Синхронная переменнополюсная машина Советский патент 1981 года по МПК H02K19/22 

Изобретение относится к электромашиностроению и касается синхрон- ных переменнополюсных машин повы1ченной частоты, в частности генераторов переменного тока с когтеобразными полюсами, применяемыми в ав тотранспортном электрооборудовании. Известны трехфазные синхронныег нераторы с когтеобразными полюсами и внутренней катушкой возбуждения , работающие на нагрузку через ,выпрямительный блок. Такие генераторы устанавливаются почти на всех автомоби лях и автобусах, выпускаемых отечест венной и зарубежной промышленно стью ll. В известных генераторах число полюсов ротора 2 р и число зубцов якоря ZQ в синхронных генераторах связано соотношением 2р , где m - число фаз; q - число зубцов якоря на полюс и фазу. Большинство генераторов, выпускаемых автотракторной промышленностью, имеют двенадцатиполюсный ротор, т.е. 2р 12. При числе пазов на полюс и фазу q 1. На якоре имеется 36 зубцов, между которыми укладывается трехфазная (т 3) якорная обмотка. Эти генераторы имеют хорошие массо-габаритные показатели и хорошую форму кривой фазного напряжения. К недостаткам этих машин следует отнести сложность технологии и процесса автоматической укладки трехфазной распределенной обмотки между 36-ю зубцами якоря. Распределенная обмотка имеет достаточно длинные, пересекающиеся лобовые соединения, что ведет к увеличению расхода меди и поерь в ней, а также к ухудшению тепоотдачи . Указанные недостатки устранены в разработанном отечественной промьш ленностью автомобильном генераторе, имеющем 8-ти зубцовый статор, на котором размещена трехфазная зубцовая обмотка. Число пазов на полюс и фазу q в такой машине равно 1/2. Снижение трудоемкости изготовления (вместо распределенной обмотки применяются зубцовые катушки, причем вдвое уменьшается их число) .улучшение условий теплоотдачи, уменьшение вылета и длины лобовых частей, за счет чего снижается расход меди и потерь в ней, предопределили широкое применение таких генераторов. Известны генераторы типа Г-250, устанавливаемые на большинстве автомобилей, выпускаемых отечественной промышленностью f23. Эти генераторы имеютмассо-габари-тные показатели хуже, чем генераторы, у которых q 1. Это объясняет ся уменьшением степени использования магнитного потока и снижением обмоточного коэффициента от 1,0 в ге нераторах с q 1 до 0,866 в генераторах с q 1/2. Кроме того, из-за отсутствия распределения катушек, расположенных на отдельных зубцах с полуоткрытыми или открытыми пазами, генератор с q /2 обладает более ПЛОХО формой фазного напряжения. Целью изобретения является улучш ние массо-габаритных показателей и формы кривой фазного напряжения синх ронных переменно-полюсных машин с з цовыми обмотками. Указанная цель достигается тем, что катушки каждой фазы располагают ся на рядом стоящих зубцах якоря, а общее число зубцов якоря отличается от числа полюсов ротора на количест во ветвей в каждой фазе якорной обм ки. На фиг. 1 изображен продольный р рез . синхронной машины с «огтеобразным ротором и внутренней катуш кой возбуждения; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез. % Машина содержит статор 1 с зубца ми якоря 2 и размещенными на них зубцовыми катушками 3 якорной обмот ки. Ротор состоит из двух систем когтеобразных полюсов 4, насаженных .на вал 5, катушки 6 возбуждения на цилиндрической втулке 7. Щеточцоконтактный узел 8 показан схематично. 24 При наличии k ветвей число полюсов ротора 2р и число зубцов якоря Z 51 связываются соотношением 2р k, (1) а для обмотки с одной ветвью в фазе 2р 1 . () Якорная обмотка выполняется из катушек, причем катушки, принадлежащие одной фазе, располагаются на нескольких рядом стоящих зубцах якоря. Так для обмотки с k I все катушки одной фазы располагаютсяна Zq/m рядом стоящих зубцах якоря и при трехфазной обмотке m 3 занимают 1/3 расточки якоря. Для обмотки с k последовательно или параллельно соединенными ветвями катушки одной ветви располагаются на рядом стоящих зубцах якоря, образующих фазную зону. При этом чередование фазных зон по расточке яко- ря - обычное для многофазных обмоток. Электрический угол d- между двумя соседними катушками равен при подстановке условия связи между 2р И г, (1) (2) получается равт и + - электрических градусов . При встречно-последовательном соединении соседних катушек, принадлежащих одной фазе, электрический угол -j между ЭДС этих катушек будет равен 1Г ± тг--электрических граЧградусов Число катушек в одной ветви каждой. как было отмечено ранее равV я Следовательно, каждая фазная зона, занимаемая катушками одной ветви кажг дои фазы, образует d,( в электрических градусах), равный ItnT ;т т.е.-для трехфазной обмотки получаем фазный угол, равный 60 электрическим градусам. Обточный коэффициент k „ обмотки предлагаемой машины определяется известными соотношениями где k - коэффициент укорочения, равныйk Sinjt/a sin (ЗГ/а iKlf/iZ,,) cosKJ /22,, a kp - коэффициент распределения, равный1 , S viZqtt y// 5 n ЗГ/am m 5inr/2 ZqjWkSittJTK/lZ Для коэффициента распределения kp число зубцов (пазов) в фазной зоне эквивалентно числу пазов на полюс и фазу q в машинах с распределенными обмотками

9ке

чип

При достаточно большом числе зубцов якоря

,

k«4; sin 7rk/229 K/2Z: j

и обмоточный коэффициент равен einJT/b

Ku -rjT ° 55Таким образом, обмоточный коэффициент якорной обмотки предлагаемой машины в 0,955/0,866«. 1,10 раза выше, чем в известной машине с q 0,5. Следовательно, при прочих равных ус-, ловиях на 10 % увеличивается ЭДС на выходе обмотки и электромагнитная, мощность, отдаваемая машиной. Другим важным преимуществом является наличие распределения катушек фазы в зоне, что обуславливает хорошую форму кривой фазного напряжения (в машине с q 0,5 из-за отсутствия распределения между катуш8712 , 5 to 15 20 25

Формула изобретения

Синхронная переменно-полюсная машина с Многофазной зубцовой якорной обйоткой в виде отдельных катушек и . когтеобразным ротором, отличающаяся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей

и формы кривой фазного напряжения, катушки каждой фазы расположены На рядом стоящих зубцах якоря, а общее число зубцов якоря отличается от числа полюсов ротора на количество

ветвей в каждой фазе якорной обмотки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 17 Василевский В. И.,Кулеев Ю. А.

Автомобильные генераторы,- М., 1971.

2. Барабанов В. Е., Василевский В. И., Левин С. М. Электрооборудование тракторов и автомобилей.- М., Колос, 1974, с. 86-90. 26 ками фазы имеет неблагоприятную форму фазного напряжения). Предлагаемая машина обеспечивает уменьшение высошх гармонических в кривой фазного напряжения за счет некоторого укорочения шага и распределения катушек в каждой фазной зоне. Увеличение обмоточного коэффициента предопреледяет при прочих равных условиях увеличение ЭДС фазы якорной обмотки, и, следовательно, мощности при практически тех же массо-габаритных показателях в целом. Указанные преимущества выгодно отлнчают предлагаемую мащину от указанного прототипа и приближают по cBoifM технико-экономическим показателям электрическую машину с эубцовыми обмотками к синхронным переменнополюсным машинам с распределенными обмотками. При этом в предлагаемой машине сохраняются все преимущества машин с зубцовыми обмотками простота и технологичность изготовления.