Сварочный одноякорный преобразователь, переменного тока в постоянный

Сварочный одноякорный преобразователь, переменного тока в постоянный

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

¹ 108886

Класс 21h, 32ра

21h, 32р4

СССР с

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О. В. Бенедикт

СВАРОЧНЫЙ ОДНОЯКОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ

Заявлено 20 октября 1955 г. за ¹ 6877/45554, в Чинистсрство электротехнической прох1ышленности СССР

Изобретение относится к сварочным одноякорным преобразователям переменного тока в постоянный с падающей внешней характерпстикой (для дуговой сварки), имеющим 2р-полюсную систему -таторных обмоток возбуждения (где р — целое число) и 2р-полюсную фазную обмотку на якоре (роторе), которые создают неизменный по ве:шчkkke 2рполюсный результирующий магнитный поток возбуждения. Последний индуктирует в якорной обмотке э- д. с., уравновешивающую напряжение сети переменного тока, и меняет свое положение в пространстве при изменении угла вылета ротора, в результате чего cîîòâåòcòâåííî изменяется величина напряжения IIocTQHkIH010 тока íà щетках машины, Известные преобразователи подобного типа имеют плохие ди11амические качества, так как для перехода от одной точки нагрузки к другой требуется соответствующее преодоление механической инерции вращающегося якоря, что не может произойти достаточно быстро. В результате этого переходные процессы замедляются. Кроме того, в таких преобразователях на переходных процессах сказывается также демпфирующее действие обмоток.

Предложенный преобразователь обладает лучшими, по сравнению с известными, динамическими качествами.

Это достигается за счет того, что статорные обмотки преобразователя образуют, помимо 2р-полюсной, также 4р-полюсную систему, которая создает 4р-110.. iioc14 1É магHHTHbIH поток, Ооразуемый IiclIIKQII Hли IikcTHHно и не демпфируемый 2р-полюсными обмотками статора. Одновременно

Оомотка якоря и расположение щеток на коллекторе выполнены таким образом, чтобы в напряжении постоянного тока имелась составляющая, меняющаяся при изменении нагрузки и направления против основной составляющей, которая меняется прн изменении угла вылета ротора, № 108886 благодаря чему достигаются быстрые изменения напряжения постоянного тока при изменении нагрузки.

Среди вариантов расположения якорных проводников и коллекторных щеток, обеспечивающих вышеописанный эффект, возможен такой, когда обмотка постоянного тока якоря выполняется как обычная 4р-полюсная петлевая обмотка (фиг. 1), а щетки АА и ББ (фиг. 2) расположены под серединой соответствующих полуполюсов IV, II, Ш, 1 (являющихся для 4р-полюсного потока полюсами) .

На фиг. 2 показано распределение магнитных потоков машины, из которых поток Ф вЂ” поперечный, а Ф вЂ” продольный, для часто встречающегося случая, когда один полюс машины состоит из двух расщепленных полуполюсов 1 — II, а второй — из полуполюсов IV — III. (На фиг. 2 потоки Ф и Ф распределяются поровну на два полюса:и обознаФ Ф: 1 чаются —.. и 2 ). Ось а — а является продольной, а б — б — поперечной. Если поток Ф1„,-, разложить в продольную слагающую Ф, и в поперечную слагающую Ф1 (см. фиг. 3), то, очевидно, Ф Ф; и Ф ==-Ф, Ф, Ф иtgg=—

Ф, Ф, Между рабочими щетками А и А действует рабочая э.д.с, Е, индуктированная продольным потоком Ф . С дополнительных щеток Б и Б снимается э.д.с. Е, индуктированная поперечным потоком Ф.

Ниже рассматривается влияние 2р-полюсных потоков Ф и Ф (фиг. 2) на якорную обмотку постоянного тока.

Для потока Ф полуполюса 1 и II и также III u IV составляют совместно по одному полюсу. Поток Ф, распределение которого В полуполюсах на фиг. 2 указано с помощью длинных сплошных стрелок, индуктирует в проводниках якорной обмотки постоянного тока электродвижущие силы, распределение которых показано на фиг. 1 также длинными сплошными стрелками. Аналогично поток Ф, распределение которого в полуполюсах (фиг. 2) указано с помощью длинных стрелок, выполненных пунктиром, индуктирует электродвижущие силы в проводниках якорной обмотки постоянного тока, показанные на фиг. 1 длинными стрелками, выполненными пунктиром. Между щетками Б и А, а также между щетками А и Б суммируются э.д.с., вызванные потоком Ф (см. фиг. 1), в то время как э, д. с., вызванные потоком Ф, взаимно уничтожаются.

Учитывая, что расстояние между щетками А и Б и также между щетками А и Б (см. фиг, 2) в два раза меньше, чем рассгояние между рабочими щетками А и А, получают, что э.д.с., возникающая между

E этими щетками, должна иметь величину . В результате (как показано на фиг. 2 длинными сплошными стрелками на коллекторе) между ука, 1 занными щетками можно снимать э. д. с., вызываемую потоком Ф вЂ”,Е=

= Е,„сов р (где P — угол поворота ротора). Аналогично этому между щеткой Б и щеткой А и также между щетками А и Б (фиг. 2) возни1 ., 1 кают э.д.с. величиной —,;-Е = —, E „„„ûï р, вызываемые потоком Ф (длинные стрелки, выполненные пунктиром).

Кроме 2р-полюсных (в данном случае р=1) потоков Ф и Ф, может быть создан также 4р-полюсный поток Ф", распределение которого в полуполюсах, яВляющихся для него полюсом, показыВают маленькие сплошные стрелки (фиг. 2).

На фиг. 1 маленькие сплошные стрелки указывают направления э, д. с., индуктируемых потоком Ф" в проводниках якорной обмотки, а на фиг. 2 м3.1енькие cII 1011IHblp. стре1HH на ко11екторс показывают H3IIp3B ления э. д. с. E", индуктнрованных потоком Ф" между щетками А, Б и

А, Б .

Если поток Ф" вызывается 4р-полосной обмоткой 8, расположенной, как указано на фиг. 3, на полюсах 1, П, III и IA н обтекаемой током нагрузки 1, то э. д. с. между щетками Б и А, которые будут служить в качестве раоочих щеток, состоит из части К,EI „,; cos p =-= ., Е и из части Е"=К 1, так как Е" пропорциональна току 1.

Напряжение между рабочими щетками будет равным VlE(„„,, cos p—

KzI — 1ХК, где R — суммарное омическое сопротивление цепи. При коротком 33MBIKBHHH это напряженнc р3ВНо О H в первое мгHQBcние, IIol да из-за инерции якорь е це не изменил свою скорость, cos P остается неизменным. ток возрастает до величины динамического тока короткого заKiE- л соз;- мыкания 1д,. — — --, Еслц бы нс была предусмотрена 4р-пок. - - - R люсная обмотка 8, т. е. если бы К = О, то 1д,, оыл бы равным

K,E<, cos,. — — — т. с. упомянутая обмотка уменьшает I,; в отношении

zR (К2 + ZR): ХК, т. е. весьма сильно.

Изменению величины К21 в данном случае не препятствуют явления компенсирующего переменного тока и демпфирующего тока. Действительно, 4р-полюсный поток не может индуктировать э. д. с. в 2р-полюсной фазовой обмотке, поэтому и не может возникать компенсационньш ток, компенсирующий 4р-полюсные м.д.с. обмотки, обтекаемой током нагрузки. Что же касается возникновения токов, демпфирующих изменение потока, пропорционального току нагрузки, то нужно учесть, что этот поток является 4р-полюсным, вследствие чего он не может индуктировать демпферных токов в вышеупомянутых 2р-полюсных статорных обмотках.

При изменении величины постоянного тока 1 компенсирующий его магнитное влияние перем"-нный ток 1 несколько медленнее меняет свою величину, что, с одной стороны, вызывает нарушение ба13Hca м. д. с. по поперечной оси, а с другой стороны — колебания скорости якоря.

Для устранения этого явления в преобразователе предусмотрена

2р-полюсная обмотка 8 (фиг. 5), обтекаемая током нагрузки в том направлении, при котором получающиеся м.д.с. этой обмотки совпадают с направлением реакции якоря от постоянного тока (см. стрелки на фиг. 5). Эта обмотка вызывает в фазовой обмотке компенсирующий переменный ток 1,3,„, вектор которого совпадает с направлением тока 1 .

Таким образом, суммарный ток 1, + 1 „,,„ меняет свою величину быстрее, чем ток Il, что при соответствующем выборе величины м. д. с. обмотки 8 дает возможность целиком устранять причины, вызывающие плохую динамическую коммутацию.

В то время как обмотка 8 (фиг. 4) используется для весьма быстрого уменьшения или увеличения напряжения поворот поля, т. е. изменения угла р, используется для того, чтобы стационарному току автоматически придавать желаемую величину.

Для автоматического изменения угла р в желаемом направлении и до желаемой величины используются целесообразно расположенные статорные обмотки, имеющие определенные схемы соединения.

Для того, чтобы при изменении положения потока Ф, „, необходимом для изменения угла Р, обмотка возбуждения статора не вызывала вращающего момента, препятствуюшего повороту потока, предусмотрена № 108886 система статорных обмоток, м. д. с. которых при повороте Ф, „ автоматически меняются по величине так, чтобы они при любом направлении потока Ф... цсл11ком обеспечили и по величине и по направлению

CO3+BUHe IIOTOIIOB Ф и 1 . 3TO IOCTHI BCTCSI TCih HTO COB>BIOTCH B СТВТОрных обмотках одновременно м. д. с., совпадающие по направлению с потоком Ф и пропорциональные э.д.". Г, т. е. и потоку Ф и м.д.с., совпадающие по направлению с потоком Ф и пропорциональные э.д.с.

E, т. е. и потоку Ф. Из этого следует, что при повороте Ф1„... т. с. при соответствующем изменении Ф и Ф, в случае правильного BbIoopB коэффициента пропорциональности между м.д.с. и питающим их э.д.с. Е и Е, эти м.д с. при любых величинах Ф и Ф обеспечивают их возбуждение, Таким образом, при правильном выборе параметров м. д. с., действующие по продольной оси, создают компенсационный переменный ток, равный продольной слагllIQIU«II ням агни IHBBIQUJCI o тока „... <1 м. д. с., действующие от поперечной оси, совда1от компенсационный переменный ток, равный поперечной слага1О1цей его. Поэтому не только исчезает

1, р„., и РазгРУжаетсЯ ЯкоРь оТ этого тока, но и пе возника ет активнаЯ слагающая переменного тока, которая могла бы вызвать вращающие моменты, препятствую1цис свободному позороту Ф, „, На фиг. 6 показана одна из возможных схем такой системы обмоток. Система обмоток состоит из обмоток 1, расположенных на полуполюсах, причем обмотки, находящиеся па полупогносах II и IV, питаются

1 от щеток А — Л, т. е. от э.д.с. —,,— (Е+Е ), а остальные, ра"положенные на нолуполюсах 1 и III, питаются от щеток Б — Б, т. е. от э.д.с.

1 — (Š— Е) .

Для обеспечения хорошего cos - предусмотрена одна система обмоток.

Система состоит из обмоток 2 (фиг. 7), расположенных на полуполюсах, причем обмотки, находящиеся па полуполюсах II и IV, питаются от щеток Б — Б, т. е. от э.д.с.—,— (E — Е), а оомотки, находящиеся UB полуполюсах 1 и Ш, питаются от щеток Л вЂ” А, т. е. от э.д.с.

2

Указанная система статорных обмоток характеризуется тем, что с03дает одновременно м. д. с. ?л,, совпадающие по направлению с потоком

Ф и пропорциональные э. д. с. и м. д. с. Aw „:1ротиво11эложпые потоку

Ф и пропорциональные э.д.с. E, М.д.с. Aw, вызывают компенсирующий переменный ток, пропорциональный Aw,. и противоположный Ф и

Ф и создающий поэтому с э. д. с. Е,„„. двигательную мощность, пропорцион<1льну10 А wp»)gg cos p, и.". и. ес !11 1 1ссть, что Л7 . E E = Е1р ез

cns j, пропорциональную E»„, соз-" f . М. д, с, Aw, вызывает компенсационный переменный ток, пропорциональный Aw . и совпадающий по направлению с Ф и Ф1 и создающий поэтому с э.д.с. двигательную мощность, пропорциональну1о А;1., E»„,, или, если учесть, что Aw, — E := E = E,, sin P, пропорциональную

Е,р„з1п р. Очевидно, что при правильном выборе параметров можно таким путем получить двигательную мощность, пропорциональную Е - „„. (siTI p + cos Я =Е,р,,= «OIIst, т. е. и двигательный момент практически постоянной величины. Если выбрать его величину, равной моменту от трения или немного больше, то получим вращающий момент, проти¹ 108886

Воположпы1 моменту трения ii 1!опs lUHlt поэтох||/ компенсировать плп даже перекомпенсировать момент от трения.

Стационарное положение векторов потока Ф|,,„., и э.д.с. Г|рр, получается при отсутствии ускоряющих или замедляющих вращающйх моментов. При правильном выборе м. д. с. обмотки 8, вращающий момент, вызываемый алгебраической суммой 2р-полюсной м. д. с. якорного тока I и 2р-полюсной м.д.с. якорного тока 1 + It, равен О. Прн правильном выборе M.ä.ñ. обмоток 2 устранено также влияние момента От трения.

4р-полюсные м.д.с. тока / вызывают с 4р-полюсным потоком Ф" двигательную мощность, которая получается как произведение тока 1 на э.д.с. К 1, вызванную потоком Ф", т. е. имеет величину К;1.

При наличии 2р-полюсной управляющей обмотки 4 (фиг. 4), Обтекаемой током iió при определенном направлении ее м,д.с., переменный ток, компенсирующий эти м.дс., имеет противоположное направление, т. е. составляет с э. д. =. Е р„угол 90 — P. Поэтому току Г|! соответствует генераторная мощность величины К,! у Е,,„, з|п р.

Таким образом, при наличии перечисленных статорных обмоток получается уравнение Ку у Е,„,, з|п p — — К2Р =- О. С другой стороны, имеет место уравнение = К„„, cos t3 — К 1 — 1 В.

Из этих двух уравнений с помощью исключения р можно получить стационарную характеристику преобразователя 1= f(v). С помощью дополнения различных других cTBTopitbtx м. д. с. можно изменить структуру уравнения мощности и поэтому. также форму стационарной характеристики машины. Если, например, добавить действующую по продольной оси систему обмоток, питаемых от щеток БА и имеющих поэтому м. д. с., пропорциональную К|Е„„,, cos P К 1, то добавляется в уравнение мощности член = К, (К|Е,р„— К 1) E,р„з|п р. Если от тех же щеток питать систему обмоток, деиствующих по поперечной оси, то добавляется член + К5 (К|Е,р„, — К21 ) Е1р, сов

Если добавить действующую по йоперечной оси систему обмоток, питаемых от управляющего тока itt, добавляется |лен:-. К;|||1;|„,,cos P.

В указанном уравнении мощ|нссти можно с помощью плавного изменения токов ty и р или одного из них получить плавное изменение формы характеристики. Можно получаемый прп этом диапазон регулирования сильно увеличить, если, кроме того, менять число витков обмоток. Так, например, если обмотку Т Bbtitoëíèòb в виде обмоток, которые можно включить параллельно или последовательно, то те же величины м. д. с. этой обмотки, т. е. и те же формы зависимости между этими м. д. с. и остальными параметр",ìè будут соответствовать различным величинам тока нагрузки. Имеется возможность улучшить показатели машины на основании следующих соображений.

// с/и

При нагрузке поток Ф, вызываемый током I, уменьшает поток —,, Ф (см. фиг. 2) в полуполюсах II u III и увеличивает поток — — в полуполюсах 1 и IV, т. е. одна часть потока Ф вытесняется из полуполюсов II u

III в полуполюсы 1 и IV.

Ввиду того, что той частью потока Ф, которая проходит при холостом ходе через полуполюсы II и III, пндуктируется та часть рабочей э. д. с. между щетками А и Б, которая существует при холостом ходе, можно увеличить напряжение холостого хода и расчетную мощность без увеличения габаритов, если заставить поток Ф распределяться при холостом ходе так, чтобы большая часть его прошла через полуполюсы II и III, а меньшая — через полуполюсы 1 и 11 № 108886

Согласно изобретению, такое перераспределение потока Ф можно получить с помощью использования различных величин зазоров.

Допустим, например, что эффективная величина зазора (уже с учетом коэффициентов зазора и насыщения) под полуполюсами II u III уменьшается в отношении 3: 2, а под полуполюсами I H IV увеличивается в отношении 1: 2 (см. фиг. 4, 5, б, 7), тогда часть магнитного потока ф, 1 5, Г

, проходящая через полуполюсы II и IИ, увеличивается от . до

Ф з — Ф, а часть, проходящая через полупо:носы I и IV, уменьшается от

Ф с1 2 до —,. Таким образом, э.д,с. — - Er, индуктированная при холостом ходе между щетками Л и Б, уB:III IHBacTcri до величины Е.

Увеличенис продольного потока по.1упо:посов II и Ш от величины

Ф 3 — до величины †- Ф и одновременное уменьшение продольного потока

n orr y n oл ю с о В I:н I r т В е.1 и ч и и ы — до вс.1ичины -,-дает тот же эффект, Ф как если бы к 2р-полюсному потоку Ф добавили 4р-полюсный поток

Ф „Ф т. е. поток Ф" = + Ф;,, где — — является 4-p-полосным потоком, котоФ рый совместно с половиной —,,— 2р-полосного потока Ф индуктирует между щетками Б и А э. д. с. . — —,;КIE r»,., cos р, а Ф." является 4рполюсным потоком, вызванным 4р-no IJOCHGA обмоткой 3, обтекаемой током нагрузки I и индуктирующим э. д. с. 1(1.

При изменении величин зазоров для избежания возможности эксцентричности якоря из-за неодинаковых радиальных магнитных усилий под различными полуполюсами машина выполняется с числом пар полюсoB р =,. 2.

Предмет изобретения

1. Сварочный одноякорный преобразователь переменного тока в постоянный, имеющий 2р-полюсную (где р — любое целое число) систему статорных обмоток возбуждения и 2р-полюсную фазную обмотку на якоре (роторе), которые создают неизменный по величине 2р-по:посный результирующий магнитный поток возбуждения, индуктирующий в якорной обмотке э.д.с., уравновешивающую напряжение сети переменного IoKa, n меняюгций спос положен.rc:3 пространстве прН изменении угяа вылета ротора, в результате чего соответственно изменяется величина напряжения постоянного тока на щетках машины, отличающийся тем, что, с це1ь|о улучшения ди. ампческих качеств машины, статорные оомотки последней образуют "Io IHrro 2р-полюсной также 4р-полюсную систему, которая создает 4р-полюсный магнитный поток, образуемый целиком или частично током нагрузки и не демпфируемый 2р-полюсныisn o6iroTI

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что якорь выполнен с 4р-полюсной обмоткой постоянного тока.

3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что щетKH Ho. Iлектора B Ho1H IBcTBe, равном 4р, расположень таким oopaaoir. № 108887) чтобы напряжение между соответствующими соседними щетками состояло из части, индуктированной продольной составляющей 2р-полюснога магнитного потока, и из встречно направленной части, пндуктированной

4р-полюсным магнитным потоком, создаваемым током нагрузки.

4. Преобразователь по п. 1, выполненный с расщепленными полюсами, отличающийся тем, что обмотки, расположенные на одной паре противоположных полуполюсов, питаются от щеток, между которыми действует напряжение постоянного тока, пропорциональное разности напряжений, индуктированных поперечной и, соответственно, продольной составляющими магнитного потока, а обмотки, расположенные на другой паре полуполюсов, питаются от щеток, между которыми действует напряжение, пропорциональное сумме указанных двух напряжений.

5. Преобразователь по п. 1, î T.л и ч а ю шийся применением на статоре обтекаемой током нагрузки 2р-полюсной обмотки, направление намагничивающей силы котороЙ совпадает с направлением 2р-полюсной реакции якоря тока нагрузки, причем величина намагничивающей силы этой обмотки выбрана так, чтобы при изменении тока нагрузки она компенсировала разность между изменен1!Ями реакции якоря От постояннОГО тока и реакции якоря от переменного тока.

О. Преобразователь по п. 1, отличающийся применением "p-полюсной статорной обмотки, расположенной по продольной OciI 1! о Тскаемой регулируемым током управления.

7- Преобразователь по п. 1, отл и ч а ю щи и я применением 2р-полюсной статорной обмотки, расположенной по поперечной оси и обтекаемой регулируемым током управления.

8. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что по продольной, либо по поперечной оси, либо по обеим этим осям расположена

2р-полюсная обмотка, обтекаемая током нагрузки или током, зависящим от тока нагрузки.

9. Преобразователь по и- 1, отличающийся тем, что по продольной Оси, либо по поперечной оси, либо по обеим этим осям расположена

2р-полюсная обмотка, питаемая напряжением, снимаемым с рабочи. щеток.

10. Преобразователь по п. 8, о т л и ч а ю щ и й.с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования тока, нагрузки обмотки подразделены на части с тем, чтобы можно было путем переключения обмоток получать необходимую намагнпчивающую силу при различных величинах тока.

11. Преобразователь по п. 1 с расщепленнымп полюсами, отл ич а 10 ш и и с я тем, что воздушные зазоры у пары соседних полуполюсов, через которые проходит одна часть продольного 2р-полюсного мапштного потока, выполнены большими, чем воздушные зазоры у другой пары соседних полуполюсов, через которые проходит вторая часть того же потока для создания неравенства этих частей потока.

12. Преобразователь по п. 11, о тл и ч а ю шийся тем, что меньшие по величине воздушные зазоры сделаны у полуполюсов, через которые проходит часть продольного 2р-полюсного магнитного потока, 1!ндуктирующая напряжение, действующее между рабочими щетками.

13. Преобразователь по пп. 1, 11, 12, о тл и ч а ю шийся тем, что число «р» пар полюсов выорано не меньшим двуi. — 10— № 108886

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Редактор И. В. Макаров Гр. 98

Типография Комитета по делам изобретений и открытий прн Совете Министров СССР

Москва, Петровка, 14.

Информационно-издательский отдел.

Объем 0,85 и. л. Зак. 9467

Подп. к печ. 17.ХП-59 г.

Тираж 820 Цена 1 руб. 25 коп.