек, одна сторона каждой катушки которой установлена под торцом дополнительного полюса вдоль оси якоря, а противоположные стороны расположены в междуполюсных окнах машины,катушки вспомогательной обмотки включены последовательно-встречно между собой,причем катушки, находящиеся под дополнительным полюсом одной полярности, соединены своими кон цами, а под полюсом другой полярности началами, и каждая катушка вспомогательной обмотки включена последовательно-встречно с прилегающей к ней катушкой обмотки возбуждения. На фиг. 1 схематически изображена коллекторная электрическая машина и направление магнитных потоков Ф и. Фдо, создаваемых м.д.с. обмотки возбуждения и м.д,с. вспомогательной об мотки- соответственно, разрез на фиг .2 - схема включения вспомогательной обмотки и обмотки возбуждения, а так же направление тока в проводниках об .моток, развернутый вид на протяжении двойного полюсного деления; на фиг. 3 - блок-схема включения вспомогательной обмотки и обмотки возбуждения (точки обозначают начала катушек Коллекторная электрическая машина включает станину 1, якорь 2, основные полюса 3 с обмоткой возбуждения 4, дополнительные полюса 5 с обмотка ми 6 , а также вспомогательную обмотку 7, одна сторона каждой катушки ко торой установлена под торцом дополнительного полюса 5 вдоль оси якоря, а противоположные стороны расположены в междуполюсных окнах машины. Катушки 8 и 9 вспомогательной обмотки 7, находящиеся под дополнитель ным полюсом одной .полярности, соединены концами, а катушки 10 и 11 вспомогательной обмотки 7, находящиеся под дополнительными полюсами другой полярности, соединены началами. Начала.катушек 8 и 9 и концы катушек 10 и 11 соединены соответственно с началами катушек 12 и 13 и концами катушек 13 и 14 обмотки возбуждения 4. Коллекторная электрическая машина )работает следующим образом. Вспомогательная обмотка 7 машины создает поле Ф , силовые линии кото рого направлены встречно силовым линиям поля Фр основных полюсов 3 в зоне коммутации, что обеспечивается схемой включения обмоток 7 и 4 и их взаимным расположением. Благодаря, этому ЭДС, наводимая боковым потоком Ф основных полюсов 3 в зоне коммута ции, полностью или частично компенсируется ЭДС, создаваемой полем вспомогательной обмотки 7. С другой стороны, трансформаторная ЭДС, возникающая в машине при резко переменных нагрузках, полностью или частично уничтожается, так как закон измеч нения переменной составляющей магнит ного потока Фд основных полюсов 3 и переменной составляющей потока создаваемого вспомогательной обмоткой 7, одинаков. Благодаря последовательному включению вспомогательной обмотки 7 и обмотки возбуждения 4 взаимная компенсация указанных ЭДС обеспечивается при всех режимах работы. Это поз. воляет сократить расстояние между ЗОНОЙ коммутации и наконечником основного полюса, повысить расчетный коэффициент полюсного перекрытия и соответственно коэффициент использования машины. Повышение степени компенсации ЭДС, создаваемой в зоне коммутации постоянной и переменной составляющей бокового потока Ф основных полюсов 3 достигается изменением расположения сторон витков вспомогательной обмотки 7 как находящихся под торцом до дополнительного полюса 5, так и находящихся в междуполюсных окнах машины. Например, стороны витков обмотки 7 под торцом полю-:;а 5 можно равномерно распределить или сосредоточить у краев наконечника дополнительного полюса 5, что вызывает изменение наклона кривой индукции, создаваемой этой обмоткой под дополнительным полюсом. Стороны витков в междуполюсных окнах машины могут располагаться как у краев ЗОНЕЗ коммутации, так и у краев полюсного наконечника основных полюсов 3, при этом изменяется величина потока Ф вспомогательной обмотки 7, встречного боковому потоку Фц основных полюсов 3. . в теле дополнительного полюса 5 потоки Фдд катушек обмотки 7 равнь и направлены навстречу друг другу. Поэтому вспомогательная обмотка 7 предлагаемой машины не оказывает кгжселибо вредное влияние на выполнение основных функций ее дополнительныкш полюсами 5. Положительный эффект от применения обмоток такого рода состоит в повышении коммутационной надежности машины, выражающейся в снижении -Трансформаторной ЭДС, возникающей в мгииине постоянного тока при переходных режимах, ив машинах, питаемых пульсирующим током или напряжением, а также снижении ЭДС наводимой полем основмых полюсов в коммутируелых секциях. Кроме того, снижение ЭДС, наводимой боковым потоком основных полюсов в коммутируемых секциях, позволяет увеличить площадь полюсных наконечников, лучше использовать активную поверхность якоря и соответственно повысить коэффициент использования машины. При этом наибольший эффект от применения следует ожидать от устрой- ства такого рода обмоток на машин CLX,

510980836

питаемых через выпрямители и реакто- торых достижение удовлетворительной ры или через тиристорные преобразова- коммутации является особенно трудной тели от сети переменного тока, в ко- задачей.

КОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая станину, якорь, основные полюса с обмоткой возбуждения, дополнительные полюса с обмотками ивспомогательную обмотку, выполненную в виде двух катушек, одна сторона каждой катушки которой установлена под торцом дополнительного полюса вдоль оси якоря, а противоположные стороны расположены в междуполюсных окнах машины, отличающая с я тем, что, с целью повышения коэффициента использования машины и улучшения комгиутации, катушки вспомогательной обмотки включены последовательно-встречно между собой, причем катушки, находящиеся под дополнительным полюсом одной полярности, сое динены своими концами, а под полюсом другой полярности - началами, и.каждая катушка вспомогательной обмотки включена последовательно-встречно с а прилегающей к ней катушкой обмотки (Л возбуждения. со 00 о 00 с

П . , 8 9 , 13 W 11

т

Pui.3