Электромеханический преобразователь бесконтактного тахогенератора постоянного тока

Электромеханический преобразователь бесконтактного тахогенератора постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: бесконтактные тахогенераторы постоянного тока. Сущность изобретения: устройство содержит ротор с постоянными магнитами, статор с равномерно выполненными пазами, в которых размещена многофазная обмотка из секций в виде катушек, причем статор выполнен из двух пакетов стали, в одном из них листы разделены изоляционными прокладками, и конструктивные размеры этого пакета выбирают такими, что удельное магнитное сопротивление стали в этом пакете равно 0,6-0,95 от удельного магнитного сопротивления воздуха . Компенсация зубцовых пульсаций достигается путем сложения противофазных зубцовых гармоник в общей для обоих пакетов обмотке. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО ЦИАЛ И СТИ Ч Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (sx)s Н 02 К 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4722700/07 (22) 24.07.89 (46) 07.10.92, Бюл, М 37 (71) Ярославский политехнический институт (72) В.С.Масленников и И.С.Богачева (56) Патент СССР М 1158055, кл. Н 02 К 21/00, 1986.

Костенко М.П„ Пиотровский Л.М, Электрические машины, 4.2 М-Л.: Энергия, 1958, стр, 71 — 74. (54) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ БЕСКОНТАКТНОГО ТАХОГЕН Е РАТОРА ПОСТОЯ Н НОГО ТОКА (57) Использование, бесконтактные тахогенераторы постоянного тока. Сущность изоИзобретение относится к электромеханическому преобразователю для бесконтактного тахогенератора постоянного тока, в котором уменьшена пульсация формы выходного напряжения, вызываемая зубцовыми гармониками, Известен электромеханический преобразователь для бесконтактного тахогенератора, в качестве которого используется синхронная машина, содержащая ротор в виде четырехполюсного магнита и статор, в расточке которого с зазором относительно него установлен ротор, причем в статоре равномерно распределенных по окружно--сти расточки пазах размещена многофазная обмотка из секций в виде катушек. Машина отличается тем, что на статоре выполнены тридцать три паза, каждая фаза обмотки содержит четыре соединенные последовательно секции, а шаг катушки равен восьми пазам.

Недостаток известного устройства заключается в следующем, Снижение зубцобретения; устройство содержит ротор с постоянными магнитами, статор с равномерно выполненными пазами, в которых размещена многофазная обмотка иэ секций в виде катушек, причем статор выполнен из двух пакетов стали, в одном из них листы разделены изоляционными прокладками, и конструктивные размеры этого пакета выбирают такими, что удельное магнитное сопротивление стали в этом пакете равно 0,6-0,95 от удельного магнитного сопротивления воздуха, Компенсация зубцовых пульсаций достигается путем сложения противофазных зубцовых гармоник в общей для обоих пакетов обмотке, 4 ил. вых пульсаций происходит путем последовательного соединения четырех кагушек, у которых фаза э.д.с, сдвинута на четверть зубцово-пазового шага; вследствь е этогп требуется относительно много (33/4 = 8,25) пазов на полюс, что увеличйвает массогабариты машины, так как зубец и паз имеют определенные допустимо малые размеры, Известна синхронная машина, которую возможно использовать в качестве электромеханического преобразователя тахогенератора, содержащая ротор в виде многополюснбго магййта, устайовленный в статоре с равномерйб"выполненными пазами, в которых размещена многофазная обмотка из секций в виде катушек, причем или пазы в статоре илй г(олюса ротора еыполнены скошенными.

Недостаток известного устройства заключается в следующем. Как известно иэ литературы, когда, например, ротор изготовляется с косыми полюсами для уменьшения зубцовых пульсаций, то при увеличении

1767634

10

20

50 угла скоса этих полюсов наряду с подавлением высших (зубцовых) гармоник снижается амплитуда основной гармоники э.д.с, и выходная мощность тахогенератора, для которого используется синхронная машина.

Необходимость поддержания должных величин напряжения и мощности ограничивает возможности уменьшения зубцовых пульсаций, то есть уменьшает точность известного устройства.

Цель изобретения — повышение точности тахогенератора путем уменьшения пульсаций выходного напряжения при сохранении его уровня.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенном электромаханическом преобразователе бесконтактного тахогенератора постоянного тока, содержащем статор, выполненный из отдельных пластин магнитомягкого материала с пазами и зубцами, с многофазной обмоткой, ротор в виде многополюсного постоянного магнита, в таком электромеханическом преобразователе статор выполнен из двух пакетов, высота сйийки которых выполнена меньшей высоты зубца, а одий из пакетов выполнен с диэЛектрическими промежутками между пластинами.

На фиг. 1 представлен разрез предложенного электромехнического преобразователя поперек оси; на фиг, 2 — разрез вдоль оси электромеханического преобразователя в области пакета магнитопровода с диэлектрическими промежутками; на фиг, 3 а— вид осциллограммы э,д.с. в одной фазе обмотки статора, полученной на экспериментальной обмотке, охватывающей лишь пакет без диэлектрических промежутков, б — вид осциллограммы э.д.с„полученной на экспериментальной обмотке, охватывающей ллшь пакет с диэлектрическими проме.жутками; в — вид осциллограммы э.д,с„ полученной в одйой фазе обмотки предложенного тахогенератора, охватывающей оба упомянутые пакета магнитопровода; на фиг. 4 — схема замещения элемента магнитной цепи в пакете с диэлектрическими промежутками.

Осциллограммы представлены за половину периода, во второй половине периода полярность э,д.с. изменяется, Устройство электромеханического преобразователя бесконтактного тахогенератора постоянного тока, выполнено следующим образом.

Статор 2 выполнен из отдельных пластин магнитомягкого материала с пазами и зубцами (фиг. 1). Он содержит два пакета одинакового диаметра с разной осевой длиной, плотно прижатых торцами друг к другу, Пазов в статоре 24 (по три паза на полюс), пазы обоих пакетов совмещены. В обоих пакетах высота спинки выполнена меньшей высоты зубца в пять раз, Во втором пакете (фиг, 2) на уровне высоты спинки между пластинами 4 установлены диэлектрические прокладки 5 толщиной, равной толщине пластин, В пазах статора размещена шестифазная обмотка 3 из секций в виде катушек общая для обоих пакетов, в каждом пазу размещены стороны двух катушек, в одной фазе соединены последовательно четыре катушки. Ротор выполнен в виде многополюсного постоянного магнита с восьмью полюсами 1, Восемь полюсов выбрано по условиям кон*струирования бесконтактного двигателя постоянного тока в комглекте с которым использовался бесконтактный тахогенератор с предложенным электромеханическим преобразователем Ротор установлен с зазором в расточке статора 2.

Предложенный электромеханический преобразователь работает следующим образом. Экспериментально подтверждено известное явление: в катушке обмотки пакета статора без диэлектрических прокладок при прохождении данного полюса ротора (фиг, 1) в области зубца возникает увеличенная индуктированная э.д.с, вращения, а при прохождении в области паза — уменьшенная э.д,с, (фиг. 3 а), Экспериментально обнаружено новое явление: в катушке обмотки пакета статора с диэлектрическими прокладками при прохождении данного полюса ротора (фиг, 1) в области зубца возникает, наоборот, уменьшенная индуктированная э.д.с. вращения, а при прохождении в области паза — увеличенная э.д.с. (фиг, 3 б), Так как предложенный электромеханический преобразователь имеет статор с двумя типами упомянутых пакетов с общей обмоткой, то в каждой катушке обмотки статора уменьшаются суммарные высокочастотные зубцовые пульсации э,д.с. (фиг. 3 в).

Оба явления можно обьяснить теоретически и подтвердить расчетами. Форма э,д.с, зависит от распределения магнитной индукции в воздушном зазоре, Форма ин.дукции над полюсом ротора в обласги пакета без диэлектрических промежутков без учета зубцовых пульсаций трапецеидальная за счет насыщения магнитопровода (в основном спинки статора) и за счет конструкции ротора (фиг, 1), Наличие же зубцов в статоре приводит к неравномерному распределению индукции даже на протяжении одного плюса ротора и, следовательно, к возможным пульсациям э,д.с, Характер и величина. этих пульсаций зависят от магнит1767634 ных сопротивлений участков магнитопровода и их соотношений.

Рассмотрим, почему осциллограмма э.д,с., полученная на экспериментальной обмотке, охватывающей пакет магнитопро. вода без диэлектрических промежутков, имеет вид, показанный на фиг, 3 а, а именно, в центре впадины, а по сторонам от нее две одинаковые выпуклости. Магнитный поток ротора в своей центральной части вызывает насыщение материала статора без диэлектрических промежутков. В статоре приходится три зубцовых деления на полюс. Если приблизительно считать ширину зубца и паза одинаковыми, то зубец или паз каждый занимает 30 полюсного деления, на который приходится 180, В центральной части магнитного потока, который насыщает статор, может находиться, например, в центре паз, а по бокам по одному зубцу (фиг. 1).

Назовем это положением "1", Кроме того, может быть положение "2", в центре зубец, а по краям два паза. При положении "1" на пути той части потока, которая вызывает насыщение материала статора, только один раз, поэтому магнитное сопротивление меньше, чем в положении "2", общий поток больше, чем в положении "2". При этом в положении "1" поток, входящий в паз, меньше потока, входящего в зубцы рядом с ним.

При положении "2" на пути основной части потока, который вызывает насыщение материала статора, находятся два паза, поэтому общее сопротивление всему потоку будет больше, чем в положении "1". При этом также напротив зубца магнитная индукция больше, чем индукция напротив 2-х пазов по обе стороны зубца. Если наибольшее значение индукции в положении "2" меньше, чем индукция, соответствующая нижней точке впадины э,д.с. в положении "1", то общая картина э.д.с имеет вид, соответствующий осциллограмме "а" на фиг. 3.

Теперь рассмотрим вопрос, почему осциллограмма э.д.с., полученная на экспериментальной обмотке, охватывающей пакет с диэлектрическими промежутками, имеет вид, показанный на фиг,3 б, Можно предположить, что магнитный поток ротора совершенно не заходит в пластины статора из-за сильного насыщения спинки и, следовательно, большого магнитного сопротивления. Поэтому такой поток синусоидален, Величину этого потока можно выбрать так, что он в зоне своего максимального значения создает выпуклость. На фиг, 3 б представлена э.д.с. в обмотке, охватывающей пакет с диэлектрическими промежутками; на кривой кроме общей выпуклости еще заметна центральная узкая выпуклость, Эту

Предполагалось, что из-за сильного насыщения спинки статора (за счет уменьшения ее высоты по сравнению с высотой зубца) и относительно большой длины магнитного пути сопротивление R>p спинки пластины статора имеет наибольшую величину дополнительную узкую выпуклость можно объяснить тем, что в области паза получается большая магнитная индукция, чем в области зубца. Это действительно может иметь

5 место, когда удельйое магнитное сопротивление пластин в пакете с диэлектрическими промежутками равно или более 0,6 от удельного магнйтного сопротивления воздуха (или диэлектрической и рокладки).

10 Упомянутое новое явление в предложенном устройстве объясняется следующим образом. На фиг. 4 для пакета с диэлектрическими прокладками дана схема замещения элемента магнитной цепи, со15 стоящая из магнитных сопротивлений, который встречают магнитные потоки в одной пластине и в прилегающей плоскости, где находится кольцевая диэлектрическая прокладка.

20 На фиг, 4 следующие обозначения: F магнитодвижущая сила; R1, Rz, Вз, R4 — магнитные сопротивления воздушного зазора между ротором и статором соответственно под зубцом пластины, под пазом той же

25 пластины, рядом с зубцом той же пластины и рядом с пазом той же пластины в диэлектрическом промежутке между пластинами;

Rg — магнитное сопротивление зубца; Вв— магнитное сопротивление паза; Вт- магнит30 ное сопротивление потоку, проходящему рядом с зубцом в диэлектрическом промежутке и входящему в этот зубец; Ra — магнитное сопротивление потоку, проходящему в диэлектрическом промежутке рядом с па35 зом; Rg — магнитное сопротивление потоку, выходящему из диэлектрического промежутка рядом с пазом и входящему в спинку пластины статора через кромку диэлектрической кольцевой прокладки; R>o — магнит40 ное сопротивление в спинке пластины статора, возникающее для суммарного магнитного потока, выходящего из зубца, из паза и из прилегающего к ним диэлектрического промежутка, 45 Рассматривались следующие упрощающие соотношения конструктивных величин:

h —; b — ширина зубца и паза; а — толщина пластины статора и диэлектрической прокладки; д — величина воз50 душного зазора между ротором и статором; брались соотношения д /h = 0,1 (первый вариант) или 0,2 (второй вариант).

1767634

Ф37/©15 = y37

Ф 26/ Ф 15 = ) 26

Ф48/Ф15 = y48 и приблизительной определяет общий магнитный поток Ф в схеме по фиг.4:

Ф = Рц/R10 = Ф15 + Ф37+ <26+ Ф48 где Ф15 — магнитный поток через сопротивления R1 и 0,5R5 (до "подсоединения" сопротиВления Й7);

Ф37 — магнитный поток через сопротивления R3 и R7 (оба в воздухе);

Ф26 — магнитный поток через сопротивления Я2 и R6 (оба в воздухе):

Ф48 — магнитный поток через сопротивления R4, R8 и Rg (все в воздухе), Магнитные потоки Ф15 и Ф37, проходя через свои параллельные ветви магнитных сопротивлений, создают падение магнитного потенциала, которое обозначим Л F>1. Из соответствующих уравнений определяется соотношение магнитных потоков:

Магнитный поток Ф26, проходя через свою ветвь магнитных сопротивлений, создает падение магнитного потенциала AF 2, которое также можно выразить через потоки

Ф15, Ф37 и магнитные сопротивления на их пути, Из соответствующих уравнений определяется соотношение.

Магнитный поток Ф48, проходя через свою ветвь магнитных сопротивлений, создает падение магнитного потенциала

Л F 3„которое также можно выразить через магнитные потоки Ф15, Ф37, Ф26 и магнитные сопротивления на их пути. Из соответствующих уравнений определяем соотношение:

Тип зубцовой пульсации э,д.с., индуктированной в проводниках катушки статора, характеризует отношение А средних значений магнитных индукций в пространствах, где проходят магнитные потоки Ф26 и Ф48 (паз и диэлектрический промежуток рядом с ним) к средним значениям магнитных ин5 дукций в пространствах, где проходят магнитные потоки Ф15 и Ф37 (зубец и диэлектрический промежуток рядом с ним) =(Ф26+ Ф48)/(Ф15+ Ф37) = (ф6+

10 + г48) /(" + 37) Когда отношение д /h выбиралось по первому или второму варианту, а среднее значение удельного магнитного сопротив15

5 ления пластины р, (в области магйитных потокОВ Ф15 Ф15 + Ф37 и Ф15+ Ф37 + Ф26) выбиралось равным 0,5 от удельного магнитного сопротивления воздуха (диэлектрической прокладки), то упомянутое

20 соотношением было равным, соответственно 0,945 или 0,958, то есть имел место известный тип зубцовых пульсаций э..д,с, Если же среднее значение удельного магнитного сопротивления пластины р выбиралось

25 равным 0,6 от удельного магнитного сопротивления воздуха (при этом отношение д/h бралось по первому варианту), то соотношение Л было 1,109, то есть имел место упомя30 нутый новый тип зубцовых пульсаций э.д.с., когда фаза пульсаций изменялась на 180, Формула изобретения

Электромеханический преобразова35 тель бесконтактного тахогенератора постоянного тока, содержащий статор, выполненный из отдельных пластин магнитомягкого материала с пазами и зубцами, с многофазной обмоткой, рЬтор в виде многополюсного постоянного магнита, о т л и ч а40 ю щ и и с я тем, что; с целью повышения точности тахогенератора путем уменьшения пульсаций выходного напряжения при сохранении его уровня, статор выполнен из

45 двух пакетов, высота спинки которых выполнена меньшей высоты зубца, а один из пакетов выполнен с диэлектрическими промежутками между пластинами.

1767634

Редактор

Заказ 3555 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 брема

С3иг. 3

Составитель И.Богачева

Техред М.Моргентал Корректор И.Шулла