Электрическая машина постоянного тока

 

Союз С етсннн

Соц алмстнчвскин

Республик (111 603061

И ЛВТОРСКОМУ СВИДЮТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 09.04.76 (21)2345204/07 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. K/t.

H 02 К 23/22Государственной ншатот

Сомта Мнннотров СССР оо делам нэобретвннй н отнрв1тнй (23) Приоритет (43) Опубликовано15.04.78. Бюллетень ¹1 (45) Дата опубликования опнсаннк11.04.78 (533 УДК 621.3.045.3 (088. 8) М. -B. Мительман, Ю. П. Сердюков, Ю. В. Лухин, С. А. Грановский и Л. И. Крикун (72) Авторы изобретении (711 Заявитель (54} ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к области эИектрс машиностроения, в частности к электрическим машинам постоянного тока средней мощности, работающим в режиме толчкообразныхреременных нагрузок. 5

Известно, что в машинах постоянного тока возможно возникновение кругового огня, если максимальное межламельное напряжение на коллекторе превышает критическое значение. 10

-Максимальное межламельное напряжение при прочих равных условиях зависит от степени искажения поля главных полюсов, которая увеличиваетсяя с возрастанием тока двигателя и ослаблением поля главных полюсов. Если 1á машина работает в режиме толчкообразных нагрузок, то при набросе нагрузки степень искажения поля значительно возрастает, что может привести к возникновению кругового огня. 20

Известны машины постоянного тока с сосредоточенной компенсационной обмоткой, охватывающей половину главного полюса(1 Такая обмотка подмагничивает один из краев главного полюса и позволяет получить бла- 25 гоприитное распределение межламельного напряжения. по коллектору. Недостатком уст ройства ивляется то, что при подключении упомянутой обмотки последовательно в цепь якори сечение ее должно быть достаточно велико, и она, занимая много места, снижает использование объема электрической маатинымощность s габарите. Кроме, туго, ее намагничиваюшая сила недостаточна для борьбы с круговым огнем при использовании.,быстродействующих источников питания, позволяющих скачком изменять напряжение от нули дэ максимального.

Известны также электрические машины ностоинного тока, содержащие закрепленные в статоре главные полюса. В каждом главном полюсе имеется паз, расположенный в центре и аксиально на внутренней изогнутой поверхности, в котором Привешена часть дополнитель.ной короткоэамкнутой обмотки, охватывающей половину главного полюса. Упомянутая обмотка содержит по крайней мере одну короткозамкнутую цепь с низким сопротивлением.

На коллекторе машины в скользящем контакте помещено необходимое количество щеток

603061

3 (2). Данное устройство является наиболее близким по технической сущности и достигае мым результатам к предлагаемому иэобретеНИТО.

Дополнительная обмотка при медленном изменении тока нагрузки, когда поток добавочного полюса пропорционален и току нагрузки и реактивному напряжению, бездействует. Когда же ток нагрузки изменяется бысч ро, коммутационный поток добавочного полю-.Е0 са не пропорционален реактивному напряжению

B этом случае появляется электродвижущая сила в цепях обмотки. Так как цепи обладают низким сопротивлением, малая электродвижущая сила создает большой ток, который определяет поток, дополнительный к тому, который возникает от обычной обмотки добавочного полюса, так как цепи (контура) обмотки включают в себя добавочные полюса.

Добавочный поток почти совпадает с пере- г0 ходными колебаниями нагрузки, опережая коммутационный поток, исходящий исключительно от обычной обмотки добавочного полюса.

A ч ак как дополнительная обмотка охва- 25 тывает половину главного полюса, то поток создаваемый этой обмоткой выравнивает искажение поля главного полюса при ударных нагрузках.

Поток, создаваемый упомянутой дополни- 30 тельной обмоткой хотя и выравнивает непропорциональность потока дополнительных попюсов нагрузки при резких толчках, но лишь пассивно влияет на попе главного полюса вне зависимости от возрастания максимального 35 межламельного напряжения выше допустимогг значения и не снижает его целенаправленно.

Тем самым использование: упомянутой обмот. ки не обеспечивает снижение вероятности возникновения кругового огня при повышении 40 перегрузочной способности, что ведет к снижению надежности устройства.

С целью повышения надежности путем предотвращения воэможности появления кругового огня на коллекторе дополнительная ,45 обмотка снабжена регулирующим устройством, содержащим пороговый элемент, конденсатор, датчик тока„: дополнительные измерительные щетки и усилитель, выход которого через датчик тока соединен с дополнительной обмотр0 кой, а вход его через пороговый элемент, шунтированный конденсатором, подключен к дополнительным измерительным щеткам, уста. новленным в зоне краев главного полюса.

И

На фиг. схематически изображена описываемая электрическая машина постоянного тока, нафиг, 2- электрическаясхемасоединени . й.

Машина включает статор 1 с закрепления ми в нем главными полюсами 2, в каждом

60 иэ которых выполнен в центре и аксиально на внутренней поверхности паз 3. В паз 3 помещена дополнительная обмотка 4, которая выполнена в виде одной катушки, охватывающей половину главного полюса, На коллекторе 5 якоря 6 машины установлены дополнительные измерительные щетки 7 в зоне наибольших межламельных напряжений. Шетки 7 последовательно с пороговым элементом 8, например стабилитроном, подсоединены к одному из входов усилителя 9, например тран. зисторно-тиристорного или магнитно-тирис торного. Пороговый элемент 8 шунтирован конденсатором 10. К выходу усилителя 9 последовательно с датчиком ll тока подключены дополнительные обмотки 4.

Выход датчика 11 тока подсоединен к другому входу усилителя 9.

Устройство работает следующим образом

В неподвижном состоянии или при малых скоростях электрической машины или неболь. ших скоростях нарастания тока, напряжение на дополнитепьных измерительных щетках 7 невелико. Пороговый элемент 8 заперт, и на вход усилителя 9 сигнал не поступает, Поэтому на его выходе отсутствует напряжение, и обмотка 4 не обтекается током

При значительном искажении поля электри-. ческой машины появляется относительно боль шое напряжение на щетках 7, пороговый элемент 8 начинает проводить ток, и на вход усилителя 9 поступает сигнал. Сигнал на вход усилителя 9 может попасть без открывания порогового элемента 8 через конденсатор 10 при быстром изменении межламельного напряжения, чем обеспечивается упреждающее действие усилителя 9. В первый момент после поступления или изменения входного сигнала усилителя 9 изменение тока обмотки 4, вследствие ее индуктивностиТ не происходит. Поэтому не меняется напряжение на выходе датчика 11 тока и не действует отрицательная обратная связь по току, что, в свою очередь, обуславливает максимальный коэффициент усиления и форсировку напряжения на выходе усипителя 9 и минимальное время переходного процесса.

Например, при ударном приложении момен. та к валу электродвигателя, подключенного к якорю генератора в системе Г-Д, его скорость падает с некоторым конечным отряда тельным ускорением, определяемым соотношением приложенного момента и электромеханической постоянной времени системы электродвигатель-механизм. Вследствие действия двух одновременно происходящих процессов — падения скорости вращения якоря электродвигателя и пропорциональной скорости якоря ЭДС эпектродвигателя и повышения величины ЭДС генератора под действием регулятора скорости (на чертеже не

603061

d(Г1

5 приводится) — рост тока якоря 6 во время этого процесса определяется дифференциальным уравнением:

Š— Š-Z+L

dj

Г д 1 д

При быстром росте величины Е„, входя,щий в левую часть уравнения величина межламельного напряжения при различных знаках напряжения на якоре.

Использование предложенного решения обеспечивает снижение вероятности возникновения кругового огня при повышении перегрузочной способности, например, в неком- . пенсированных машинах средней мощности на 440 - 500 вольт и при расширении диапазона регулирования. велика, а изменение магнитного потока добавочных полюсов отстает от изменения тока из-за действия вихревых токов в статоре 1. Магнитный поток реакция якоря 6 проходит через шихтованный магнитопровод

15 якоря и через шихтованные наконечники полюса 2, и поэтому ego изменение по фазе не отстает, от изменения:ока якоря.

При прохождении через полюсный наконечник полюса 2 поток реакции якоря уменьшает магнитный поток под одной полови-. ной полюсного наконечника, увеличивает под другой и меняет общую величину потока.

При этом происходят сразу три явления: г5 наведение в обмотке трансформаторной ЗДС от быстрого изменения потока, изменение распределения межламельной ЗДС и cMemeние нейтрали.

Под действием этих процессов и через конденсатор 10 и через пороговый м.емент

8 начинает протекать ток, усилитель 9, благодаря действию. сигнала отрицательной обратной связи по току, осуществляемой при помощи датчика 11, обеспечивает протекание

З5 необходимого корректирующего тока по обмот ке 4, Происходит уменьшение искажения поля главного полюса и снижение максимальноФормула изобретения

Электрическая машина постоянного -тока, содержащая закрепленные в статоре главные

Ф полюса с аксиальными пазами, выполненными в центре каждого полюсного наконечника, в которых размещена, охватывающая половину полюсного ны.онечника, дополнительная обмотка, о т л и ч а ю ш а я-с я тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения возможности появления кругового огни на коллекторе, дополнительная обмотка снабжена регулирующим устройством, содержащим пороговый элемент, конденсатор, датчик тока, дополнительные измерительные щетки и усилитель, выход которого через датчик тока соединен с дополнительной обмоткой, а вход его через пороговый элемент, шунтированныf конденсатором, подключен к,дополнитель ным измерительным щеткам, установленным в зоне краев главного полюса.

Источники информации, принятые во вни мание при экспертизе.

1. Арнольд и Ла-Кур "Машина постоянного тока", M., 1931, с. 279.

2. Патент США %3648089,кл.310-,186, 1973.

Составитель С. Шутова

Редактор H. Пиринов Гекред A, Azraz pez корректор А власенко

Заказ 1869/53. Тирах< 892 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Фяпяап ППП Потеет", г. Уягороп, уп. Проектная, 4