Электрическая машина постоянного тока Советский патент 1978 года по МПК H02K23/22 

Изобретение относится к области sjfeKTpoмашиностроения в частности к электрическим машинам постоянного тока средней мощности работающим в режиме толчкообразныхjiepeMeH-ных нагрузок. Известно, что в машинах постоянного тока возможно возникновение кругового огня, если максимальное межламельное напряжени на коллекторе превышает критическое значе-Максимальное межламельное напряжение при прочих равных условиях зависит от степени искажения поля главных полюсов, котораяувеличивается с возрастанием тока двигателя и ослаблением поля главных полюсов. Если машина работает в режиме толчкообразных нагрузок, то при набросе нагрузки степень искажения поля значительно возрастает, чт может привести к возникновению кругового огня. Известны машины постоянного тока с сос редоточенной компенсационной обмоткой, охватывающей половину главного полюса(1, Такая обмотка подмагничивает один из краев главного полюса и позволяет получить благоприятное распределение межламельного напряжения по коллектору. Недостатком уст ройства является то, что при подключении упомянутой обмотки последовательно в цепь якоря сечение ее должно йлть достаточно велико, и она, занимая много места, снижает Еспользовашге объема электрической машины- мощность в габарите. Кроме ixgroj ее намагничивакхцая сила недостаточна борьбы с . круговым огнем при использовании: быстродей... ствующц источников питания, позволяющих скачком изменять; напряжешге от нуля дв мaкcюvtaлы ofO. Известны также электрические машины постоянного тока, содержащие закрепленные в статоре главнее полюса. В каждом главном полюсе имеется паз, расположенный в центре и аксиально на внутренней изогнутой поверхности, в котором TtpMeiiieHa часть дополнительной короткозамкнутой обмотки, охватывающэй половину главного полюса. Упомя 1утая обмотка содержит по крайней мере одну короткозамкнутую цепь с низким согфотивлением. На коллекторе машины в скользящем контакте помещено необходимое количество щеток -. t2j. Данное устройство является наиболее близкик по технической сущности и достига© мым результатам к предлагаемому иэобрете яию. Дополнительная обмотка при медленном изменении тока нагрузки, когда поток добавочного полюса пропорционален и току нагрузки и-реактивному напряжению, бездействует. Когда же ток нагрузки изменяется быст ро, коммутационный поток добавочного полю са не пропорционален реактивному напряжени В этом случав появляется электродвижущая сила в цепях обмотки. Так как цепи обладаю низких сопротивлением, малая электродвижу щая сила создает большой ток, который определяет поток, дополнительный к тому, который возникает от обычной обмотки добавочного полюса, т ак цепи (контура) обмотки включают в себя добавочные полюса. Добавочный поток почти совпадает с переходными колебаниями нагрузки, опережая коммутационный поток, исходящий исключительно от обычной обмотки Добавочного полюса. А как дополнительная обмотка охватывает половину главного полюса, то поток, создаваемый этой обмоткой выравнивает искажение поля главного полюса при ударных нагрузках.. Поток, создаваемый упомянутой дополнигельной обмоткой хотя и выравнивает непропорциональность потока дополнительных попюсов нагрузки при резких толчках, Но лишь пассивно влияет на поле главного полюса вк зависимости от возрастания максимального межламельного напряжения выше допустимог значения и не снижает его целенаправленно. Тем самым использование упомянутой обмот ки не обеспечивает снижение вероятности возникновения кругового огня при повышении перегрузочной способности, что ведет к снижению надежности устройства. С целью повышения надежности путем предотвращения возможности появления кру гового огня на коллекторе дополнительная обмотка снабжена регулирующим устройство содержащим пороговый элемент, конденсатор датчик тока дополнительньне измерительные щетки и усилитель, выход которого через датчик тока соединен с дополнительной обмо кой, а вход его ерез пороговый элемент, шунтированный конденсатором, подключен к дополнительным измерительным щеткам, уст новленным в зоне краев главного полюса. На фиг. схематически изображена описываемая электрическая машина постоянного тока, на фиг. 2 - электргиескаясхема соединений Машина включает статор 1 с закрепленн ми в нем главными полюсами 2, в каждом из которых и 1полнен в центре и аксиально на внутренней поверхности паз 3. В паз 3 помещена дополнительная обмотка 4, которая выполнена в виде одной катушки, охватывающей половину главного полюса. На коллекторе 5 якоря 6 машины установлены дополнительные измерительные щетки 7 в зоне наибольших межламельных напряжений. Шатки 7 последовательно с пороговым элементом 8, например стабилитроном, подсоединены к одному из входов усилителя 9, например транзисторно-тиристорного или магнитно-тирио1 ; торного. Пороговый элемент 8 шунтирован конденсатором 10. К выходу усилителя 9 последовательно с датчиком 11 тока под- .ключены дополнительные обмотки 4. Выход датчика 11 тока подсоединен к другому входу усилителя 9. Устройство работает следующим образом В неподвижном состоянии или при малых скоростях электрической машины или небольших скоростях нараста1гаятока, напряжение на дополнительных измерительных щетках 7 невелико. Пороговый элемент 8 заперт, и на вход усилителя 9 сигнал не поступает. Поэтому на его выходе отсутствует напряжение, и обмотка 4 не обтекается током., При значительном искажении поля электрической машины появляется относительно боль-i Ц1ое напряжение на щетках 7, пороговый элемент 8 начинает проводить ток, и на вход усилителя 9 поступает сигнал. Сигнал на вход усилителя 9 может попасть без от крывания порогового апемента 8 через конденсатор 10 при быстром изменении межламельного напряжения, чэм обеспечивается упреждающее действие усилителя 9. В первый момент после поступления или изменения входного сигнала усилителя 9 изменений тока обмотки 4, вследствие ее индуктивности не происходит. Поэтому не меняется напряжение на выходе датчика 11 тока и не действует отрицательная обратная связь по току, что, в свою очередь, обуславливает максимальный коэффициент усиления и форсировку напряжения на выходе усилителя 9 и минимальное время переходного процесса. Например, при ударном приложении момента к валу электродвигателя, подключенного к якорю генератора в системе Г-Д, его скорость падает с некоторым конечным отрица. тельным ускорением, определяемым соотношением приложенного момента и электромеханической постоянной времени системы электродвигатель-механизм. Вследствие действия двух одновременно происходящих процессов - падения скорости вращения якоря электродвигателя и пропорциональной Скорости якоря ЭДС эпектродвигателя и повышения величины ЭДС генератора под действием регулятора скорости (на чертеже не приводится) - рост тока якоря 6 во время этого процесса определяется дифференциальным уравнениам: При быстром росте величины Ej,, входядций в левую часть уравнения величина gi- dtL велика, а изменение магнитного потока добавочных полюсов oTCTiaeT от изменения тока из-за действия вихревых токов в статоре 1. Магнитный поток реакции якоря 6 проходит через шихтованный магнитопровод якоря и через шихтованные наконечники, полюса 2, и поэтому его изменение по .фазе не отстает, от изменения ххжа якоря. При прохождении через полюсный наконеч1тк полюса 2 поток реакции якоря шает магнитный поток под одной полов -, ной полюсного наконечника, увеличивает под другой и меняет общую величину потока. При этом происходят сразу три явления: наведение в обмотке трансформаторной ЭДС от быстрого изменения потока, изменение распределения межламельной ЭДС и смещение нейтрали. Под действием этих процессов и через конденсатор 10 и через пороговый элемент 8 начинает протекать ток, усилитель 9, благодаря действию «сигнала отрицательной обратной связи по току, осуществляемой пр помощи датчика 11. обеспечивает протекани необходимого корректирующего тока по обмо ке 4. Происходит уменьщение искажения поля главного полюса и снижение максимальн межпамельного напряжения прк различных знаках напряжения на якоре. Использование предложенного решения обеспечивает снижение i вероятности возникновения кругового огня при повышении перегрузочной способности, например, в некомпенсированных машинах средней мощности на 44О - 5ОО вольт и при расширении диапазоиа регулирования. Формула изобретения Электрическая машина постоянного тока, содержащая закрепленные в статоре главные полюса с аксиальными пазами, выполненными в центре каждого полюсного наконечника, в которых размещена, охватывающая половину полюсного нaI oнeчникa, дополнительная обмотка, отличающая-с я тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения возможности появления кругового огня на коллекторе, дополнительная обмотка снабжена регулирующим устр Йством, содержащим пороговый элемент, конденсатор, датчик тока, дополнительные измерительные щетки и усилитель, выход которого через датчик тока соединен с дополнительной обмоткой, а вход его через пороговый элемент, шунтированный: конденсатором, подключен к ,дополнитель ным измерительным щеткам, установле ным в зоне краев главного полюса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Арнольд и Ла.-Кур Машина постоянного тока , М., 1931, с. 279. 2.Патент США№3648089,кл.31О-186,