ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ КОМПЕНСИРОВАННАЯ АСИНХРОННАЯ МАШИНА ДЛЯ ОДНОФАЗНОГО И МНОГОФАЗНОГО ТОКА Советский патент 1929 года по МПК H02K27/02 

Известны разнообразные виды компенсированных машин переменного тока, снабжаемых для компенсирования сдвига фаз коллекторной обмоткой, помещающейся по типу Гейланда на вторичной стороне машины и питающейся от бесколлекторной, расположенной на первичной стороне машины возбуждающей обмотки, или же от вторичной обмотки присоединенного к сети трансформатора, а, с другой стороны такие, в которых коллекторная обмотка расположена на первичной стороне машины и выполняет сама работу возбуждения. В машинах первого рода относительная скорость между вращающимся полем и коллекторной обмоткой очень мала, так что коммутация не представляет сколько-нибудь значительных затруднений. Иначе обстоит дело в машинах второго рода, в которых вращающееся поле перемещается по отношению к коллекторной обмотке с полной скоростью и которые именно и являются предметом предлагаемого изобретения. Так как магнитный поток не может быть выбран по произволу таким, как это явилось бы наиболее целесообразным с точки зрения выполнения коллекторной обмотки, ибо поток этот заранее уже определяется другими соображениями, то в подобных случаях оказывается чрезвычайно трудным придавать напряжению между щетками столь малую величину, как это требуется для возбуждения машины, а равным образом, удерживать напряжение между двумя пластинами коллектора в столь низких пределах, чтобы машина работала без искрообразования.

На чертеже фиг. 1 изображает схему соединений двухполюсной машины с разомкнутой обмоткой; фиг. 2 - ту же схему, но с увеличенным числом щеток на коллекторе; фиг. 3 - обмотку в виде открытого беличьего колеса; фиг. 4 - сечение паза ротора в случае равенства числа пластин коллектора числу пазов ротора; фиг. 5 - сечение паза ротора при наличии числа пластин коллектора, превышающем в два раза число пазов.

В предлагаемом изобретении, с целью устранения вышеуказанных затруднений, применяется для коллекторной обмотки разомкнутая обмотка, которая может быть выполнена в виде кольцевой или барабанной.

На фиг. 1 представлена схема соединений двухполюсной машины с разомкнутой обмоткой. Буквою а обозначена коллекторная обмотка, буквою о - ее нулевая точка п буквою с - открытая вторичная обмотка машины, к которой присоединены, с одной стороны, три смещенных на 120° скользящих по коллектору щетки, b₁, b₂, b₃, а, с другой стороны, пусковой реостат е. Изображенная на чертеже коллекторная обмотка показана в виде кольцевой, но само собой разумеется, как уже было упомянуто, может быть без всяких затруднений выполнена и в виде барабанной обмотки, благодаря чему возможно дальнейшее изменение электродвижущей силы путем укорочения шага.

Для лучшего использования якоря представляются две возможности, заключающиеся либо в применении более широких щеток, перекрывающих большее число коллекторных пластин, в связи с чем получается дальнейшее преимущество, заключающееся в возможности придавать длине коллектора, а вместе с тем и всей строительной длине машины меньшие размеры, либо в увеличении числа этих щеток на коллекторе до кратного числу фаз обмотки статора, как представлено на фиг. 2. Применение разомкнутой обмотки с целью уменьшения напряжения между пластинами (не касаясь в данном случае напряжения самоиндукции или реактивного напряжения) связано, однако, с одним условием, вытекающим из отношения фазового напряжения к напряжению между пластинами. Если обозначить через Е результирующее напряжение у зажимов, через φ - угол между отдельными фазами системы и через е - фазовое напряжение обмотки, то при открытом соединении звездою получим соотношение . Так как е соответствует напряжению каждой фазы обмотки, а Е - напряжению между пластинами, то ясно, что уменьшение этого последнего напряжения достигается, только в случае применения разомкнутой обмотки с числом ветвей или фаз, большим шести, так как при шестифазной системе напряжение между пластинами все же еще оказывается равным фазовому напряжению. На основании вышеизложенного, в настоящем изобретении предлагается выполнение разомкнутой обмотки, которой правильнее всего, было-бы дать наименование «открытого беличьего колеса». Как то видно из фиг. 3, каждая ветвь или фаза обмотки состоит из одного стержня S, присоединяемого, с одной стороны, к пластине L, коллектора K, а, с другой стороны, к общему для всех стержней кольцу О. Примерный вид сечения паза ротора при этом выполнении изображен на фиг. 4, где расположенный в верху паза стержень S принадлежит коллекторной обмотке, а помещающиеся в том же пазу два других проводника принадлежат первичной обмотке машины. Стержень S служит одновременно и в качестве клина, производящего замыкание паза, благодаря чему он помещается в самой верхней части паза, чем сводится к минимуму столь важная для процесса коммутации величина (реактивного) напряжения. Коллекторная обмотка может быть выполнена и таким образом, чтобы число пластин коллектора превышало в два или в несколько раз число пазов ротора. Выполнение обмотки в этом случае представлено на фиг. 5. Одна часть проводников коллекторной обмотки помещается в самой верхней части пазов, а другая - в самой верхней части зубцов активного железа; благодаря увеличению числа стержней S, уменьшается величина напряжения между двумя коллекторными пластинами, что важно для отсутствия искрообразования. В случае несимметричностей, получающихся при выполнении машины с отличным друг от друга числом щеток и ветвей или фаз, обмотки, последняя может быть снабжена уравнительными соединениями.

Простота выполнения коллекторной обмотки обеспечивает надежность ее работы, одновременно, позволяя понижать напряжение между пластинами. Ремонт коллекторной обмотки выполняется без затруднения, благодаря легкой доступности всех ее частей и возможности легкой смены каждого стержня в отдельности.

Повышение надежности работы компенсированных машин имеет особенно важное значение в том случае, когда дело идет об единицах большой мощности. Между тем, как до сих пор существовали различные соображения, говорившие против выполнения машин в несколько сот или несколько тысяч киловатт со встроенною компенсационной обмоткой, предлагаемое изобретение указывает возможность выполнения подобных машин простейшим образом, с достижением, одновременно, полной их надежности. Больше того, именно в случае машин большой мощности, указанное выполнение компенсационной обмотки является в особенности целесообразным благодаря тому, что в этом случае индуктированное в одном единственном стержне напряжение оказывается достаточно большим для создания на коллекторе требуемого компенсационного напряжения.

1. Электрическая компенсированная асинхронная машина для однофазного или многофазного тока с двумя обмотками на роторе - главной и коллекторной обмоткой возбуждения, характеризующаяся тем, что коллекторная обмотка, наложенная на ротор, выполнена в виде разомкнутся обмотки, с целью лучшего использования каковой обмотки применены широкие щетки, или же число щеток на коллекторе взято кратным числу фаз обмотки с статора (фиг. 1).

2. Форма выполнения охарактеризованной в п. 1 машины, отличающаяся тем, что каждый элемент коллекторной обмотки состоит только из одного стержня S (фиг. 3), присоединенного на одной стороне, якорного железа к пластине коллектора L, а на другой стороне к короткозамыкающему все стержни обмотки кольцу O.

3. Форма выполнения охарактеризованной в п. 2 машины, отличающаяся тем, что проводники коллекторной обмотки использованы в качестве клиньев, для укрепления основной роторной обмотки.