Трехфазная коллекторная машина Советский патент 1934 года по МПК H02K27/12 H02K27/22 

В коллекторных трехфазных машинах с компенсационной .обмоткой, уничтожающей реакцию якоря (коллекторный генератор Шербиуса с явно выраженными полюсами, коллекторный генератор Япольского-КостенкО; шунтовой фазовый компенсатор и т. п.), щетки на коллекторе при всех режимах работы остаются в одном и том же положении. Благодаря этому в указанных машинах можно производить улучшение коммутации с помощью добавочных полюсов с последовательной и шунтовой обмоткой, подобно тому, как это имеет место в однофазных последовательных коллекторных двигателях с компенсационной обмоткой. Последовательная обмотка в этом случае служит для создания электродвижущей силы, компенсирующей электродвижущую силу самоиндукции в короткозамкнутом контуре, получаемой благодаря весьма резкому изменению тока в процессе коммутации, и шунтовая обмотка добавочного полюса создает, в свою очередь, электродвижущую силу, компенсирующую в короткозамкнутом контуре трансформаторную электродвижущую силу, созданную процессом изменения магнитного потока машины во времени в этом контуре.

Принцип работы последовательных добавочных полюсов однофазной машины ничем не отличается от принципа ра(428)

боты добавочных полюсов машины постоянного тока с компенсационной обмоткой, так как изменение тока во времени однофазной машины соответствует изменению постоянного тока в машине, работающей в режиме быстро изменяющейся нагрузки. Принцип работы добавочных последовательных полюсов в трехфазной машине не отличается, в свою очередь, от принципа работы добавочных последовательных полюсов в однофазной машине, так как в первом случае происходит простое совмещение на протяжении двойного полюсного деления добавочныхполюсов трех однофазных машин, питаемых токами, сдвинутыми во времени на 120.

Выполняемые по этому принципу компенсационные обмотки в соединении с обмотками последовательных добавочных полюсов дают весьма неравномерное распределение меди в пазах статора: Большое скопление проводников в пазах лежащих по обе стороны добавочных полюсов, вызывает затруднения в отношении охлаждения обмотки статора, благодаря чему снижается использованиемеди статорной обмотки; производственное выполнение этих обмоток получается также относительно сложным. Предлагаемая по настоящему изобретению схема компенсационной обмотки, дающей одновременно и коммутационзчые поля, создаваемые в обычных выполнениях с помощью особой дополнительной обмотки, позволяет получить совершенно равномерное распределение меди статорной обмотки, последовательно соединенной с системой якоря, благодаря чему облегчается как охлаждение мадшины, так и производство ее статорных обмоток.

Применение принципа настоящего Изобретения возможно в машинах с шестью добавочными полюсами на двойном полюсном делении, могущих иметь как явно выраженные полюса возбуждения, так и возбуждение с поачощью неявно выраженных полюсов, Создающих круговое вращающееся магнитное поле возбуждения.

Из рассмотрения условий работы компенсационной распределенной обмотки в машине с диаметральным шагом обмотки якоря следует, что при обычно применяемом соединении статорной обФ1ОТКИ звездой фаза токов в зонах компенсационной обмотки оказывается сдви.утой на 150 во времени по отношению к противолежащим зонам якоря как «верхнего, так и нижнего слоя.

-На чертеже фиг. 1 (« и &) изображает |кривые магьгитодвижущих сил обмоток трехфазного коллекторного генератора -ДЛЯ двух различных моментов времени; фиг. 2-кривую магнитодвижущих сил одной фазы с последовательной обмот«ой добавочных полюсов; фиг. 3-кривые -магнитодвижущих сил ротора и статора с учетом действия обмотки добавочных Полюсов; фиг. 4-схему компенсирующей обмотки статора, последовательно соединенной с обмоткой добавочных полюсов; фиг. 5-картину распределения токов в предлагаемой компенсирующей -обмотке и обмотке добавочных полюсов; фиг. б-схему указанной компенсирующей обмотки для одной пары полюсов; фи-г. 7 (fi и &)-распределение для двух ;различных моментов времени магнито-движущих сил в роторе и статоре, снабженном предлагаемой компенсирующей обмоткой.

Из представленного на фиг. 1 (а и &) расположения токов статорной и роторной систем для двух моментов времени, отличающихся на 30°, видно, что форма 3 агнитодвижущих сил от статора и ротора в оба момента времени является зеркальным изображением друг друга. Благодаря этому при правильном подборе чисел витков роторной и статорной обмоток поле реакции якоря может быть полностью уничтожено с помощью компенсирующей обмотки.

Для улучшения коммутации в отношении электродвижущих сил самоиндукции короткозамкнутого контура необходимо кроме компенсации реакции якоря создать еще добавочное коммутирующее поле в коммутационных зонах. Для этого на оси катушки каждой из фаз компенсирующей обмотки следует добавить обмотку добавочных полюсов, как это делается в машинах постоянного и однофазного тока с компенсирующей обмоткой. Так как поле добавочных полюсов должно быть направлено против поля реакции якоря, то очевидно поле добавочных полюсов и компенсирующей обмотки имеют одно и то же направление (фиг. 2). Подобная картина должна быть повторена для каждой фазы статорных последовательных обмоток, в результате чего магнитодвижущая сила этих обмоток будет иметь для двух основных моментов времени, отличающихся на 30°, вид, изображенный на фиг. 3, вместо кривых магнитодвижущих сил компенсирующей обмотки без добавочных полюсов, представленных на фиг. 1 (а и Ь). Как видно из кривых магнитодвижущих сил фиг. 3, коммутирующие поля от по-, следовательных добавочных полюсов получаются в местах раздела между зонами для нижнего и верхнего слоя. В этих местах происходит переход проводника из зоны одной фазы в соседнюю, представляющие коммутационные зоны. При изменении тока на 30° во времени волна магнитодвижущей силы перемещается также на 30, но коммутационные зоны остаются на месте, причем амплитуда коммутирующего поля оказывается пропорциональной мгновенному значению коммутируемого тока, благодаря чему коммутация во всех зонах протекает вполне правильно.

Если число проводников добавочных полюсов сделать равным числу проводников компенсирующей обмотки и поместить проводники первой обмотки в верхнем ряду, а второй в нижнем.

распределив их равномерно по окружности статора, то получится распределение, проводников всех фаз, представленное на фиг. 4 для момента времени, когда ток в первой фазе равен максимальному положительному значению, а в других фазах половинному отрицательному. На этой же фигуре показано соединение . проводников друг с другом дпя первой фазы, при котором проводники верхнего ряда компенсационной обмотки соединяются друг с другом по методу трехплоскостной трехфазной обмотки, а нижний ряд проводников добавочных полюсов соединяется по методу одноплоскостной обмотки. Если представить проводники компенсирующей обмотки и обмотки добавочных полюсов так, как это изображено на фиг. 5, то в этом случае они могут быть соединены, например, по методу двухплоскостной трехфазной обмотки с укороченным Шагом до половины полюсного деления, выполненной в два этажа. С точки зрения производственного выполнения наличие двух ветвей в каждом пазу, принадлежащих различным фазам, не составляет особого его усложнения, так как обе ветви идут повсем пазам совершенно идентично, как это можно видеть из фиг. б, на которой представлена схема соединения проводников этой обмотки для одной пары полюсов. На фиг. 7 изображены магнитодвижущая сила этой обмотки для двух основных моментов времени и магнитодвижущая сила роторной обмотки, причем числа витков этих обмоток могут быть подобраны так, что основные гармонические магнитодвижущие сил обеих обмоток полностью компенсируют друг друга. Заштрихованная разница действительных магнитодвижущие сил статррной и роторной обмоток дает коммутационное поле в тех местах, где- находятся короткозамкнутые проводники. Эти разницы оказываются пропорциональными величинам коммутируемого тока.

Нужно отметить, что принцип Гейланда (ETZ 1927, стр. 325) для улучшения коммутации с помощью однослойной обмотки с укороченным шагом неприменим к компенсирующим обмоткам, соединенным с ротором. При этих обмотках необходимо сдвигать основную волну магнитодвижущей силы статора на 60 от магнитодвижущей силы ротора, так как при сдвиге этих волн на 180 коммутационные зоны попадают в места, где магнитодвижущая сила ротора сильнее магнитодвижущей силы статора, благодаря чему получатся обратно направленные коммутационные поля и машина получит ухудшенную коммутацию. Благодаря этому обмотка Гейланда применима только к последовательным фазовым компенсаторам и последовательным трехфазным коллекторным двигателям, но неприменима к коллекторным генераторам и шунтовым фазовым компенсаторам, у которых основная гармоническая магнитодвижущая сила статора сдвинута на 180 от основной гармонической магнитодвижущей силы ротора.

Предмет изобретения.

Трехфазная коллекторная машина с компенсирующей обмоткой на статоре, служащей для уничтожения поля реакции якоря и соединенной с обмоткой последнего через коллектор и щетки, отличающаяся тем, что, с целью использования указанной обмотки одновременно и для компенсации поля реакции якоря и для создания коммутирующих полей последовательных добавочных полюсовц эта обмотка выполнена с укороченным до половины полюсного деления шагом и двумя последовательно соединенными ветвями, электрически сдвинутыми друг относительно друга на бО.

фиг.

йигл

-,i:,- -&p4L4: - - T l ylrfcrriv i :

ИТг-тТгпЧйл j ;

е;-г-;тг.г;п|- | {гЛ;. Igt Mtrir p rr-f-rf .- f-ijt f rritrr i lftifilllii iii rtljii iprf H - i f-rHiif4 - 4 1ШМ|: и11.1.Ц - Нг I i -rrif:

J jii. i

, r,--.-jft I ;Г7

.C..

u ; :iir-v ;rit