Униполярная машина переменного тока

 

Сомз Советскых

Соцыалыстыческых

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (i»657533 (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.04.77 (21) 2470576/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликоваио15.04.79.Бюллетень И 14

Дата опубликования описания 19.04.79

2 (5l) М. Кл.

Н 02 К 19/18

Госудерстееииый комитет

СССР оо делам изооретений и открытий (53) УДК 621.313.. 1 {088.8) . (72) Автор изобретения

Б. Л. Алиевский (71) Заявитель Московский ордена Ленина авиационный институе имени Серго Орджоникидзе (54) УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОРЭ ТОКА

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к униполярным машинам переменного тока и может быть использовано при питании устройств для электромагнитного перемешивания черных и цветных металлов.

Статоры индукционных перемешивателей расплавленных металлов имеют двухфазные обмотки с непосредственным водяным охлаждением, выполненные из трубчатых стержней. Для их питания необхо-. то дим переменный двухфазный ток: инфранизкой частоты (0,3 — 1,3 Гц), что обусловлено технологическими требованиями перемещения расплава с малой скоростью т5 (порядка 0,5 — 1,0 м/с);,:низкого напряжения (10 — 20 В) и большой величины (порядка 1 0 — 20 кА ) .

Известен источник питания перемешивателей состоящий из двух отдельных униполярных машин переменного тока (1) который имеет большие габариты и низкий КПД. Известна также униполярная машина однофазного переменного тока 121 .

Эта машина содержит шихтовый статор с катушкой возбуждения, подключенной к источнику переменного тока, и якорь со стержневой обмоткой, соединенной с раз-. резным и неразрезным контактными кольцами и установленными на них щетками, в цепи которой протекает однофазный переменный ток. Однако такая машина может обеспечить только однофазный ток, что сужает область ее применения и функциональные возможности.

Бель настоящего изобретения - расширение функциональных возможностей машины за счет получения двухфазного тока якоря. Цель достигается тем, что обмотка возбуждения имеет две кольцевые катушки, числа витков которых относятся как

1: 2! К 3, при этом вывод одной катушки, имеющей меньшее число витков, соединен со средней точкой другой катушки, а остальные выводы катушек подключены к трехфазному источнику питания, начала н концы стержней обмотки якоря соединены с разрезными контактными кольцами, а

657533 их средняя точка соединена с неразрезным контактным кольцом.

На фиг. 1 и 2 представлен продольный и поперечный разрезы для цилиндрического исполнения машины; на фиг. 3 и 4: — дис- у кового (торцового) исполнения. На фиг. приняты следующие обозначения: 1 — паке-. ты магнитопровода статора, 2, 3 - пакеты магнитопровода якоря;;4, 5 — кольцевые катушки обмотки возбуждения; 6 — 1© стержни обмотки якоря; 7 - разрезные контактные кольца; 8 — неразрезное контактное кольцо; 9 — щетка;,10 — вал ротора; 1 1 — раэрезные втулки, 12 — нажимная шайба;, 13 — крепящая гайка; М

14 — клинья; 15 — секторы, 16 — корпус машины; 17 — торцовые пакеты магнитопровода; 18, 19, 20 — неразрезные втулки.

Пакеты магнитопровода 1, 2, 3, 17 @ щихтуются из наборов изолированных лаком пластин электротехнической. стали, выштампованных по соответствующим кон.фигурациям. Они закрепляются с помощью немагнитных клиньев 14 на роторе и не- 25 с, магнитных секторов 15 в корпусе машины

16, который тоже выполнен иэ немагнитного материала. В корпусе машины сделаны отверстия для выводов катушек возбуждения (o о, е.è двух соединенных, причем

ЗО соединение можно осуществить и внутри машины) и отводов силовой, цепи от щеток якоря (А, В, С). Вал ротора 10 установлен в подшипниках (на фиг. 1 и 3 не показаны).

Катушки возбуждения 4 и 5 выполнены многовитковыми, .при этом число витков в катушке 5 в 2/Н раза больше, чем в катущке 4. Конец катушки 4 соединен со

49 средней точкой катушки 5. Вывод от начала катушки 4 обозначен а, выводы от начала и конца катушки 5 обозначены Ь и с, соответственно. Стержни 6 обмотки якоря цилиндрической машины (фиг. 1

45 и 2) расположены в круглых пазах на средних пакетах 2 магнитопровода ротора и электрически изолированы от стенок пазов. Крайние пакеты 2 выполнены беэ пазов. Все листы — шайбы наборов пакетов 2 — имеют по одной радиальной прорези. Пакеты 2 и 3 ротора фиксированы немагнитными втулками 11, имеющими разрезы по образующей, немагнитными клиньями 14, шайбой 12 и гайкой 13.

Стержни 6 обмотки якоря дисковой (торцовой) машины (фиг. 3) расположены радиально,в зазорах между пакетами 1 и

17 магнитопровода статора и укреплены в проводящих втулках 18 на валу машины

10. Системы стержней в осевом направлении фиксированы проводящими втулками

19, 20 и гайкой. 13.

В обеих конструктивных схемах (фиг.

1 и 3) концы стержней 6 обмотки якоря соединены с разрезными контактными кольцами 7, а средняя точка обмотки — с неразрезными контактными кольцами 8. В цилиндрической машине кольца 7 изолированы от втулок 11, в дисковой машине втулки 18, 19 и 20 и кольцо 8 имеют электрический контакт. Щетки 9 установлены на контактных кольцах 7 и 8 в щеткодержателях.

Машина работает следующим образом.

При подключении выводов a, b, с обмотки возбуждения к симметричному источнику трехфазного тока в частях магнитопровода, охватывающих соответствующие катушки, протекают переменные магнитные потоки Ф и Ф (на фиг. 1 и фиг. 3 показаны пунктиром). Эти потоки сдвинуты ,по фазе на 90 градусов во времени и имеют одинаковую величину (амплитуду), так как соотношение чисел витков катушек

4 и 5 равно 1: 2/ 3.

В генераторном режиме при вращении ротора машины от приводного двигателя стержни 7 пересекают магнитные потоки

Ф или Ф . В соответствующих участках стержйей наводятся ЭДС, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Частота ЭДС равна частоте тока (и потока) возбуждения;; амплитуда ЭДС пропорциональна произв еде нию амплитуды магнитного и тока фазы на угловую скорость вращающегося ротора. К щеткам 9 подключается двухфазная нагрузка генератора, I общая точка фаз нагрузки присоединяется к отводу С, а две другие точки — с отводам А и В.

Если отводы А, В, С подключены к двухфазной сети, частота которой равна частоте тока возбуждения, то машина работает в режиме электродвигателя.

Радиальные разрезы в контактных кольцах 7, выполненные посередине расстояний между каждыми двумя соседними стержнями, разрезы в листах пакетов 2 и роторных втулках 11 предотвращают возникновение трансформаторных токов в короткозамкнутых контурах. Последние имели бы место при отсутствии разрезов: кольца 7, втулки 11 и листы-шайбы пакетов 2 охватывали бы осевой переменный магнитный поток, а ячейки "беличьей клетки в цилиндрической машине — радиальные потоки.

Короткозамкнутые токи, размагничивая

65 533 магнитную систему и вызывая существенное возрастание потребляемого от источника тока возбуждения, сделали бы маши« ну неработоспособной.

Предлагаемая униполярная машина мо- 5 жет найти практическое применение в качестве двухфазного генератора переменного тока стабильной частоты, не зависящей от угловой скорости якоря. Подобные генераторы предпочтительно применять для питания устройств индукционного (электромагнитного) перемешивания расплавов черных. либо цветных металлов, а также для питания электромагнитов ускорителей заряженных частиц. Эти установки потреб- 5 ляют относительно большой ток частотой

0,3-3,0 Гц. В указанных случаях предлагаемая машина служит электромеханическим усилителем инфазной частоты. При малых частотах значительно снижаются

I трансформаторные ЭДС, токи в коррткозамкнутых (коммутирующих) контурах, пе- риодически образующихся при работе машины вследствие перекрытия щеткой двух со25 седних секторов разрезного контактного кольца. Преимушеством униполярной машины переменного тока является и то, что обычные преобразовательные установки для получения электроэнергии переменного то30 ка низкой частоты (0,3 — 3,0 Гц) содер-. жат до 10 различных электрических машин. В предлагаемой же машине трехфазный ток низкой частоты необходим только для питания обмотки возбуждения относи1 тельно небольшой мощности и может быть получен от статического преобразователя.

Формула изобретения

Униполярная машина переменного тока, содержащая статор с обмоткой возбуждения, подключенной к источнику переменного тока, и якорь со стержневой обмот кой, соединенной с разрезными и нераэреэными контактными кольцами и .установленными на них щетками, о т л и ч а юш а я с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей машины за счет получения двухфазного тока якоря, обмотка возбуждения содержит две кольцевые катушки, числа витков которых относятся как 1: 2/75, при этом вывод одной катушки, имеющей меньшее число витков, соединен со средней точкой другой катушки, остальные выводы катушек под ключены к трехфазному источнику питания, начала и концы стержней обмотки якоря соединены с разрезными контактными кольцами, а их средняя точка соединена с неразрезным контактным кольцом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. докладов конференции Униполярные электрические машины", N,, "Информэлектро", 1969, с. 55.

2. Патент Великобритании % 1114411, .кл. 35 А, 1961.