Самовозбуждающаяся синхронная машина Советский патент 1933 года по МПК H02K19/18 

В ОСНОВНОМ патенте № 1648 описано устройство коллектора и щеток для коллекторных машин переменного тока, в котором щетки выполнены конструктивно в виде коллектора, соединенного с фазовой вторичной обмоткой, а коллектор в виде щеток, соединенных с замкнутой регулирующей обмоткой; таким образом, несмотря на то, что в электрическом отношении получаются вращающиеся щетки и неподвижный коллектор, в конструктивном выполнении получается вращающийся коллектор и неподвижные щетки. В указанном устройстве вращающийся коллектор имеет равномерно распределенные по окр жности рабочие пластины, соединенные с отдельными фазами многофазной обмотки ротора, и нерабочие пластины, вставленные в равном числе между рабочими пластинами и не соединенные с об чоткой; неподвижные же щетки равномерно распределены по окружности коллектора и соединены с отдельными секциями многофазной замкнутой обмотки статора. Подобная система из щеток и коллектора предлагается, согласно настоящему изобретению, в применении к самовозбуждающейся синхронной машине.

Как известно, генераторы постояннбго тока и синхронные мащины переменного

(244)

тока должны возбуждаться постоянным током. Но в то время как в генераторах постоянного тска применяется самовозбуждение, синхронные машины переменного тока возбуждаются от постороннего источн)ка постоянного тока. Таким источником является специальный ггн ратор постоянного тока - возбудитель, ооычно сидящий на одном валу с ротором -возбуж;;аемой им синхронноймашины. Таким образом, синхронная машина представляет собой в большинстве случаев комбинацию двух машин: собС1венно синхронной машины и возбудителя. Недостатки, связанные с этим, следующие Несмотря на малую сравнительно мощность возбудителя, стоимость его довольно значительна; возбудитель занимает сравнительно много места подлине: машины; возбудитель, как самостоятельная машина, может являться источником, различного рода аварий. Для устраньмияэтих недостатков, согласно изобретению,, синхронная машина снабжается добавочной обмоткой, в которой индуктируется переменный ток, причем эта обмотка электрически соединена с обмоткой возбуждения вышеуказанной системой иэ8 коллектора и щеток.

На чертеже фиг. 1 изображает схему самовозбуждающейся синхронной маг

шины трехфазного тока и фиг. 2-схему части добавочной обмотки и коллектора. Добавочная обмотка 2 (фиг. 1) уложена в тех же пазах статора S-5, в которых лежит основная обмотка / якоря синхронной машины. Отдельные витки эгой обмотки присоединены к неподвижной щеточной системе , играющей роль коллектора. На вал ротора R-R машины насажен коллектор, состоящий из рабочих пластин 5 и 7 и нерабочих промежуточных пластин 5. Рабочие пластины и 7, соединены между собой через одну и играют роль щеток. Обмотка возбуждения 5 намагничивает полюса магнитной системы (индукторов), являющейся общей как дпя основной обмотки 1 синхронной машины, так и для добавочной обмотки 2, и соединяется с пластинами 4. Таким образом, добавочная обмотка 2, система из щеток 4 и коллекторных пластин 5, 7 и 5 совместно с обмоткрй возбуждения 5, представляют собой встроенный генератор постоянного тока, служащий источником постоянного тока для возбуждения синхронной машины. По сравнению с нормал|эным возбудителем встроенный генератор будет гораздо экономичнее: он не будет иметь своих полюсов (из железа и ) и своего железа для проведения магнитного потока, так как эта часть машины у него будет общая с альтернатором; что же касается обмотки якоря 2, то так как она будет пересекаться потоком со значительно большей скоростью (при той же окружной скорости линейная скорость на окружности статора альтернатора изза его большего диаметра будег- значительно больше, чем у нормального возбудителя)-расход меди на эту добавочную обмотку будет меньше, чем на обмотку нормального якоря. Для того, чтобы коллектор имел достаточное число активных пластин (электрических щеток) машина должна иметь больщое число полюсов. Поэтому самовозбуждающаяся синхронная машина может иметь главное применение для средних и тихоходных машин, которые обыч(но выполняются с явно выраженными полюсами. Для уменьшения числа щеток (пластин) целесообразно применять специальную обмотку (фиг. 2), которая должна быть устроена таким образом, чтобы в каждый данный

момент щеток, соединенных с этой обмоткой, касалась бы только одна пластина одной полярности (не считая явлений коммутации). Для этого число щеток п должно быть взаимно простым с числом пар полюсов р. Напр. для / 1б, число щеток может быть д 3, 5, 7, 9, 11, 13,15, 17 и т. д. Ясно, что чем больше п, тем меньше пульсация э. д. с. Но так как большая самоиндукция обмотки возбуждения сглаживает пульсации тока, число щеток п может быть взято достаточно малым, обычно лишь незначительно большим числа щеток нормального возбудителя. Добавочная обмотка с числрм секций, пропорциональным я, не может быть соверщенно симметрично уложена во все пазы статора. Но эта несимметричность может быть соответствующим выбором обмотки доведена до минимума. Кроме того, следует отметить, что несимметричность гораздо более опасна для двигателя, чем для генератора, да еще с постоянным полем.

Для регулировки тока возбуждения один из проводов, соединяющих обмотки возбуждения 3 с пластинами 6 и 7, должен быть разрезан и оба конца его присоединены к кольцам 8,9 на эти кольца наложены неподвижные щетки, а к ним приключен регулируемый реостат 10. Для возможности независимого возбуждения должно быть установлено еще одно кольцо //.

При пуске в ход генератор самовозбуждается, как, и .машина постоянного тока: поле остаточного магнетизма полюсов индуктирует э. д. с. в добавочной обмотке; эта э. д. с- посылает ток в обмотку возбуждения генератора, поле усиливается и т. д.

Коммутация добавочной обмотки, по данным автора, происходит без искрения. В короткозамыкаемой секции будут индуктироваться электродвижущие си//ы реактивная (само- и взаимоиндукции) и трансформаторная - от внешних полей, пересекаемых секцией. Реактивная электродвижущая сила будет весьма мала, так как добавочная обмотка 2, распред ленная по всей окружности статора, будет иметь малую линейную нагрузку. Tj-ансформаторная электродвижущая сила йудет при неизменной нагрузке постоянной, так как коллектор, вращаясь синхронно

с полем, будет замыкать накоротко секции в тот момент, когда эти секции находятся в том же поле (как и в машине постоянного тока); таким образом, эта электродвижущая сила будет зависеть от сдвига щеток. Индуктировать трансформаторную э. д. с. будут следующие поля: 1) поле добавочной обмотки, но этим полем, в виду ничтожного AS обмотки, можно пренебречь, хотя некоторую опасность могут представить небольшие, но быстрые пульсации этого поля, но практика машин постоянного тока с небольшим числом коллекторных пластин показала, что и здесь коммутация проходит удовлетворительно; 2) поперечное поле .реакции якоря альтернатора, сила какового поля будет зависеть от величины и характера (cos а) нагрузки, но в виду того, что поперечное поле образовано между ясно выраженными полюсами, т.-е. в месте очень большого зазора, оно будет сравни1 ельно невелико, а кроме того э.д. с- от этого поля может быть уменьшена и даже уничтожена надлежащим сдвигом (цеток (в данном случае против вращения ротора); 3) поле же полюсов будет индуктиррвать компенсирующую электродвижущую силу.

Предмет изобретения.,

1.Самовозбуждающаяся синхронная машинаС вращающимися полюсами, отличающаяся тем, что обмотка 3 полюсов машины электрически соединена с добавочной обмоткой 2, уложенной в пазы статора машины, при посредстве системы из коллектора и щеток, охарактеризованной в патенте № 1648, причем рабочие пластины 6 коллектора соединены с обмоткой полюсов машины.

2.В охарактеризованной в п. 1 синхронной машине применение контактных колец 8,9, служащих для включения последовательно с обмоткой полюсов мащины реостата W с целью регулирования тока возбуждения.

Фиг. 2.