Способ определения числа витков обмотки возбуждения машины постоянного тока последовательного возбуждения Советский патент 1986 года по МПК G01R31/34 

Wj - ближайшее целое число kW. Изменяя напряжение на выводах обмотки возбуждения, регулируя ток в цепи обмотки якоря и нацряжение, приложенное к испытуемой машине, стабилизируют частоту вращения на уровне номинальной и после установления теплового режима вновь измеряют температуры

1

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к испытанию электрических машин постоянного тока с последовательным возбуждением, например тяговых электродвигателей.

Испытания электрических машин подразделяются на промышленные и исследовательские.

Промышленные испытания проводятся с целью определения соответствия изготовленных машин требованиям технической документации и выполняются в объеме и методами, оговоренными соответствующими ГОСТ и ТУ.

Исследовательские работы (испытания) проводятся с целью повышения технико-экономических показателей машины и выполняются не только в объеме ГОС Е , но и по специальным программам, часто с помощью специальных методов измерений и приборов.

Как правило, исследовательские работы выполняются на макетных образцах, предшествующих опытной партии. : Однако и на серийно выпускаемых машинах исследовательские работы (испытания) продолжаются, так как наибольший экономический эффект получается при улучшении технико-экономических показателей машин массового выпуска.

Предлагаемый способ относится к исследовательским испытаниям электрических машин постоянного тока с последовательным возбуждением. Он может быть применен и к опытным образцам и к серийно выпускаемым электрическим машинам.

Цель изобретения - повышение точ- ,нести и уменьшение перегревов обмоток и повьш1ение КПД машины.

На фиг.1 изображена схема проведения испытаний; на фиг,2 - кривые.

указанных обмоток, якоря и коллектора, выявляют максимальные перегревы, сопоставляют их с максимальным перегревом в номинальном режиме и допус- jTHMbiM перегревом и повторяют цикл испытаний до получения максимальной температуры элементов машины, меньшей допустимого значения. 2 ил.

с помощью которых определяется оптимальное откорректированное число витков в обмотке главных полюсов. Схема испытаний включает испытуемую машину 1, работающую в режиме двигателя, нагрузочную машину 2, работающую в режиме генератора, воль- тодобавочный генератор 3, линейный генератор 4, обмотку 5 возбуждения

испытуемой машины 1, обмотку 6 возбуждения нагрузочной машины 2 и под- питочный генератор 7, включенный параллельно обмоткам возбуждения 5 и 6 . Вольтодобавочный генератор 3 включей в цепь якоря испытуемой машины. Подпиточный генератор 7 предназначен для подпитки обмоток главных полюсов при имитации разного числа Житков W главных полюсов. С его помощью в обмотке возбуждения главных полюсов устанавливают ток, отличный от тока якорной цепи.

На фиг.2 вертикальные линии соответствуют ограничениям: 8 - по температуре якоря , 9 - по температуре главных полюсов , 10 - по температуре добавочных полюсов .л 11 - по плотности тока под щетками.

Витки катугаки главного полюса W

испытуемой машины 1 выбираются расчетным путем на стадии проектирования. Однако при использовании в ма- . шрше узлов новой конструкции, изготовленных по новой технологии или из

новых материалов, возможны такого рода расхождения расчета и опыта, когда при испытаниях одна из обмоток имеет недопустимое превьш1ение температуры, в то время как другие недостаточно нагружены по теплу. Одним из наиболее простых в производстве способов получения соразмерной машины является способ изменения числа витков катушек главных полюсов Wj, при котором изменяются ток якорной цепи 1 , магнитный поток 9 и, соответственно, потери мощности во всех об- 5 мотках. Обычно по результатам испытаний расчетным путем выбирают новое число витков и изготавливают новый комплект катушек.

Для того, чтобы в процессе испытаний не изменять числа витков катушек главных полюсов, что сложно технологически и удорожает испытания, влияние изменения числа витков моделируют пропорциональным изменением тока, протекающего по ним.

Корректировку числа витков обмотки главных полюсов проводят в следующей последовательности.

10

ние магнитного потока, частоты вращения испытуемой электрической ма- - шины.

Для стабилизации частоты вращения испытуемой машины 1 на уровне номинальной изменяют ток якоря, регулируя напряжение вольтодобавочного генератора 3. Далее измеряют напряже-п ние на обмотке возбуждения 5 Ug и устанавливают в соответствии с ним

Wi

напряжение иси с соотношением

rti.

W

пытуемой машины 1

н

15

U;

w;

и п ( 1 )

UH

где UH номинальное напряжение линейного генератора А. Изменение напряжения производят, регулируя напряже- Измеряют электрическое сопротивле- 20 ние линейного генератора, ние обмоток при температуре окружаю- После установления частоты вращения и теплового режима производят замер температуры главных, добавочных полюсов якоря и коллектора и сопоставляют максимальную из замеренных температур с допустимой. В случае

щей среды. Выполняют запуск схемы взаимной нагрузки испытуемой ма:шины 1. Изменяют ток возбуждения вольтодобавочного генератора 3 и устанавливают номинальный ток двигателя 1.

Регулируя ток возбуждения линейного генератора 4, подводят к двигателю номинальное напряжение. Измеряют при этом номинальную частоту вращения, температуру главных, добавочных полюсов, температуру якоря и коллектора, а также степень искрения под щетками и мощности, потребляемые нагрузочной 2 и испытуемой 1 машинами.

Сопоставляют температуру главных, добавочных полюсов, якоря и коллектора и выявляют наиболее нагретый узел. Для улучшения качества этого узла было бы необходимо уменьшить количество витков обмотки главных .полюсов до ближайшего от W целого числа, например до-W;.

25

превьш1ения допустимого значения повторяют цикл изменения соотношения между токами возбуждения и якоря, 30 выбирая новое соотношение

W,

где W;, - целое число.

35 Испытания повторяют, моделируя разные числа витков в обмотке главных полюсов W,-, , и т.д. Полученную в результате испытаний информацию анализируют, например, с помо40 Щью графиков. Строят кривые (фиг,2) зависимости превышений температур

обмоток главных полюсов с.

добавочных полюсов 3 также кривую, характеризующую зависимость КПД от чисСогласно предлагаемому способу не 45 ла моделируемых витков обмотки главных полюсов. С учетом технологических разбросов выбирают в качестве допустимых превышений температур обмоток полюсов с изоляцией класса F (Сдо 50 140 С) обмотки якоря с изоляцией класса Н ( 150 С) . Эти ограничения изображают (фиг.2) в виде вертикальных линий: 10 - ограничение по превышению температуры обмотки добавочных ших режимах работы соотношение между 55 полюсов, 9 - ограничение по превышению температуры обмотки главных поизменяют число витков, а моделируют его путем изменения тока возбуждения 1ц относительно тока якоря 1 в соотношении

т т Wi

« wr

путем изменения напряжения подпиточ- ного генератора 7, Во всех дальнейтоками возбуждения и якоря поддерживается постоянным. Из-за изменения тока возбуждения происходит изменелюсов, 8 ограничение по превьшению температуры обмотки якоря. Кроме то

ние магнитного потока, частоты вращения испытуемой электрической ма- - шины.

Для стабилизации частоты вращения испытуемой машины 1 на уровне номинальной изменяют ток якоря, регулируя напряжение вольтодобавочного генератора 3. Далее измеряют напряже-п ние на обмотке возбуждения 5 Ug и устанавливают в соответствии с ним

Wi

напряжение иси с соотношением

rti.

W

пытуемой машины 1

н

U;

w;

и п ( 1 )

UH

20

25

превьш1ения допустимого значения повторяют цикл изменения соотношения между токами возбуждения и якоря, выбирая новое соотношение

W,

где W;, - целое число.

Испытания повторяют, моделируя разные числа витков в обмотке главных полюсов W,-, , и т.д. Полученную в результате испытаний информацию анализируют, например, с помоЩью графиков. Строят кривые (фиг,2) зависимости превышений температур

обмоток главных полюсов с.

добавочных полюсов 3 также кривую, характеризующую зависимость КПД от числюсов, 8 ограничение по превьшению температуры обмотки якоря. Кроме того, проводят вертикальную линию 11, изображающую ограничение по допустимой плотности тока под щетками, которая принята j 18 А/см, По фиг.2 устанавливают диапазон витков (например, 18-21), в котором возможна надежная работа испытуемой машины. Из этого диапазона выбирают оптимальное число витков (например, 18), при ко- тором обеспечивается максимальное значение КПД.

С ростом числа витков обмотки возбуждения W возрастает магнитный поток Ф, поэтому требуемый -or двигате- ля -врап1;ающий момент, определяемый, в основном, величиной электромагнитного момента М , достигается пр меньшем токе якорной цепи I, который в Случае последовательного возбу дения протекает и через обмотку добавочных полюсов.

Потери в обмотке добавочных полюсов являются чистоомическими. Поэто- му превышение температуры этой обмот ки .п. (фиг.2) падает с ростом числа витков W:K, практически прямо пропорционально .ns где Ra.n сопротивление добавочных полюсов. В якорной обмотке превышение температуры падае в меньшей степени (фиг.2), так как уменьшение омических потерь нескольк компенсируется ростом магнитных потерь в проводниках и сердечника, якоря, что вызвано увел1гчением магнит- ного потока .

При анализе потерь, выделяемых в обмотке главных полюсов, исходим из того, что при изменении числа витков сечение катушки возбуждения QR сохраняется неизменным- Тогда сечение одного витка обратно пропорционально числу витков W

п

q . W

Сопротивление обмотки возбузкдения может быть выражено следующим образом:

«. f- -

2 R

где Q - удельное сопротивление обмотки с длиной витков 1 при числе пар полюсов р. Пот ери мощности в обмотке возбуждения

РГ i.W

При изменении числа витков W двигатель должен развивать один и тот же вращающий .момент, с.педовательно, произведение , 1, должно быть постоян- ым. В связи с- ограничениями по весу и габаритам двигатель в номинальном режиме работает с насьш енным магнито- проводом, поэтому магнитный поток, а следовательно, и ток двигателя Г изменяются в малых пределах. Например, для тепловозного двигателя ЭД-121А при увеличении числа витков We 18 до 22 (на 22%) ток двигателя Т уменьшается на 5%. В результате потери в обмотке возбуждения (с учетом температурного увеличения удельного сопротивления меди) возросли в 1,49 раза. В такой же пропорции возрастает и превышение температуры обмотки главных полюсов Срр (фиг.2, кривая с ) .

Уменьшение КПД с ростом числа витг ков W (фиг.2) обусловлено тем, что потери в обмотке возбулсдения возрастают в большей степени, чем падают потери в обмотках якоря и Добавочных полюсов.

Согласно предлагаемому способу выполняют следующие операции: измеряют сопротивление обмоток испытуемой машины при температуре о-кружающей среды; устанавливают номинальные значения тока 1,, возбуждения; вольтодобавочиым генератором 3, регулируя выходное напряжение-линейного генератора 4, подводят к испытуемой электрическо.й машине номинальное напряжение UK, измеряют номинальную частоту вращения измеряют температуру обмоток главных, добавочных полюсов и якоря, измеряя их сопротивление, а также температуру коллектора и мощности, потребляемые нагрузочной 2 и испытуемой машиной 1; сопоставляют измеренные температуры между собой и с допустимыми и определяют наиболее нагретый элемент испытуемой машины Ij изменяя напряжение подпиточ- ного генератора 7, устанавливают соотношение между токами возбуждения 1 и якоря Та. равным

I I е « WH

где WH - номинальное число витков обмотки главных полюсов; W - ближайшее целое число к W|),

и поддерживают его в дальнейшем на данном уровне; измеряют частоту вра-. щения испытуемой машины, напряжение на ббмот.ке возбуждения Ug и, устанавливая напряжение линейного генератора 4 из соотношения

и: и,

-о.(-Н.-,)

И регулируя напряжение вольтодоба- вочного генератора 3, стабилизируют чистоту вращения на уровне п,; после установления частоты вращения и тешг лового режима вновь измеряют температуры обмотки и коллектора, а также потребляемые мощности и рассчитывают КПД машины и контролируют уровень искрения коллектора; повторяют тот же цикл испытания при новом соотношении токов возбуждения и якоря до получения максимальной из измеряемых температур меньше допустимой.

Указанная совокупность операций позволяет смоделировать режим работы испытуемой машины 1, соответствующий ряду чисел витков обмотки главных полюсов, выбрать оптимальное количество витков и в дальнейшем внести коррективы в число витков главных полюсов. Поскольку электромагнитные нагрузки испытуемой машины близки к реальным, то повышается точность определения откорректированного значения витков, что позволяет сократить стоимость доводочных испытаний.

Формула изобретения

Способ определения числа витков обмотки возбуждения машины постоянноj

770278

го тока последо вательного возбуждения, заключающийся в корректировке витков обмотки полюсов для получения заданного уровня контролируемого параметра путем моделирования изменения витков изменением тока, протекающего через эту обмотку, измерении токов, частоты вращения, уровня искрения коллектора, отличающийся тем, что, с целью повьщге- ния точности и уменьшения перегревов обмоток и повьш1ения КПД машины, в качестве контролируемого параметра используют температуру нагрева обмоток главнЕ1х, добавочных полюсов якоря и коллектора, изменение числа витков главных полюсов моделируют, устанавливая соотношение между токами якоря

10

15

IB

и возбуждения 1ц где W

в соответствии с

1 я W,

номинальное чис

ло витков обмотки главных полюсов, W; - ближайшее целое число к W, изменяя напряжение на выводах обмотки возбуждения, регулируя ток в цепи обмотки якоря и напряжение, приложенное к испытуемой машине, стабилизируют частоту вращения на уровне Йоми- нальной и после установления теплового режима вновь измеряют температуру обмоток главных, добавочных полюсов якоря и коллектора, выявляют максимальные перегревы, сопоставляют их с максимальным перегревом в номинальном режиме и допустимым перегревом и повторяют цикл испытаний до получения максимальной температуры элементов машины , меньшей допустимого значения.

иг.2

21 22 23 Чи.спо биткоб

Изобретение относится, к электромашиностроению и используется при испытаниях электрических машин постоянного тока. Цель изобретения - повышение точности, уменьшение перегревов обмоток и повышение КПД машины при использовании способа определения числа,витков обмотки возбуждения ма шины постоянного тока последовательного возбуждения. Схема испытаний включает испытуемую машину (ИМ) 1, работающую в режиме двигателя, нагру- зочную машину (НМ) 2, работающую в режиме генератора, вольтдобавочный генератор (ВГ) 3, линейный генератор 4, обмотку возбуждения 5 ИМ 1, обмотку возбуждения 6 НМ 2 и подпиточный генератор (ПГ) 7. ВГ 3 включен в цепь якоря ИМ 1. Способ заключается в корректировке витков обмотки полюсов ИМ 1 путем моделирования изменения витков изменением тока, протекающего через эту обмотку. Измеряют токи, частоту вращения, уровень искрения коллектора. В качестве контролируемого параметра используют температуру нагрева обмоток главных полюсов, добавочных полюсов, якоря и коллектора ИМ. Изменение числа витков главных полюсов моделируют, устанавливая соотношение между токами якоря Ij, и возбуждения Ig в соответствии с 1 Ij,W-/W(,, где W - номинальное число витков обмотки главных полюсов; ifi (Л 1ЧЭ ю Ч

Редактор К.Волощук

Составитель В.Никаноров

Техред В.Кадар Корректор А.Обручар

Заказ 6662/38 Тираж 728Подписное

ВНИИПИ 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