Электрическая машина постоянного тока Советский патент 1985 года по МПК H02K23/22 

CAD

00

эо со

Од

Изобретение относится к электро(машиностроению и может быть использовано при производстве электрически машин постоянного тока средней и большой мощности.

Известны электрические машины постоянного тока, содержащие разъемную магнитную станину, главные полюса и катутпки возбуждения, вьтолненные из меди и охватьшающие магнитную станину подобно обмотке кольцевого якоря СО

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 постоянного тока, в которой охватывающие магнитную станину катушки кроме катушек возбуткдения включают в себя части, являющиеся компенсационной обмоткой и обмоткой добавочных полюсов. В дределах 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. Благодаря этому в машине достигается существенное снижение расхода активных материалов и уменьшение габаритов при одновременном повьш1ении перегрузочной способности и коммутационной надежности, что обеспечивается благодаря применению компенсационной обмотки и добавочных полюсов 2}.

Однако применение компенсационной обмотки не обеспечивает возможного максимума перегрузочной способности и коммутационной надежности известной машины, так как наличие компенсационной обмотки не приводит к полной компенсации реакции якоря. Э.то связано с сосредоточенным характером компенсационной обмотки, которая вьтолнена в виде катушки, размещенной в зазоре между двумя катушками возбуждения. Сосредоточенная компенсационная обмотка и равномерно распределенная обмотка якоря при любой

нагрузке машины дают различное распределение ВДС на полюсном делении и, следовательно, принципиально не могут быть полностью скомпенсированы Это приводит к искажению формы главного поля возбуждения и повьш1ению напряжения между коллекторными пластиками, что ведет к снижению пере-, грузочной способности и коммутационной надежности мапшны. Эти же показатели машины-прототипа ухудшаются вследствие более сильного, чем в обычной конструкции машины постоянного тока, насьш1ения добавочных полюсов, сердечники которых являются совмещенными обмотками-магнитопроводами. При перегрузках ток .якоря и обмотки добавочных полюсов возрастают, при этом рост насыщения 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 ростатока, при значительных перегрузках добавочные полюса не создают требуемого коммутирующего поля. .

Цель изобретения - повьш1ение 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 соетоит 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 зтом сердечники добавочных полюсов вьшолнены в виде продольных ферромагнитных стержней, укрепленных на внутренней стороне магнитной станины, а их катушки образованы продолжением витков крайних частей компенсационной обмотки. На фиг. 1 показаны главный полюс машины и сегментньй участокякоря; на фиг. 2 - схема распределения токов в катушках главного полюса; на фиг. 3 - кривые распределения МДС компенсационной обмотки и якоря на двойном полюсном делении для электри ческой машины предлагаемой конструкции; на фиг, 4 - то же, для машиныпрототипа. 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 ми линиями указаны начала следующих групп катушек, число которых в маши не равно полюсов, так как каж дая из групп катушек является главны полюсом. Каждая группа состоит из трех катушек: средней катушки 3 и двух крайних 4. Катушка 3 выполнена из ферромагнитного проводника и явля ется средней, частью компенсационной обмотки. Две.крайние части этой обмотки 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 медно го полосового проводника, а также витки 8 и 9 обмотки возбуждения, выполненные соответственно из ферро магнитного и неферромагнитного проводников. Для совмещения в одном объеме крайних частей компенсационн обмотки и обмотки возбуждения участ ки 5 катушек 4 получены путем совместной намотки полосовых проводни ков 7 - 9 в виде тройной спирали. Участки 6 катушек 4 являются про должением витков 7 крайних частей компенсационной обмотки, которые об разуют катушки добавочных полюсов. Сердечники добавочных полюсов 10 вы полнены 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 ферромаг нитного проводника средней части 3 компенсационной обмотки и медного проводника 7 ее крайних частей долж ны быть согласованы так, чтобы линейная нагрузка компенсационной обмотки была постоянной, что с учетом большей допустимой плотности тока в медных проводниках 7 обеспечивается при менйшей их толщине по сравнению с ферромагнитными проводниками средней части 3 компенсационной обмотки. С целью повьш1ения 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 С . Якорь 1 машины может иметь любую из известных конструкций. Машина работает следующим образом. При протекании постоянного тока по обмотке возбуждения создается главное поле возбуждения, кривые НДС которого ( ) и индукции (В) показаны на .фиг. 3. Взаимодействуя с током якоря 1 машины, главное поле создает вращающий электромагнитный момент. Одновременно ток якоря, создает поле реакции якоря (фиг. 3, кривая F,,) , а тот же ток, протекая по компенсационной обмотке, создает поле, кривая МДС которого обозначена (фиг. 3) символом F . Для комп енсаций реакции якоря в пределах главного полю. - Ь, са шириной о f характер изменения поля F. 0 должен быть линейным. Это достигается постоянством линейной нагрузки распределенной компенсационной обмотки на полюсной дуге Ьр.При . обеспечении равенства линейных нагрузок компенсационной обмотки и обмотки якоря реакции якоря на полюсной дуге bfj полностью компенсируется. За пределами полюсной дуги, где размещены участки 6 катушки 4, являющиеся продолжением витков компенсат ционной обмотки и образуняцие 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, npmejкакщей к сердечнику добавочного полюса 10, образуется избыточная МДС компенсационной обмотки (фиг. 3,) 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 ОДС 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,

в предлагаемой конструкции для ма,шин с резко переменной нагрузкой этот показатель улучшается по крайней мере в 2-3 раза.

Преимущества в части перегрузочной способности и коммутационной надежности машины обусловлены также наличием в предлагаемой конструкции нетокопроводного сердечника добавочного полюса, вместо токонесущего сердечника в известной машине. Эксг периментальные исследования, проведенные на модели добавочного полюса известной машины, показали, что при 2,5-кратной перегрузке магнитная проницаемость токонесущего сердечника снижается из-за насыщения полем .собственного тока на 20-30%, что вызывает уменьшение потока добавочного полюса и неполную компенсацию реактивной ЭДС коммутируемой секции якоря. В предлагаемой конструкции этот недостаток полностью устранен.

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

ФигЛ

1138896

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.