Униполярная машина

Униполярная машина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. УНИПОЛЯРНАЯ МАШИНА, содержащая ротор.с кольцевыми электродами токосъемиых узлов и статор с центральным и боковыми полюсами, ярмом, катушками возбуждения и токосъемными узлами, отличающаяся тем,что, с целью улучшения массо-габаритных и энергетиа ческих показателей машины путем предотвращения насыщения магнитопровода полем якоря, в центральном полюсе статора и в роторе выполнены сквозные прорези, проходящие через ось, и осевой размер прорезей ротора больше расстояния мехду токосъемными узлами, но меньшей длины цилиндра ротора, а осевой размер прорезей статора не меньше расстояния между токосьемными узлами, при этом числа прорезей в роторе и статоре больше двух и не имеют обших делителей, кроме единицы. 2. Мгииина по п. 1, отличающаяся тем, что в роторе выполнены дополнительные несквозные (О прорези, расположенные между сквозными прорезями. i.СО ел iU СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН у(50 Н 02 31 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)

l

il (21) 3399305/24»97 (22) 22. 02. 82 (46) 23 05.83 Бюл. В 19 (72) Б.Л.Алиевский, A.Ë.Гельфонд, Б.Н.Гомберг, Ф.Е.Кенжибаев, В.Б.Метлин и B..Я.таубес (53) 621.313.292 (088 ° 8) (56) l. Патент США Р 3.383.532, кл. 310-102, 1968.

; 2. Авторское свидетельство СССР

9 156219, кл. Н 02 К 31IOOrl961. (54) (57) 1. УНИПОЛЯРНАЯ NAtUHHA, содержащая ротор:с кольцевыми электродами токосьемных узлов и статор.с центральным и боковыми полюсами, ярмом, катушками возбуждения и токосъемными узлами, о т л и ч а ющ а я с я тем,что, с целью улучшения массо-габаритных и энергети„„Su„„1019545 А ческих показателей машины путем предотвращения насыщения магнитопровода полем якоря, в центральном полюсв статора и в роторе выполнены сквозные прорези, проходящие через ось, и осевой размер прорезей ротора больше расстояния мех ду токосъемными узлами, но меньшей длины цилиндра рот ра, а осевой размер прорезей статвра не меньше расстояния между токосъемными узлами, при этом числа прорезей и роторе и статоре больше двух и не имеют общих делителей, кроме единицы.

2. Машина по п. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что в роторе выполнены дополнительные несквозные прорези, расположенные между сквозными прорезями.

1019545 сьпцения ротора и статора поперечным магнитным полем якоря. укаэанная цель достигается тем, что в униполярной машине, содержащей ротор с кольцевыми электродами токосъемных узлов и статор с централь ным и боковыми полюсами, ярмом,катушками возбуждения и токосъемными узлами,:в центральном полюсе ста» тора и в роторе выполнены сквозные

10 прорези, проходящие через центральную ось, и осевой размер прорезей ротора больше расстояния между токосъемными узлами, но меньше длины цилиндра ротора, а осевой размер про15 резей в статоре не меньше расстояния между токосъемными узлами, при этом числа прорезей в роторе и статоре больше двух и не имеют общих делитетелей, кроме единицы.

В роторе также могут быть допол,нительно выполнены несквозные про25

Недостатки этой конструкции УМ сос тоят в том, что вставки существенно не доходят до оси ротора, а это приводит к насыщению его центральной час ти полем якоря; вставки установлены под углом к радиусу, поэтому изготовление ротора вызывает технологические трудности статор не имеет вставок или компенсационных шин и подвержен насыщению полем якоря.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является УИ с иемагнитной вставкой, проходящей через ось вращения ротота, выполненного из ферромагнитных полуцилиндров (2)

В известной УМ снижено насыщение ротора (и его центральной части включительно), так как вставка проходит через весь диаметр. Вставка имеет протяженность вдоль всей осевой длины цилиндра, поэтому ротор выполнен из двух отдельных частей, стя. нутых кольцевыми бандажамй. Данный ротор имеет низкую прочность, что ограничивает его применение только типом тихоходных УИ; для быстроходных УМ с высокими окружными скоростями такой рОтор не пригоден. Статор известной УИ насыщен поперечным полем якоря, что ослаб,ляет рабочий магнитный поток возбуждения и снижает ЭДС машины. Кроме того, при больших токах якоря одной немагнитной вставки, разделяющей полуцилиндры,может оказаться недостаточно для необходимого уменьшения насьццения ротора полем якоря.

Цель изобретения — улучшение массо-габаритных и энергетических показателей УИ путем снижения наИзобретение относится к электрическим машинам постоянного тока, а именно к униполярным машинам (УИ).

Эти машины используются в электромеханических установках тока в качестве генераторов, а также в системах низкого напряжения в качестве двигателей.

Для УИ характерны болыцие токи якоря, магнитное поле которых {поцереиная реакция якоря) проявляется в сильном насыщении магнитопровода, отрицательно влияющем на массо-габаритные и энергетические показатели этих машин из-за необходимости увеличивать размеры магнитопровода и катушек возбуждения и иэ-за возрастания потребляемой мощности на возоуждение.

Известна конструкция УИ,позволяющая снизить продольно-размагничивающий эффект поперечной реакции якоря за счет применения ряда равном мерно распределенных по окружности немагнитных проводящих вставок в porope(1) . рези, расположенные между сквозными прорезями. Для увеличения прочности ротора кольцевые электродй токосъемных узлов служат бандажами. Возможно также заплавление прорезей немагнитным металлом или сплавом.

На фиг. 1 схематично показана

УМ, продольный разрез; на фиг. 2— то же, поперечное сечение.

УИ содержит цилиндрический ротор

1 из ферромагнитного материала, токосъемы 2,3 и статор, включающий сдвоен ный средний полюс 4 с ярмами 5,6 и два боковых полюса 7, 8 из ферромагнитного материала, а также катушки

9 и 10 возбуждения. Детали 1, 4 — 6 образуют магнитопровод машины. Ротор имеет кольцевые ЭлектродЫ ll и 12 токосъемных узлов и вал 13, который может изготавливаться с ротором как одно целое. Вал установлен в подшипниках 14 и 15. В средней части ротора

1 выполнено несколько равномерно расположенных сквозных диаМетральных прорезей 16,осевая протяженность которых превышает расстояние между плоскос- тями токосъемов, но меньше длины цилиндра ротора. Кольцевые электроды 11, 12 служат бандажами цилиндра ротора.

Ротор может быть снабжен дополнитель-..: ными несквозными прорезями 17, расположенными между прорезями 16 (фиг.2).

Сквозные радиальные прорези 18 в статоре, проходящие в его среднем полюсе

4 и ярмах 5 и 6, имеют осевую протяженность не меньше расстояния между плоскостями токосъемов. Прорези 16.

17 и 18 могут быть заплавлены немагнитным металлом (сплавом) или заполнены укрепленными в них немагнитными вставками.

При работе УМ ротор 1 пересекает продольный рабочий магнитный поток возбуждения фо, создаваемый катушками 9,10 и наводящий в роторе ЭДС.В режиме нагрузки по цепи якоря через

1019545 подвижные токосъемы 2 и 3 протекает ток 3>, обслуживающий поперечный магнитный поток реакции якоря. Линии этого потока .замыкаются по кон-центрическим окружностям в статоре (ф г) и роторе (ф р ) в плоскостях, о, тогональных к плоскостям линий потока катушек возбужедения (фиг.2).

Магнитный поток реакции якоря может также замыкаться в роторе в пределах каждого сектора (ф ). При наличии 10 дополнительный прорезей 17 появится ток () .

Прорези (или немагнитные вставки) существенно увеличивают магнитное сопротивление потокам ф и ф, тем самым уменьшая их и предотвращая насыщение ими соответствующих участков ротора и статора. Поток ф также снижается с увеличением числа диаметральных прорезей в роторе. При наличии до20 полнительных прорезей суммарный поток ,в каждом секторе ротораф +ф будет

5IP gp eme меньше. Осевая протяженность про,резей в статоре равна расстоянию между плоскостями токосъемов, т.е. определяется длиной среднего полюса и участков двух ярм, подверженных иааыщаему магнитному воздействию поля якоря, или больше этого расстояния.

Осевая протяженность прорезей в роторе теоретически должна быть пе- ® ременной, уменьшаясь к периферии в оответствии с картиной распределения (растекания) тока J> в массиве цилиндра ротора. Изготовление прорезей переменной .Протяженности 35 по радиусу на практике технологически затруднительно, поэтому длина прорезей в периферийной части ротора увеличена (по сравнению с теоретически необходимой их длиной), и 40 прорези в пределах всего диаметра имеют. постоянную осевую протяженность, которая больше расстояния между плоскостями токосъемников,но меньше длины цилиндра ротора. Такая 45 конструкция, ротора позволяет выполнить его как одно целое. Эти роторы допустимо применять в быстроходных

УМ. Определенный выбор числа прорезей в роторе и статоре, заключающийся 50 в том, чтобы эти числа не имели общих делителей, кроме единицы, значительно .снижает пульсации потока возбуждения, связанные с периодическим иэл.знением магнитной проводимости воздушного зазора под средним полюсом УМ из-за влияния прорезей. При произвольных числах прорезей в роторе и статоре

I например, равных или кратных, могут возникать болыаие пульсации, которые обусловили бы потери мощности в стали магнитопровода, а также наличие переменных составляющих в ЭДС якоря.

На практике, в некомпенсированной

УМ при обычных плотностях тока в якоре (больше 0,5 A/лаа ) напряженность поперечного магнитного поля якоря существенно превышает напряженност. пабочего поля катчаек возбуждения.

Поэтому уменьшение поля якоря. за счет рациональной конфигурации прорезей в статоре и роторе обеспечивает приблизительно пропорциональное .уменьшение сечения катушек и мощности возбуждения, а также соответственное уменьшение размеров магнитопровода.

Это приводит к снижению габаритов и массы машины и повышение ее КПД.

Согласно приближенной оценке при наличии и полных радиальных прорезей в роторе напряженность поля якоря уменьшается в (+ Ji) раз.

Сравнение предложенной .машины с базовым объектом-машиной с ГУ 160-24

У4 (изготовитель — завод УЭТМ) показывает, что для уменьшения поля якоря до величины рабочего поля требуется 9 радиальных прорезей в ставоре и

4 диаметральных прорези,в роторе.Это позволит увеличить магнитную индукцию рабочего поля с 1 Т до 1,25 Т и соответственно уменьшить сечения магнитопровода и цртушек возбуждения. При этом потери мощности на возбуждение сократятся. приблизительно в 2,5 раза. В .результате наружный диаметр машины уменьшится на 10,5%, массана 20%, а КПД увеличится на 0,2%. .

Ожидаемый зкономический эффект обусловлен улучшением массо-габаритных показателей и составит более 20% от стоимости основных материалов и затрат на изготовление машины.

1б

ФФ. Г

Составитель A.Òðåïóòíåâà

Редактор Г.Волкова Техред T.Ôàíòà Корректор A.Èëüèí Заказ 37%9/48 Тираж 617 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4