Однофазный серверный коллекторный двигатель

Однофазный серверный коллекторный двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

М 41 074 .Класс 21 dÐ, 36

ВыпуЩено в свет

28 февраля 1941 г.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К -А В ТО Р С 11 О М У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро изобретений Госплана при СНК СССР

О. В. Бенедикт. Однофазный сериесный коллекторный двигатель.

Заявлено 1 февраля 1933 года за Ха 123147.

О выдаче авторского свидетельства опубликовано

31 января 1935 года.

Недостатком однофазного коллек- торного сериесного двигателя является, как известно, низкий коэфициент мощности и находящиеся в короткозамкнутых щетками секциях обмотки ротора трансформаторные э. д. с., являющиеся причиной искрения щеток.

Предложенные до сих пор мкогочис- l ленные системы коллекторных двига-,, телей с добавочными компенсационны- ми обмотками имеют тот недостаток, что они компенсируют как коэфициент, мощности, так и трансформаторную э.д.с. короткозамкнутых секций только в определенных, очень узких пределах 1 чисел оборотов, а вне этих пределов; и, в частности, при неподвижном ро- i торе ооа этих недостатка часто еще усиливаются по сравнению с обычным коллекторным сериесным двигателем.

Настоящее изобретение имеет целью получение хорошей коммутации в ши- роких пределах скорости, начиная с момента пуска двигателя. Одновременно с улучшенной коммутацией предполагается получить компенсирование коэфициента мощности. Идея предЛожения заключается в применении дополнительной обмотки или обмоток, связанных с главным полем или с дополнительными полюсами или с обоими одновременно и возбуждаемых током, находящимся по своей величине, фазе и зависимости от числа оборотов в таком же отношении к напряжению, которое пропорционально главному потоку машины и отстает от него по фазе на 90, как и ток любого сериесното двигателя по отношению к напряжению, питающему последиий.

Возбуждаемый этим током целиком или в большей своей части магнитный поток расположен таким образом, что наводит в возбуждающей его вторичной цепи э.д.с. вращения. При надлежащем выполнении все остальййе э.д.с. вторичной цепи будут относительно малы и наведенная добавочным поперечным магнитным потоком и соОтВЕтСтВуЮщИМ ТОКОМ Э.д.С. ВращЕ1гня полностью окомпенсирует пульсирующую э.д.с., наведенную главным магнитным потоком. В результате дополнительный магнитный поток и возбуждающий его вторичный ток по времени будут, примерно, перпендикулярны вектОру главного магнитного йотока и по величийе отиосйтельно главного магнитного потока будут составлять долю, обратно пропоф1 йональную числу оборотов.

На чертеже фиг. 1 изара кает ос41074 новную принципиальную схему предлагаемого д|витателя, фиг, 2, 3, 7, 8, 9 — различные варианты выполнения предлагаемого двигателя, фиг. 4 — . картину распределения магнитных потоков, фиг. 5:и 6 — векторные диаграммы двигателя.

Для получения компенсирующего тока может быть применен (фиг. 1) вто-; рой однофазный сериесный двигатель

10, питаемый от обмотки 3, трансформаторно связанной с обмоткой 1 статора главного двигателя 4, обтекаемый рабочим током. Компенсирую-, щая обмотка 14 двигателя 4 в этом, случае обтекается рабочим током двигателя 10, создающим соответствующее коммутирующее поле.

В обоих двигателях 4 и 10 или в одном из них может быть применено полностью или в большей части компенсирование поперечного поля якоря, осуществляемое одним из из- вестных способов.

1

Приведенная схема требует наличия двух машин. Однако, как будет пока- зано далее, вполне возможно оба двигателя объединить в одну машину, установив на коллекторе главного дви- гателя второй комплект щеток, связав его со вспомогательной цепью (фиг. 3).

На фиг. 3 имеют место следующие обозначения. Обмотка возбуждения—

1. Обмотка дополнительных полюсов — 2, основные (главные) щет- ки — 3 и 4, компенсационная обмот- j ка — 5 и ротор — 6. Кроме того, на коллекторе расположены поперечные

I цетк и — 7 и 8, соединенные друг с другом цепью вторичного тока.

В отличие от предлагавшихся до сих пор систем вторичный ток, проходя через катушку 9, возбуждает дополнительный поперечный магнитный поток, ось которого совпадает по направлению с потоком реакции ротора 6 и противоположна потоку компенсационной обмотки 5. В цепь вторичного тока могут быть также включены катушки 10 дополнительных полюсов основной первичной цепи, обычно возбуждаемые только катушкой 2, и катушки 11 дополнительных полюсов вторичной цепи (последние для улуччисле оборотов и постоянном AB конец D вектора DB будет скользить по прямой ХВ, параллельной АС. При этом отношение DB (Ф) и АВ (Ф,—

Ф ) будет обратно пропорционально числу оборотов.

Магнитный поток Ф (вектор AB) 1 индуктирует в витках катушки 1 э.д.с. пульсации (вектор ЕА), а между щетками 3 и 4 э.д.с. вращения, обозначенную на фиг. 5 вектором EF, и, следовательно, (при пренебрежении остальным падением напряжения) напряжение сети представится в этом случае вектором FA (фиг. 5). Если подобрать шения поперечных щеток).

Пренебрегая самоиндукцией катушек

9, 10 и 11, также как и активным сопротивлением машины, можно получить следующие соотношения (см. фиг. 3, 4 и 5).

Первичный ток I создает в катушке 1 главный магнитный поток Ф, (фит, 4), обозначенный на векторной диаграмме (фиг. 5) вектором AD. Этот магнитный поток индуктирует во вторичной цепи ток I,, который возбуждает магнитный поток Ф,, обозначенный на фиг. 5 вектором DB и расположенный в пространстве II0 одной оси с магнитным потоком Ф,. Потоки

Ф,— Ф вместе образуют результирующий магнитный поток, проходящий по катушке 2 и обозначенный на диаграмме (фиг. 5) через вектор АВ. Этот последний:индуктирует между щетками 7 и 8 э.д.с. пульсации (вектор АС на фиг. 5) и в короткозамкнутых основными щетками 3 и 4 секциях обмотки ротора трансформаторную э.д.с. (вектор AG на фиг. 5), вызывающую искрение щеток.

Пусть теперь возбужденный протеканием вторичного тока I e e3 Катушку 9 дополнительный поперечный магнитный поток Ф, наведет между поперечными щетками 7 и 8 э.д.с. вращения (вектор СА на фиг. 5), равную и противоположную э.д.с. пульсации АС той же цепи. Так как вектор вторичного тока I, должен быть перпендикулярен к вектору АВ, то и вектор DB потока реакции этого тока также должен быть перпендикулярен к вектору AB. При переменном

41074 соответствующим образом соотноше- ния этих двух составляющих вектора 1 напряжения сети, чтобы конец последнего Г лежал на продолжении вектора AD, то двигатель будет иметь коэфициент мощности, равный 1. Это последнее значение коэфициента мощности будет автоматически поддерживаться постоянным при всех числах оборотов, так как вектор EF будет по отношению к ЕА с изменением o5opo-; тов изменяться в такой же степени; (пропорционально), в какой BD изме-, няется в отношении АВ. В результате двигатель при всех числах оборотов будет иметь практически коэфициент, мощности равный 1.

Понятно, что соответствующим выбором величин э.д.с. EF u FA можно .вместо 1 получить как индуктивный, так и емкостный коэфициент мощности.

Так как дополнительный магнитный поток Ф„возбуждаемый вторичным током 1„индуктирует в роторе эд.с.

СА, то можно, снабдив дополнитель- ные полюса обмоткой 10, обтекаемой, тем же током, индуктировать в корот- козамкнутых щетками 3 — 4 секциях обмотки ротора э.д.с. вращения GA, компенсирующую трансформаторную э.д.с. в той же секции. Эта компенсация будет иметь место при принятых, .допущениях, при всех числах оборо- тов.

Однако, и при учете тех падений напряжения, которыми мы выше пренебрегли, все ныведенные соотношения остаются также справедливыми, как это легко можно установить по фиг. 6, где рассеяние вторичной цепи обозначено через СН. Э.д.с. вращения, индуктированная потоком Ф,, представлена здесь через НА, магнитный поток Ф вЂ” через DB. Обмотка 10 вы- зовет в короткозамкнутых щетками 3 и, 4 секциях обмотки ротора э.д.с. вра-;

1 щения, представленную вектором КА, . что уменьшит трансформаторную э.д.с., АС тех же секций до величины КС, которая, как это будет показа- но н иже, может быть еще уменьшена.

Магнитный готок Ф., имеет то же направление, что и вектор ЭВ и, если предположить, что магнитный поток 1 первичной реакции якоря не полностью скомпенсирован обмоткой 5, то он должен состоять из двух составляющих: одной — возбуждаемой первичным током LD и второй — возбуждаемой вторичным — LB. Точно также и вектор АВ составляется из двух слагающих: пропорциональной первичному току AL и пропорциональной вторичному — ?.В. Кроме того, можно так рассчитать машину, что вектор LВ будет, в среднем, параллелен вектору АС, что позволит полностью скомпенсировать вектор AG действием обмотки 10, обтекаемой вторичным током.

В неподвижном состоянии двигателя не наводится никакой э.д.с. вращения, которая могла бы уравновесить трансформаторчую э.д.с. Но и в этом случае имеется возможность трансформаторную э.д.с. значительно снизить.

Это следует из того, что в данном двигателе вращающий момент состоит из двух моментов, образованных потоком Ф,— Ф с током I, и потоком Ф., с током I„ что позволяет снизить как поток Ф,— Ф„так и поток Ф., до величины значительно меньшей, по сравнению с главным потоком нормального сериесного двигателя. Так, например, если Ф,— Ф выбран равным Ф, и

I, равным I, то оба частичные момента равны между собой и равны каждый половине суммарного момента.

Следовательно, новая машина имеет по сравнению с обычным сериес-двигателем при одинаковых вращающих моментах и силе тока в щетках вдвоеболее низкую трансформаторную э.д.с. в короткозамкнутых щетках. Для дальнейшего улучшения условий пуска могут быть применены также общеизвестные средства, как-то: ослабление поля и включение в цепь короткозамкнутых секций смешанного сопротивления. Здесь эти методы дают более ощутительные результаты, чем в нормальных сериес-двигателях, TBK как, во-первых, трансформаторная э.д.с. здесь значительно уменьшена и, вовторых, их нужно применять только кратковременно. Значительно улучшить ком:1 утацию можно, установив во вторичном контуре щетки с большим омическим сопротивлением. При этом безразлично, будут ли щетки изготовлены из материала с большим омическим со41074 противлением или состоять из нескольких частей, между которыми включе-, ны добавочные сопротивления.

В последнем случае можно значительно увеличить добавочное поле и за этот счет или при тех же условиях! коммутации значительно увеличить мо-, 1 мент, или при том же моменте значи- тельно улучшить коммутацию.

Для получения желательных соо тношений как при вращении, так и при, пуске целесообразно во вторичную цепь включить самоиндукцию (см. фиг. 7), выполненную переменной и за.корачива мои, или то и другое одно-, временно. Можно также на общей оси, с обмоткой 1 включить во вторичную! цепь обмотку 13 (фиг. 8).

Указанный эффект можно получить, также и без статорной обмотки 9 (фиг. 9) при помощи смещения поперечных щеток 7 и 8 таким образом, чтобы вторичный ток, протекая в роторе, давал слагающую магнитного поля в направлении, на котором раньше была расположена обмотка 9. Это может быть осуществлено как при нормальном вращении, так и при пуске.

В этом случае также полезно во вторичную цепь ротора включить сопроти вление.

При пуске можно также создать магнитный поток Ф., с помощью тока статора 1„для чего достаточно дать обмотке 5 такое число витков, чтобы о на полностью не компенсировала поля ротора. мотки или обмотки, связанные с глав-, Предмет изобретения.

1, Однофазный сериесный коллекторный двигатель, отличающийся тем, что, с целью автоматического компенсирования коэфициента мощности или трансформаторной электродвижущей силы в замыкаемых накоротко щетками витках или обоих одновременно применены дополнительные обным полем, или с дополнительными полюсами, или с обоими одновременно и возбуждаемые током, находящимся по своей величине, фазе и зависимости от числа оборотов в таком же отношении к .напряжению, которое пропорционально главному потоку машины и отстает от него по фазе на 90, как и ток любого сериесного двигателя по отношению к напряжению, питаюЩему послед:ний.

2. Форма выполнения двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что указанная обмотка или указанные обмотки возбуждаются рабочим током второго однофазного сериесното коллекторного двигателя, питаемого от обмотки, трансформаторно связанной с обмоткой, обтекаемой рабочим током первого двигателя.

3. Форма выполнения двигателя по п. 2, отличающаяся тем, что îáмотка, питающая второй двигатель, трансформаторно связана с обмоткой статора первого двигателя, обтекаемой рабочим током.

4. При двигателе по пп. 2 и 3 применение в обоих двигателях или в одном из них компенсирования поперечного поля якоря полностью или в большей части одним из известных способов.

5. Видоизменение двигателя по пп. 2, 3 и 4, отличающееся тем, что первый двигатель объединен со вторым двигателем в одну машину со вторым комплектом щеток на коллекторе, связанным с цепью указанной дополнительной обмотки или обмоток, с тем, чтобы первичный ток обмотки возбуждения и возникающий в витках якоря, трансформаторно связанных с указанной обмоткой возбуждения, вторичный ток создавали результирующее поле, которое индуктировало oEI в витках, обтекаемых вторичным током, напряжение, по большей части или целиком урав новешнваемое электродвижущей силой вращения, индуктируемой от по перечного поля, которое целиком или в большей части создается вторичным током любым из известнь|х способов. б. Форма выполнения двигателя по п. 5, отличающаяся тем, что второй комплект щеток сдвинут относительно первого комплекта щеток на

90 электрических градусов.

7. Применение в двигателе по п. 5 компенсирования поперечного поля якоря полностью или в большей части одним из известных способов.

8. Форма выполнения машины по пп. I. 4 и 5, отличающаяся тем, 41074 что число витков компенсационной об- можи взято меньшим, чем это требуется для полной компенсации реакции якоря с тем, чтобы остающееся поле реакции якоря воздействовало на цепь вторичного тока так, чтобы вторичный 1 оказался сдвинутым по фазе на такой угол относительно суммарного попе- речного поля, создаваемого первичным и вторичными токами, чтобы поле до- полнительных полюсов в зоне первичных щеток, создаваемое вторичным током, компенсировало трансформатор- . ную электродвижущую силу с доста-, точной для практики точностью.

9. Форма выполнения двигателя по п. 5, отличающаяся тем, что щетки второго комплекта взяты с ббльшим собственным сопротивлением или с ббльшим переходным сопротивлени-, ем или с тем и другим, чем щетки первого комплекта.

10. Форма выполнения д|вигателя по п. 5, отлича ющ а яся тем, что параметры двигателя подобраны таким образом, что трансформаторные электродвижущие силы в витках, замыкаемых накоротко щетками того и другого комплекта щеток, сильно не отличаются по величине друг от друга.

11. Форма выполнения двигателя по п. 5, отли ча юща яся тем, что соединения первичной и вторичной цепей двигателя произведены таким образом, что вращающий момент между поперечным полем и вторичным током в роторе и вращающий момент между главным полем, уменьшенным полем первичного тока, и первичным током направлены в одну сторону.

12. Форма выполнения двигателя по пп. 5 и 11, отличающаяся тем, что параметры двигателя подобраны таким образом, что вращающий момент между поперечным полем и вторичным током в роторе и вращающий момент между главным полем, уменьшенным полем вторичного тока и первичным током, примерно равны.

И авторскому свидетельству № 41074

Фиг.7

Фиг 5

Отв. редактор П. В. Никитин

Тип. «Сов. печ.», N 49541. Зак. Я 1934 — 700

Цена 35 кои, Госпланиздат