Униполярная машина переменного тока Советский патент 1979 года по МПК H02K19/18 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к униполярным машинам переменного тока и может быть использовано при питании устройств для электромагнитного перемешивания черных и цветных металлов. Статоры индукционных перемешивателей расплавленных металлов имеют двухфазные обмотки с непосредственным водя ным о.хлаждением, выполненные из трубчатых стержней. Для их питания необхо-. ДИМ переменный двухфазный ток: инфранизкой частоты (О,3 - 1,3 Гц), что обусловлено технологическими требованиями перемещения расплава с малой скоростью (порядка О,5 - 1,О м/с);,низкого напряжения (10 - 2О В) и большой величины (порядка 1О - 2О кА). Известен источник питания перемешивателей,состоящий из двух отдельных yHH полярных машин переменного тока l j который имеет большие габариты и низкий КПД, Известна также униполярная ма шина однофазного переменного тока 2 . Эта машина содержит шихтовый статор с катушкой возбуждения, подключенной к источнику переменного тока, и якорь со стержневой обмоткой, соединенной с раз- . резным и неразрезным контактными кольцами и установленными на ни.х щетками, в цепи которой протекает однофазный переменный ток. Однако такая машина может обеспечить только однофазный ток, что сужает область ее применения и функциональные возможности. Цель настоящего изобретения - расширение функциональных возможностей машины за счет получения двухфазного тока якоря. Цель достигается тем, что обмотка возбуждения имеет две кольцевые катушки, числа витков которых относятся как 1 : 2/ ТЗ, при этом вывод одной катушки, имеющей меньшее число витков, соединен со средней точкой другой катушки, а остальные выводы катушек подключены к трехфазному источнику питания, начала и концы стержней обмотки якоря соединены с разрезными контактными кольцами, а их средняя точка соединена с неразрезным контактным кольцом, На фиг. 1 и 2 представлен продольный и поперечный разрезы для цилиндрическог исполнения машины; на фиг. 3 и 4 - дискового (торцового) исполнения. На фиг. приняты следуюшие обозначения: 1 - пакеты магнитопровода статора;, 3 - пакеты магнитопровода якоря; ;4, 5 - кольцевые катушки обмотки возбуждения; (6 стержни обмотки якоря;/ - разрезные контактные кольца;/8 -неразрезное контактное кольцо;/9 - щетка; ;1О - вал ротора; (11 - разрезные втулки; 112 - нажимная шайба;; 13 - крепящая гайка;, 14 - клинья;/is - секторы;/16 - корпус машины; 17 -торцовые пакеты магнитопрохода; (18, 19, 20 - неразрезные втулки. Пакеты магнитопровода 1, 2, 3, 17 шихтуются из наборов изолированных па-™ ком пластин электротехнической стали, выштампованных по соответствующим конфигурацияМо Они закрепляются с помощью немагнитньрс клиньев 14 на роторе и немагнитных секторов 15 в корпусе машины 16, который тоже выполнен из немагнитного материала. В корпусе машины сделаны отверстия для выводов катушек возбуждения (с, Ь, с и двух соединенных, причем соединение можно осуществить и внутри машины) и отводов силовой, цепи от щеток якоря (А, В, С). Вал ротора 10 установлен в подшипниках (на фиг. 1 и 3 не показаны). Катушки возбуждения 4 и 5 выполнены многовитковыми,..при этом число витков в катушке 5 в 2/ТгЗ раза больше, чем в катущке 4. Конец катушки 4-соединен со средней точкой катушки 5. Вывод от начала катушки 4 обозначен .а , выводы от начала и конца катушки 5 обозначе.ны b и с , соответственно. Стержни 6 обмотки якоря цилиндрической машины (фиг. 1 и 2) расположены в круглых пазах на средних пакетах 2 магнитопровода ротора и электрически изолированы от стенок пазов. Крайние пакеты2 вьтолнены без пазов. Все листы - шайбы наборов пакетов 2 - имеют по одной радиальной прорези. Пакеты 2 и 3 ротора фиксированы немагнитными втулками 11, имеющими разрезы по образующей, немагнитными клиньями 14, шайбой 12 и гайкой 13. Стержни 6 обмотки якоря дисковой (торцовой) машины (фиг. 3) расположены радиально а зазорах между пакетами 1 и 17 магнитопровода статора и укреплены 65 34 в проводящих втулках 18 на валу машины 10. Системы стержней в осевом направлении фиксированы проводящими втулками 19, 20 и гайкой 13. В обеи.х конструктивных схемах (фиг. 1 и 3) концы стержней 6 обмотки якоря соединены с разрезными контактными кольцами 7, а средняя точка обмотки - с неразрезными контактными кольцами 8. В цилиндрической машине кольца 7 изолированы от втулок 11, в дисковой машине втулки 18, 19 и 20 и кольцо 8 имеют электрический контакт. Щетки 9 установлены на контактных кольцах 7 и 8 в щеткодержателях. Машина работает следующим образом. При подключении выводов а , b, с обмотки возбуждения к симметричному источнику трехфазного тока в частях магнитопровода, охватывающих соответствующие катушки, протекают переменные магнитные потоки Фд- и Ф (на фиг. 1 и фиг. 3 показаны пунктиром). Эти потоки сдвинуты по фазе на 90 градусов во времени и имеют одинаковую величину (амплитуду), так как соотношение чисел витков катушек 4 и 5 равно 1 : 2/ fs, В генераторном режиме при вращении ротора машины от приводного двигателя стержни 7 пересекают магнитные потоки Фд или Ф . В соответствующих участках стержней наводятся ЭДС, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Частота ЭДС равна частоте тока (и потока) возбужде,ния;( амплитуда ЭДС пропорциональна произведению амплитуды магнитного потока фазы на угловую скорость вращающегося ротора. К щеткам 9 подключается двухфазная нагрузка генератора; общая точка фаз нагрузки присоединяется котводу С, а две другпе точки - с отводам А и В. Если отводы А, В, С подключена, к двухфазной сети, частота которой равна частоте тока возбуждения, то машина работает в режиме электродвигателя. Радиальные разрезы в контактных кольцах 7, вьшолненные посередине расстояний между каждыми двумя соседними стержнями, разрезы в листах пакетов 2 и роторных втулках 11 предотвращают возникновение трансформаторных токов в короткозамкнутых контурах. Последние имели бы место при отсутствии разрезов: кольца 7, втулки 11 и листы-шайбы пакетов 2 охватьшали бы осевой переменный магнитный поток, а ячейки беличьей клетки в цилиндрической машине - радиальные потоки. Короткозамкнутые токи, размагничивая магнитную систему и вызывая существенное возрастете потребляемого от источника тока возбуждения, сделали бы машину неработоспособной. Предлагаемая униполярная машина может найти практическое применение в качестве двухфазного генератора переменного тока стабильной частоты, не зависящей от угловой скорости якоря. Подобные генераторы предпочтительно применять для питания устройств индукционного (электромагнитного) перемешивания расплавов черных. либо цветных металлов, а также для питания электромагнитов ускорителей заряженных частиц. Эти установки потребляют относительно большой ток частотой 0,3-3,0 Гц. В указанных случаях предлагаемая машина служит электромеханическим усилителем инфазной частоты. При малых частотах значительно снижаются трансформаторные ЭДС, токи в короткозамкнутых (коммутирующих) контурах, периодически образующихся при работе маши ны вследствие перекрытия щеткой двух со седних секторов разрезногоконтактного, кольца. Пpeимyщecтвo 4 униполярной машины переменного тока является и то, что обычные преобразовательные установки дл получения электроэнергии переменного тока низкой частоты (О,3 - 3,О Гц) содержат до 10 различных электрических машин. В предлагаемой же машине трехфазный ток низкой частоты необходим только для питания обмотки возбуждения относительно небольшой мощности и может быть получен от статического преобразователя. Формула изобретения Униполярная машина переменного TOKSi содержащая статор с обмоткой возбуждения, подключенной к источнику переменного тока, и якорь со стержневой обмоткой, соединенной с разрезными и нераэрезными контактными кольцами и .установленными на НИ.Х щетками, отличающ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей машины за счет получения двухфазного тока якоря, обмотка возбуждения содержит две, кольцевые катушки. Числа витков которых относятся как 1 : 2/rS, при этом вывод одной катушки, имеющей меньшее число витков5соедин9н со средней точкой другой катушки, остальные выводы катушек подключены к трехфазному источнику питания, начала и концы стержней обмотки якоря соединены с разрезными контактными кольцами, а юс средняя точка соединена с неразрезным контактным кольцом. Источники информации, принятые во внимание при-экспертизе 1.Сб. докладов конференции Униполярные электрические машины , М., Ин- . формэлектро, 1969, с. 55. 2.Патент Великобритании № 1114411, кл. 35 А, 1961.

// 61 23 {од

9 11

Риг.1