Учебная модель электрической машины Советский патент 1986 года по МПК G09B23/18 

Изобретение относится к учебным пособиям по электротехнике и может быть использовано на лекциях и практических занятиях для наглядной демонстрации принципа работы электрической машины с магнитотвердым ротором.

Цель изобретения - расширение диапазона решаемых задач путем обеспече ния моделирования действия машины с магнитотвердым роторомНа фиг. 1 и 2 изображена предлагаемая учебная модель в двух проекциях.

Учебная модель электрической машины состоит из основания 1, на котором установлена стойка 2 основания с втулкой 3, в которой укреплен с возможностью вращения один из концов вала 4. На этом же конце вала 4 установлен жестко шкив 5. На противоположном конце вала 4 неподвижно установлен диск 6, являю- ПЦ1ЙСЯ моделью вращающегося магнитного поля. На лицевой стороне обода 7 нанесен ряд крузкков 8, обозначающих полюса статора. Перед диском 6 на валу 4 установлен свободно второй диск 9, являющийся моделью ротора из магнитотвердого материала. К нему с обеих сторон жестко прикреплены шайбы 10 трения. Дпя видимости его вращения он имеет с внешней стороны разноцветную окраску поверхности. По периметру- наружной шайбы 10 трения на дисКе 9 выполнены дискретно отверстия 11. В торце вал содержит упор 12 и ось 13, на которо установлена с возможностью вращения подпружиненная пружиной 14 стрелка 15, изображающая ось намагниченности наведенного поля ротора. На стрелке 15 напротив отверстий 11 диска 9 ротора установлен на оси 16 фиксатор 17 стрелки 15 относительно диска 9 ротора.

На втулке 3 выполнена снаружи резьба, на которой установлен фрикционный тормоз диска 9 ротора, состоящий из муфты 18 с запрессованным подшипником 19, установленным на валу 4 с возможностью Свободного движения муфты 18 вдоль оси вала 4. Рядом с ним на валу 4 установлено подпружиненное пружиной 20 кольцо 21 с выступами 22, которые проходят внутрь отверстий 23 диска 6 и при поджатии

0

кольца 21 внутренней обоймой подшипника 19 муфты- 18 могут взаимодействовать с внутренней шайбой 10 трения диска 9 ротора. Другая шайба 10 трения взаимодействует с упором 12 вала 4 .

Для приведения во вращение вала 4 шкив 5 соединен бесконечным ремнем с приводом 24 обода.

Учебная модель электрической машины с вращающимся полем работает следукицим образом.

В соответствии с принципом работы гистерезисНого электродвигателя модель позволяет имитировать основные процессы при его пуске (при разгоне ротора) и при достижении ротором синхронной, скорости.

Перед демонстрацией работы учебной модели поворотом муфты 18 относительно втулки 3, неподвижно установленной на стойке 2 основания, освобождают от взаимодействия шайбы 10 трения диск 9 ротора с упором 12 вала 4 и с выступами 22 кольца 21 фрикционного тормоза. Стрелку 15, изображающую ось намагниченности наведенного поля ротора 9 устанавливают с не- которым углом относительно кружка 8 с буквой N на ободе 7, обозначающей ось поля статора. Фиксатор 17, yxpen-i ленный на стрелке 15, путем поворота относительно оси 16 освобождают от взаимодействия с диском 9 ротора. После этого подается питание на при вод 24 обода и демонстрируется разгон ротора, вхождение ротора в синхронизм с вращаняцимся полем статора. В реальном гистерезисном электродвигателе при подключении его к источнику питания в расточке статора возникает вращающееся магнитное поле, скорость П( которого прямо пропорциональна частоте f питающего напряжения и строго пропорциональна числу пар Р полюсов вращающегося поля

5

5

0

5

5

60 f J п,

поле, вращаясь, перемагничивает ротор, вьшолненный из магнитотвердого материала.Из-за магнитного гистерезиса материалы ротора, ось наведенного магнитного поля ротора, которое также вращается со скоростью п,, отстает от оси поля статора на угол макс определяемый свойством материала, его размерами и конфигурацией. Сила взаимодействия поля статора и наведенного поля ротора содержит тангенциальную составляющую, которая обусловливает возникновение вращающего момента, приложенного к ротору и приводящего его во вращение. Ротор ускоряется, но при этом между осями полей статора и ротора сохраняется некоторый угловой сдвиг 9 .„, . После вхождения

МЦкС

ротора в синхронизм с полем статора угол 0 между осями полей статора и ротора уменьшается до значения, при котором имеет место равенство между вращающим моментом и моментом нагрузки на валу двигателя.

В данном учебном приборе вращаю- щееся поле статора моделируется подвижным ободом 7, связанным через диск 6, с валом 4, приводимым во вращение с постоянной скоростью с помощью привода 24. Ось наведенного в роторе магнитного поля моделируется подпружиненной относительно вала 4 стрелкой 15. установленной на оси 13 перед ротором, сдвинутой на угол

3

МО КС

относительно оси поля стато-

ра (отмеченный на ободе 7 кружком 8 с буквой N) и вращающейся со скоростью обода 7. Диск 9, моделирующий ротор электродвигателя, пока остается неподвижным. Затем поворотом муфты 18 фрикционного тормоза относительно втулки 3 приводят к осево- му перемещению кольцо 21 с выступами 22, которое, опираясь н внутреннюю шайбу 10 трения диск 9 ротора через отверстия 23, смещает его вдоль вала 4, прижимая внешнюю шайбу 10 трения к упору 12, и зажимают диск 8 рото- ра, который приходит во вращение. При слабом зажатии шайб 10 трения скорость вращения диска 9 ротора меньше скорости вращения обода 7. По мере усиления зажатия шайб 10 трения скорость диска 9 ротора воз- растает и в пределе становится равной скорости вращения обода 7 и стрелки 15. Поврротом фиксатора 17 вокруг оси 16 стрелка 15 стопорится относительно диска 9 ротора так как конец стопора входит в одно из отверстий 11 диска 9.

Этот момент означает, что процес разгона ротора закончен и произошло вхождение ротора в синхронизм с вра щающимся полем статора.

Имитация уменьшения угла 9 между осями полей ротора и статора после вхождения ротора в синхронизм или при уменьшении нагрузки на валу ротора в нормальном режиме работы обеспечивается дополнительным поворотом вращающейся стрелки 15 и ротора 9, соединенных между собой фиксатором 17 относительно кружка 8 с буквой N на ободе 7, обозначающей ось поля статора с одновременным кратковременным ослаблением зажима шайб 10 трения с помощью муфты 18 фрикционного тормоза.

Таким ббразом, предлагаемая учебная модель электрической машины с вращающимся полем позволяет просто и наглядно показать в динамике основные взаимодействующие факторы, имеющие место в гистерезисном дви гателе при его пуске и работе, уяснение которых обучаемыми без использования модели представляет известные трудности.

Формула изобре-тения

Учебная модель электрической машины, содержащая установленные на связанном с приводом валу модель вращающегося магнитного поля в виде диска с изображением по ободу на ли- цевой стороне полюсов статора и модель ротора, выполненную в виде диска, расположенного перед моделью вращающегося поля, отличающая с я тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем обеспечения моделирования действия машины с магнитотвердым ротором, он имеет закрепленную на валу перед модель ротора подпружиненную стрелку с фиксатором для изображения оси намагниченности наведенного поля ротора, фрикционные шайбы, расположенные по .обе стороны от оси диска модели ротора, фрикционную муфту, установленную на валу, и связанное с ней подпружиненное кольцо, имеющее выступы для взаимодействия с одной из фрикционных шайб, при этом в обоих дисках выполнены отверстия для установки фиксатора стрелки и выступов кольца, а вал имеет на конце упор, предназначенный для взаимодействия со второй шайбой.

У

17

13

15

U2.1

Изобретение относится к учебной модели электрической машины и позволяет расширить диапазон решаемых задач путем обеспечения моделирования действия машины с магнитотвердым ротором. Диск 6 неподвижно установлен на конце вала 4 и является моделью 7 8 -L вращакмцегося магнитного .поля. Диск 9 свободно установлен перед диском 6 и является моделью ротора из магнито- твердого материала. Стрелка 15 изображает ось намагниченности наведенного поля ротора. Фрикционный тормоз диска 9 ротора состоит из муфты 18, свободно перемещаемой вдоль оси вала 4. Подпружиненное кольцо 21 на валу 4 имеет выступы 22, проходящие внутрь отверстий 23 диска 6, и при поджатии кольца 21 внутренней обоймой подшипника 19 муфты 18 Moryt взаимодействовать с внутренней шайбой 10 трения диска 9 ротора. Другая шайба 10 трения взаимодействует с упором 12 вала 4. 2 ил. с 9 (Л СД Од ;о Од

Составитель Р.Ужвий Редактор Е.Копча Техред Л.Олейник

Заказ 4963/50 Тираж 455Подписное

ВНШ11И Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор В.Синицкая