Униполярная машина переменного тока Советский патент 1946 года по МПК H02K19/18 

В тех случаях, когда от лвигатсля требуется широкое п плавное li менение числа оборотов (например, электропривод станков) или когда необходима обратная зависимость между крутящим моментом и числом оборотов (нанрнмер, электротяга), иривод двигателя выиолняют на ностояином тске. Применение неременного тока не всегда- возможно, так как ни синхронные, ни асинхронные двигатели не обладают требуемыми характернстиками, а кол.текторные двигатели иеремсниого тока ввиду трудности коммутации не Ho;iy4ii;i i 1ннрокого )странення,

Известно, что унииолярные лгагинны неременного тока лн1нены K:Iзанных недостатков иотом могут быть 1сно;1ьзованы в отмеченных вын1е случаях.

Предмето.м изобретения яв.тяется уннио.трная маншна, име1оп 1ая кольцевой статор, в во.здунп ом зазоре которого ирн иомон 1н аксиально расположенного и сиабжениого обмотко| 1 возбуждения магннтонровода создается магнитный поток, нроиизывакпций воздушный зазор в радиальном нанравлеиин и нересекаюнии ннлнндрнческий (например, в виде беличьего колеса) якорь с контакт1 ым)1 ко.пьнами, к которым ири помощи скользящих ко1ггактов подводится (или снимается в случае нснользования машины в качестве генератора) ток иизкого нанряження. Сущность изобретения зак.тючается в нрил1енении на статоре кол,девой обмоткн, служаи1ей для трансформ1Г)оваиия тока низкого напряжения и присоединяемой к сети неременного тока, и соединении разнополюсных скользящих контактов токопроводящнми скобами, охватыварощими спинку статора и образуюии1ми вместе с якорем вторичные (или нервнчньге) контуры, тpaнcфop iaтopнo связанные с кольцевой обмоткой статора.

Мащина, в зависимости от выиолнення, может быть соединена по схеме параллельного, последовательного и.1и смешанного возбуждення, т. е. обладает свойствамн и нтового, cepiiecnoro или комиаундного двиЛг- 67095

гателя, являясь в то же в1)емя маиппюн бесколлекторной. Машина также может быть использована и в качестве генератора lepeMeimoro :с)ка.

На фиг. I-6 приведены схема, общий вид и отдельные детали оиисываемой униполярной маишны пе)е.менпого тока.

Статор маншны ссетонт нз дву.х частей (фиг. 1-3), из которых нервая представляет собой кольцо / с обмоткой 2, а вторая выполнена в виде магн1ггонровода /Л который упирается одним концом в статорпое кольцо /, а другим входит во внутреннюю пустотелую часть ротора п снабжен нилнндрическнм расгпирепием 4. Магннтопровод 3 несет обмотку возбуждення 5. Ротор ма1нины представляет собой нустотелый барабан 6 с обмоткой 7 типа бе.тичьего колеса.

Сборные кольца 8 бе.шчьего ко.леса являются одновременно контактными кольиамн ротора, по окружностп KCJTOpbix распо южены ншткп .9, соединяемые между собой токонроводянхпмн скобами JO. При возбуждеиии обмоток 2 и 5 неремензи гм током в стержнях poTopnoii обмотки также начинается протекание тока, так как ротор, П1.еткп н скобы образуют короткоза.мкнутьп виток вокруг статорного кольна /. Ток ротора, взанмодействуя с раднально пронизывающим ротор потоком возбуждения, создает Bpaniaionuni .момент. Понятно, что перемена нанравленпя пптакпцего тока вызывает изменение как знака роторпого тока, так н знака потока возбуждения, и, следовате тьио, будет сохранен неизменным знак BpaiuaK)Hj.ero момента. Поток возбуждения иропнзывает короткозамкнутые коитуры, KOTopi iMii являются коитактные кольна ротора. Чтобы ненронзводнте.тьные noTepi от вторичного трансфор.маторного тока в контактных кольиах, приходится искусственпо увел.ичивать сопротив.ление последшгх, что не сказывается па протеканпи рабочего тока, ec;in щетки устапов.чепы по всей окружности контактного ко.тьпа, н за.метно сказывается, еслн IUCTKH расположены только в определеппых зонах. Пос.чедннй случай изображен на фиг., 4. Как видно, прохожденне тока место лпн1ь в тех роторных стержнях, которые в данный момент находятся против Н1,еток, что увелнчнвает сонротивленио ротора н, с.тедовательпо, всей пени, но которой нротекает рабочий ток. Это нежелате.чьное явлешю может быть сведено к миип.муму включением между контактными кольнами и роторной обмоткой описываемых колеи нзб1 рательных сонротпвленнй, нредстав.чяклинх высокое сонротивленпе для трансформаторного тока п низкое сопротивлепие для тока рабочего.

На фиг. 4 показана разверпутая прнннпппальная ехе.ма части ротора, кольиа нзбпрательного сонротнвлення н контактно|-о кольпа в зоне одной щетки. Кольно нзбпрате.пьного сопротивления является торопдом (кольцевой еердечппк, вокруг которого 15авномерно навивается обмотка), витки которого соединяются с контактным кольном и poTopiibi.Mvi стержнями. Для любого момента времени трансфор.маторный ток зо всей Сбмотке кольиа избирательного сопротивления имеет одно п то же направление, создавая результнруюпи1Й поток в сердечнике, вследствие чего обмотка представляет весь.ма значительное, гла-вным образом индуктивное, сонротнвлеппе. Ток от пгеткп распределяется внраво н влево по обмотке кольиа, проходя в роторные стержни. .Магннтные поля, создаваемые ампервиткамн рабочего тока, будут встреч1пы, пе создавая результирующего потока, а с.чедователыю, устройство будет прсдстар,лять лнн1ь незначительное актнвное и обусловленное потоками рассеяния больнюе реактивное сопротивления.

Одна 113 возможных форм конструктивного выполнения кольиа избирательного сопротивления показана на фиг. 5, па которой обозначено: У-спрямленная часть сердечппка, .i звепья обмотки и 3-роторные стержни.

Чтобы сам сердечник кольца избирательного сопротивления не являлся короткозамкнутым контуром, в каждом из листов железа необходимо проделать минимально один радиальный разрез.

В униполярной машнне переменного тока к трущемуся контакту предъявляются следующие основные требования: минимального переходного напряжения, минима.чьного уде.1ьного тягового уснлня, максимальной плотности тока и уменьн1ения износа.

Поставленные условия разре1иа1отся применением вместо контакта .скольжения (Чцетки) контакта качания (ролик) (фиг. 6).

Применение д.1я токосъема ро.чиков, выпо.чненных по тнпу применяемых в токоприемниках : лекгрическоГ1 тяги, должно дать ощут1 мые иреимун 1ества по сравиеиию со ияеточиым токосъемо.м. Однако в условиях униполярной мапшны нерсмеиного тока ро.чиковый токоприемник может быть радика.тьно улучнкн. В норма.чьном роликово.м токоириемиике имеется мнннмально два переходных контакта-от контактного кольца к вращающему ролику и от ролика к оси илн к боковым шунтам. В униполярной машине во.шожно жестко скрепить ролик с осью так, что она становится частью вторичного 1 онтура. При этом ось обращается во вращающнГ|ся токоведунии вал.

Описываемая униполярная ма1нниа переменного тока обладает следующими достоинствами:

1.Являясь машиной бесколлекторной, она в то же время обладает характеристиками коллекторных машин.

2.Униполярная машина яв.1яется машиной .многовнтковой, т. е. может выполняться на любое нанряженне, незавнсимо от остальных параметров.

3.Помимо известных меголов ре1улнрования числа оборотов щунтового двигателя изменением тока возбуждения илн тока якоря, в машине возможно изменение числа витков статорной обмоткн 2, что прнводит к изменению коэффнциента трансформации, а следовательно, к изменению напряження ротора, унодоб.чяя настоящую машину агрегату Леонарда.

4.Малые маховые массы дают ей преимущества при повторнократковременном режиме раб(ггы.

5.В генераторном режиме она имеет иреимущество перед синхрог;иыми генераторами-отсутствует необходнмость синхронизацнн.

П р е д м е т и з о б р е т е н и я

1.Униполярная мащнна переменного тока с кольцевым статором, в воздуниюм зазоре которого создастся при номошн акспальпо расположенного и снабженного обмоткой возбужде1П1я магиитонровода магн1ггиый иоток, ир011изь ваюн1нй Б0здун1ный зазор в радиальном направлении и пересекающий цилиндрический (например, в виде бе.шчье ; клеткн) якорь с коитактиыми кольца.ми. к которым при HOMOHUI скользян.1,; контактов подводится (или снимается в случае исиользован 1Я машнны в качестве генератора) ток низкого нанряжеиия, о т л н ч а ю HI а я с .ч тем, что д.чя трансформирования этого тока на статоре расположена кольцевая обмотка, присоедпияемаи к сети переменного тока, а разнополюсные скользящие контакты соедииены токонроводящнмн скобами, охватывающими сниику статора, н образующимн вместе с якорем вторичные (или первичные) , трансформаторно связанные с кольневой обмоткой статора.

2.Форма выполнения машины по п. 1. от л и ч а ю ш а я с я тем. что, с целью уменьшения потерь энергии в контактных кольцах, окру№ 67095-4-

жающих аксиально расположенный магнитопровод, каждое из этих колец выполнено с большим омическим сопротивлением для уменьшения силы индуктируемого в нем тока и шунтировано по всей окружности обмоткой тороида, представляюшей большое индуктивное сопротивление для индуктироваииого в пей тока и малое д.чя рабочего тока якоря. 3. Видоизменение машипы по п. 1, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что БМОсто скользящих контактов п скоб применены контактные ролики и, соответственно свободно вращающиеся стержни, иа коннах которых разнонолюсные ролики закреплены жестко для устранення переходных коптактов между роликами и стержнями.

иг.1

Разрез по ЕО взиг.З

-А- б

Разрез по FO (риг 3

Рпзрез г.о Сй9иг.2 Рззрез по DO аиг 2 Е Разрез ло ВО (puz2 Разрез по АО Фиг.2

иг-. 4

.6

Фиг 5