Коллекторная электрическая машина Советский патент 1981 года по МПК H02K23/22 

1

Изобретение относится к коллекторным электрическим машинам и касается средств повышения их коммутационной надёжности.

Известно, что для улучшения комму: тации коллекторных электрических ма шин используются демпферы различной конструкции, устанавливаемые как на вращающейся части машины - на якоре, так и на ее неподвижной части магнитной системе,и, в частности, на ее добавочных полюсах.

Известны также машины с демпферами, выполняемыми в виде двух короткозамк.нутых катушек, устанавливаемых вблизи одностержневых сердечников их добавочных полюсов Til

При этом у некоторых из них катушки служат для демпфирования потока рассеяния обмотки возбуждения главных полюсов. У других катушки служат для демпфирования потоков рассеяния обмотки возбуждения добавочных полюсов.

Упомянутые демпферы служат для по вышения коммутационной надежности этих машин, однако они отличаются друг от друга и от демпферов предлагаемой машины по физической сущности их воздействия на процессы коммутации .

Недостатком этих демпферов является то, что они не оказывают непосредственного влияния на процес10сы коммутации секций, т.е. на те процессы, от входа которых в наибольшей степени зависит коммутация машин.

Известна также электрическая машиISна, которая имеет трехстержневые гаобразные сердечники добавочных полюсов. Последние снабжены обмоткой возбуждения и демпферной обмоткой, выполненной в виде двух катушек, рас20положенных на крайних стержнях и включенных согласно к ЭДС, наводимой магнитными потоками коммутируемых секцийС Такая, конструкция дополнительных полюсов и их обмоток позволяет снизить индуктивность разрыва коммутируемых секций за счет демпфирования части потоков рассеяния этих секций, замыкающихся над поверхностью якоря через крайние стержни такого Ш-образного трехстержневого ее сердечника добавочного полюса. Снижение индуктивности разрыва коммутируемых секций обмотки якоря, как известно, является одним из действенных средств повышения коммутационной надежности коллекторных машин. Однако вышеописанная конструкция имеет следую1цие недостатки. трехстержневая.конструкция сердечника ее добавочного полюса ограничивает возможности создания наи более благоприятного распределения магнитного поля в коммутационной зоне машины, осуществляемого обычно путем подбора надлежащей формы нако нечника добавочного полюса; трехстержневая конструкция серде ников добавочных полюсов приведет к.чрезмерному увеличению потока рас сеяния обмотки возбуждения добавочных ПО.ПЮСОВ, располагающейся на сре нем стержне такого сердечника, чере его крайние стержни. При этом магнитное поле под крайними стержнями таких Ш-образных сердечников добаво ных полюсов может принять направление, противоположное требуемому. Сведение к минимуму связи демпферных катушек с коммутируемыми сек циями резко ухудшает коммутацию машины. Целью изобретения является повыш ние коммутационной надежности ее ра боты за счет улучшения коммутации. Эта цель достигается тем, что у коллекторной электрической машины одна из сторон кажой катушки установлена под тофцом дополнительного полюса вдоль оси якоря, а противоположные стороны катушек распол жены в междуполюсных окнах машины. Крепление одних сторон катушек демпферной обмотки под полюсными наконечниками добавочного полюс параллельно оси вала машины, а про тивоположных им сторон в междуполюсных окнах машины, обеспечивает максимально возможную индуктивную связь демпферной обмотки с коммути pyeMbiMH секциями и минимально возм 44 ную собственную индуктивность этой обмотки. Этим обстоятельством и обеспечивается максимально возможная зффективность такого рода демпферных обмоток. Высокая эффективность предлагаемых демпферов обеспечивается также их малой индуктивной связью с обмоткой возбуждения главных полюсов и.с некоммутируемыми сепиями якоря. Катушки демпферной обмотки наиболее целесообразно выполнять многови1к ковыми, из медных проводников круглог го или прямоугольного сечения. Устройство предлагаемой машины и ее демпферной обмотки поясняются соответствующим графическим материалом. На фиг. 1 изображен схематический разрез добавочного полюса и его обмоток, а также части якоря предлагаемой электрической машины. Электрическая машина содержит станину 1, одностержневой сердечник 2 добавочного полюса, обмотку 3 возбуждения добавочного полюса, демпферную обмотку 4., состоящую из двух катушек, образующих один замкнутый контур, секцию 5 якорной обмотки, находящиеся в завершающей стадии их периода коммутации. На фиг. 1 показана схема включения двухвитковых катушек демпферной обмотки одного добавочного полюса предлагаемой машины, а также токи fe ее проводниках, индуцированные потоками, пронизывающими катушки рассматриваемой демпферной обмотки в процессе работы машины. На фиг. 1 обозначены поток добавочного полюса, создаваемый его обмоткой возбуждения, поток рассеяния секции, замы кающийся над поверхностью якоря через полюсный наконечник добавочного полюса; .АО демпферной обмотки, индуцированмзгй потоком при его возрастании;Jf - линейная скорость якоря, . Принцип действия демпферных обмоток предлагаемой машины объясняется следующим образом. Коммутационное искрение, как известно, является следствием выделения электромагнитной энергии в скользящем щеточном контакте при размыка НИИ щетками тех коммутируемых секций, токи в которых по абсолютному значению оказываются больше или меньше токов параллельных ветвей обмотки я ря, в которые эти секции включаются При этом оценка величины энергии выделяющейся в скользящем щеточном контакте в момент разрыва каждой се ции, может быть произведена пользуя выражением ,. ..л I (.&)где Lзф- действующая или эффективная индуктивность секции в момент е разрыва (индуктивность разрыва секции) ; i - разность тока секции и т ка параллельной ветви, в которую эт секция включается. ПОЭТОМУ интенсивность искрения и вредное воздействие искрения на надежность работы щеточноколлекторного устройства машины искрения на надежность работы щеточ но-коллекторного устройства машины (при прочих равных условиях) тем больше, чем больше величины эффекти ных или действующих индуктивностей у коммутируемых секций якоря в моменты их разрыва. В связи с вышеизложенным станови ся понятно, что повьш1ение коммутационной надежности коллекторных машин может быть получерно за счет сни жения этих индуктивностей путем раз мещения коротко-замкнутых контуров на пути потоков, создаваемых коммут руемыми секциями. Именно такими короткозамкнутыми контурами являются демпферные обмотки предлагаемой машины. Каждая демпферн ая обмотка 4, состоящая из двух катушек ( фиг. 1),образует короткозамкнутый контур, размещенный на пути тех потоков рассеяния коммутируемых секций Фзш которые замыкаются над поверхностью якоря через наконечники ее добавочных полюсов. Эти потоки могут составлят значительную часть от всех несдемпфированных другими контурами машины потоков кo fмyтиpyeмьtx секций. С другой ctopoны (фиг.1),трансформаторные ЭДС, индуцируемые в катушках обмотки 4 при изменениях потока добавочного полюса всегда 46 будут равны и направлены навстречу друг другу в замкнутом контуре демпферной обмотки добавочных полюсов предлагаемой машины. Поэтому демпферы предлагаемой машины не оказывают какое-либо вредное влияние на выполнение основных функций ее добавочными полюсами. Положительный эффект от применения такого рода демпферов на добавочных полюсах коллекторных машин таким образом состоит в повьшении их коммутационной надежности. При этом наибольший эффект от их применения следует ожидать от устройства такого рода демпферов на машинах с магнитной системой, набираемой из изолированных листов электротехнической стали, т.е. на машинах, предназнаIченных для работы в режимах частых пусков и торможений, а также при больших толчкообразных нагрузках,где достижение удовлетворительной коммутации является особенно трудной задачей. Формула изобретения Коллекторная электрическая машина, содержащая якорь, основные полюса и дополнительные полюса с обмоткой возбуждения и демпферными обмотками, выполненными в виде двух катушек, образующих замкнутый контур, в котором, например начало первой катушки соединено с началом второй, а конец второй - с концом первой, при одинаковом направлений намотки обеих катушек, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности ее работы за счет улучшения коммутации, одна из сторон каждбй катушки установлена под торцом дополнительного полюса вдоль оси якоря, а противоположные стороны катушек расположены в межполюсных окнах машины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ 1463924 , л 21 , 1968. 2.Авторское свидетельство СССР 267732, кл. Н 02 К 23/22, 1967 (прототип).