Электрическая машина постоянного тока Советский патент 1991 года по МПК H02K13/14 

(Л

С

Изобретение относится к машинам по с г с я н н о г о тока

Цель изобретения повышение надеж ности путем улучшения коммутации при использовании демпфирующих свойств двух обмоток якоря.

На фиг. 1 представлена машина с двумя отдельными одинаковыми двухслойными петлевыми замкнутыми обмотками при от ключении секционных сторон, поперечный разрез, на фиг 2 то же при включении секционных сторон, поперечный разрез, на фиг. 3 - развернутая схема двух отдельных замкнутых обмоток якоря, присоединенных к клеммам соответствующей полярности гальванически независимых источников питания.

Якорь (фиг 1. 2) содержит две одинаковые петлевые двухслойные обмотки 1 2 выполняющее дополнительно функции демпферных обмоток размещенные в пазах 3

СШмотка 1 чкпрм состой т из верхних сторон 4 15 и нижних сторон 4 15 секций 16 2 1 и у/ю+ссна в и рхнил частях пазов 3.

Обмотка 2 якоря состоит их верхних сторон 4 1Ь и нижних сторон 4 15 секции 22 27, уложенных в нижних частях па- зон 3

Обмотки 1 и 2 якоря (фиг. 3) выполнены неперекрещивающнмися с одинаховыми шагами и смещены на угол 2 .т P/Z4 эл град по окружнссти якоря каждая где 7э число ii;noi

Обмотки 1 ч 2 подсоединены к коллекторным плагличтм /8 39 расположенным на чап ч комлгнчорз 40. 41, 42 При этом Кг1ч дчя послед , гпкцпя 16 21 обмотки 1 присоединена к следующем друг за другом коллекторным пластинам 29. 31, 33, 35 37 39 а каждая поспедую цая от секции 2 27 обмо|ки 2 якора тфисордипена к спе- дру а друом срллеь торным г та- стинам 28. 30 3 34 3R 38

О

ю

00

ел

Коллекторные пластины каждой отдельной обмотки якоря имеют ширину

, л° , Li-ir -La.

где DK - диаметр коллектора;

- ширина прорези между коллекторными пластинами.

При работе машины должно исключаться одновременное перекрытие двумя щетками, присоединенными к выводам одного источника, трех и более коллекторных пластин. Это обеспечивается при относительном перекрытии щеткой коллекторной пластины, равным отношению

/J-L3/U

DK

.1 (Л

где 1з -8U

л

4р

DK

4р

- - М - ширина щетки;

коллекторное деление;

или, после преобразований / тг ото (L2 + 8 М).

О Ј. Л UK

где - ширина прорези между коллекторными пластинами, определяемая напряжением переходного процесса при коммутации;

М - те нологический допуск на установку щетки. На эту величину уменьшается ширина щетки. Меньший допуск для малых машин, больший для машин большей мощности (в пределах 0,1-5 мм).

Шаг щеток по коллектору ближней части 40 коллектора, между щетками 43, 44, по средней части коллектора 41, между щетками 45, 46, по дальней части коллектора 42, между щетками 47, 48 одинаков и равен 17 -л DK -4 р

U

32 р

Машина содержит индуктор 49, оси полюсов 50,51 которых расположены на расстоянии полюсного деления.

Щетка 47 дальней части коллектора 42 смещона с оси главного полюса 50 по направлению укладки обмотки на угол

Р -и

8DK

эл.град. Щетки ближней 40 и средней 41 частей коллектора сдвинуты против направления укладки обмотки относительно оси щетки 47 дальней части коллектора

Л 5 LJ - р 101з р 42 соответственно на ---- и- - - эл.

DKDK

град.

Расстояние между частями 40, 41. 42 коллектора LH L2.

Однополярные щетки 43,45,47, и 44,46, 48 присоединены к клеммам соответствующей полярности гальванически независимых источников питания 52, 53, 54 (фиг. 3).

Выполнение коллекторных пластин на трех частях коллектора, смещенных относительно друг друга вдоль оси машины при

выполнении условия - э

- целое число, где

а - число параллельных ветвей в отдельной замкнутой обмотке якоря; п - число частей коллектора, уравняло количество секций в параллельных ветвях отдельных электриче0 ски не связанных обмоток 1, 2 якоря и позволило иметь равные ЭДС в параллельных ветвях, что исключил о уравнительные токи в обмотках 1, 2 якоря.

В режиме двигателя постоянного тока

5 (фиг. 1 и 2) секционные стороны 4-15, 4 -15 ,

41 -1511 и 41 -15Ы обмоток якоря 1 и 2 и

совмещенные в них демпферные обмотки

перемещаются по стрелке Д в поле индукто. ра 49, в них индуктируется ЭДС и под дей0 ствием подводимого напряжения источников питания 52, 53, 54, протекает ток 0.

Выполнение демпферных обмоток совмещенными электрически с обмотками 1, 2 якоря, с тем же шагом, что и секций 16-27

5 обмотки якоря и, соответственно, параллельное их подключение к источникам питания 52, 53 54 дополнительно увеличивает электромагнитный момент машины постоянного тока.

0Для уменьшения влияния переменного

небалансного тока, протекающего через пару источников питания в нереверсивной машине, последовательно с источниками включены индуктивные сопротивления, за5 шунтированные обратными диодами (не показаны).

Электромагнитная мощность, запасенная секционными сторонами коммутируемой секции, трансформируется в секцион0 ные стороны рядом лежащих секций. При этом демпферная обмотка, некоммутируемая в это время и чьи секции лежат в тех же пазах, создает магнитный поток, демпфирующий магнитное поле рассеяния, создавае5 мое сторонами коммутируемой секции. Кроме того, демпфирующее магнитное поле индуктирует в демпферной обмотке, являющейся также обмоткой якоря дополнительную ЭДС создающую дополнительный ток,

0 совпадающий с направлением основного тока в ней. увеличивающий электромагнитный момент машины.

Малая величина воздушного зазора машины и выполнение паза полузакрытым с

5 величиной шлица меньше ширины паза в 3-5 раз увеличивает взаимно индуктивную связь между коммутируемой секцией и демпфирующими секциями.

Величина результирующего коммутационного тока секции ограничивается активными сопротивлениями обмоток и щеток, а также величиной ЭДС взаимной индукции демпфирующих секций, что приводит к резкому уменьшению высокочастотной составляющей результирующего тока коммутации 1к о и тока щетки при отрыве ее от проводившей коллекторной пластины.

При переходе, например, щетки 48 с коллекторной пластины 29 на коллекторную пластину 32 секция 17 подключается к положительным однополярным клеммам гальванически независимых источников питания 53, 54 без замыкания, так как отрицательные однополярные клеммы этих источников подсоединены к отрицательным однополярным щеткам 45,47, находящимся соответственно на коллекторных пластинах 35, 36, принадлежащих электрически не связанным обмоткам якоря 1, 2, вследствие чего последовательное соединение источником питания 53, 54 отсутствует и отсутствует замыкание секции 17 накоротко.

При коммутации секции 17 обмотки якоря 1 подключение ее двумя щетками 46 и 48 позволяет одновременно подключать ее к двум источникам питания 53, 54 и переводить в другую параллельную ветвь без отключения обмотки якоря 1 от источника питания.

Стороны б. 7 секции 17, при протекании результирующего коммутационного тока создают поток рассеяния (, который индуктирует в стороне 12 секции 20, сторонах 1 l, 12 секции 25, сторона 111 секции 22 и стороне 12 секции 23 ЭДС демпферной обмотки, под действием которой протекает ток, создающий демпферный поток Фд, компенсирующий поток рассеяния коммутируемых сторон 111, 12 секции 17. Ток демпферных обмоток, протекая по обмотке якоря, создает дополнительный электромагнитный момент.

Таким образом, выполнение в обмотках якоря 1, 2 демпферной обмотки с большим числом витков увеличивает индуктивное сопротивление коммутируемой секции, что значительно ограничивает результирующий коммутационный ток и его высокочастотную составляющую, уменьшая радиопомехи от машины.

При переходе щетки 48 с коллекторной пластины 29 в начале коммутации на коллекторную пластину 32 секция 17 шунтируется всеми другими секциями обмотки якоря 1, а при последующем переходе щетки 47 и коллекторной пластины 35 на коллекторную пластину 38, секция 17 находится на геометрической нейтрали и дополнительно шунтируется секцией 20 с последовательно и встречно включенных гальванически независимыми источниками питания 53, 54, и при переходе секции под полюс S ток секции меняет свой знак при возраста- 5 нии по величине без разрыва электрической цепи коммутируемой секции 17.

На завершающейся стадии коммутации секции 17 щетка 46 смещается с коллекторной пластины 30 на коллекторную пластину

10 33 и отключает шунтирующую секцию 20 с последовательно и встречно включенными гальванически независимыми источниками питания 53. 54, при сохранении направления тока всекции 17. Шунтирующая цепоч5 ка - секция 20 и последовательно и встречно включение независимые источники питания 53, 54, обладают большим индуктивным сопротивлением для импульсных токов включения и отключения секции 17.

0Коммутация других секций выполняется

аналогично.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить постоянную времени демпфирования, повысить его эффективность, полез5 но использовать энергию коммутации на создание дополнительного момента машины, снизить материалоемкость якоря за счет исключения отдельно намотанной демпферной обмотки

0Совмещение в одном коллекторе двух,

изолированных друг от друга коллекторов, подсоединенных к соответствующим отдельным обмоткам якоря, выполненным неперекрещивающимися и смещенными на

5 угол 2 л p/Z по окружности якоря и присоединенных к трем гальванически независимым источникам питания, приводит к улучшению коммутации, упрощению конструкции и технологии изготовления машины.

0Формула изобретения

Электрическая машина постоянного тока, содержащая полюса индуктора, якорь с двумя петлевыми равномерно распределенными по пазам обмотками, состоящими из

5 секций, разделенный в аксиальном направлении на части коллектор, разнополярные щетки, установленные на коллекторных пластинах, следующих одна за другой по длине и по окружности машины, к которым подсо0 единены подключенные к нечетным и четным коллекторным пластинам секции, о т- личающаяся тем что с целью повышения надежности путем улучшения коммутации, части коллектора размещены с одной

5 стороны якоря, обмотки якоря выполнены неперекрещивающимися с одинаковыми шагами и смещены на угол 2яр/2э по окружности якоря, каждая последующая секция каждой обмотки присоединена к еледующим одна за другой коллекторным плаЯОк ,

стинам, шириной Li , шаг щеток

17 л DK - 4 р по коллектору--., разноо Z. р

полярные щетки дальней части коллектора смещены с оси главного полюса на угол

. щетки ближней и средней частей кол- о и

лектора сдвинуты против направления укладки обмотки относительно оси соответствующей однополярной щетки дальней

части коллектора на угол ---- и

DK

ti Zk 27

25 cps гь

IKQ

фаг1

г

25

22 Фд 26 Ф 23

фиг 2

Р

DK

и присоединены к клеммам соответствующей полярности гальванически независимых источников питания, щетки име- ют ширину не больше ,

где U - ширина коллекторных пластин;

- ширина промежутка между коллекторными пластинами;

- ширина щетки; DK - диаметр коллектора;

р - число пар полюсов,

z - число элементарных пазов якоря; m - технологический допуск на установку щеток.

k9

20 tfk,

2$ 7 24 Щ, 22 % 25 S3

m-rn,

24 22. Фя 25 CD 23 26 у г

24

#

54 flfcfcj