Електричний двигун постійного струму з комбінованим збудженням

Електричний двигун постійного струму з комбінованим збудженням, що містить корпус, у якому установлені два статори з обмоткою якоря і тороїдальною обмоткою збудження, а також циліндрич 3 38165 4 кається в поперечній площині якоря, складаючись нітів, жорстко з'єднаних з валом за допомогою з потоком ФВ; друга частина магнітного потоку ФМ двох торцевих немагнітних щитів, а секції спільної замикається в подовжньому напрямку ЕМ. Причообмотки якоря, покладені у проміжках-пазах між му, при погодженому напрямку поперечних потоків феромагнітними стрижнями - зубцями П-подібної форми кожного зі статорів, комутуються комутатоФВ і ФМ у робочому зазорі d0 їх напрямки в подовжром - колектором, установленим нерухомо в торньому напрямку (dТ) протилежні [див. Бут Д.А. Бесцевій частині двигуна, при цьому щітковий вузол контактные электрические машины. М.: «Высшая комутатора-колектора жорстко з'єднаний з валом школа». 1990. с.178, с.137]. ротора. Конструкція даної електричної машини обрана Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю прототипом. заявлених ознак і досягненням технічного резульПрототип і конструкція, що заявляється, мають тату можна пояснити наступним. наступні спільні ознаки: У заявленому двигуні постійного струму з ком- корпус; бінованим збудженням магнітні потоки обмотки - два ста тора з обмоткою якоря і тороїдальною збудження (Фоd) і постійних магнітів (Фмб ) замикаобмоткою збудження; ються, на відміну від прототипу, в двох паралель- циліндричний ротор з феромагнітними полюних площинах. При цьому, на ділянках (полюсних сами і постійними магнітами. поділах) ротора з феромагнітними полюсами заПрототип має наступні недоліки: безпечується магнітний потік, що замикається че- наявність масивного сердечника ротора, що необхідний для замикання загального магнітного рез робочий зазор d0, що відповідає величині попотоку електричної машини; току Ф0 d=Фв , тобто потоку магніторушійної сили - наявність додаткового технологічного повіт(МРС) обмотки збудження. На полюсних поділах ряного зазору; ротора з постійними магнітами магнітний потік у - асиметрія магнітних ланцюгів у наслідок наробочому повітряному зазорі визначається різниявності двох контурів замикання магнітного потоку цею значень зустрічно спрямованих магнітних попостійних магнітів. токів Фм і Фв, тобто Фм d=Фм-Фв. Однак, зважаючи В основу корисної моделі поставлена задача на те, що магнітна проникність постійних магнітів, створити електричний двигун постійного струму, у дорівнює (2÷10)·m0, де m0=4p·10-7Гн/м - магнітна якому комбіноване збудження забезпечується напостійна, для зовнішнього магнітного потоку (Фв) явністю однієї загальної тороїдальної обмотки ділянка з постійними магнітами представляє велизбудження і ряду постійних магнітів у визначеній кий магнітний опір, чим пояснюється незначне збіпослідовності встановлених на роторі таким чильшення МРС постійних магнітів FM у порівнянні з ном, що на одному його полюсному поділі розтаМРС обмотки збудження FB. У пропонованій консшований феромагнітний полюс, а на наступному трукції для створення однакових за значенням постійний магніт, причому число феромагнітних магнітних потоків Фd-Ф 0 d= Фм d, повинно виконуваполюсів завжди дорівнює числу постійних магнітів, тись співвідношення: FM=(1,1÷1,15)·FB, що значно забезпечуючи загальне число полюсних поділів, менше ніж у прототипу через наявність шунтуючорівне 2 Р. За рахунок особливого способу виготовго магнітного потоку останнього. У заявленому лення магнітної системи статора забезпечується двигуні постійного струму з комбінованим збуможливість різкого ослаблення реакції якоря двидженням відсутні загальні ділянки магнітного лангуна, що приводить до підвищення його переванцюга двигуна, по яких одночасно б проходили магтажувальної здатності і, відповідно, до підвищення нітні потоки ФМ і ФВ, чим пояснюється на відміну його швидкодії і зменшенню споживаної електровід прототипу, відсутність асиметрії магнітних ланенергії в перехідних режимах. При цьому значно цюгів. зменшується маса частин, що обертаються, спроУ заявленому двигуні постійного струму з комщується технологія виготовлення двигуна, зменбінованим збудженням немає масивного феромашується його собівартість, а конструктивна схема гнітного сердечника ротора, що зменшує масу часдвигуна забезпечує можливість модульного принтин двигуна, що обертаються, відповідно, ципу його побудови, тобто послідовного чергуванпідвищує його швидкодію. ня модуля якоря (зубцева зона і секції обмотки Відсутність загального ярма якоря і ярма обякоря) і модуля циліндричного ротора (немагнітні мотки збудження забезпечує шля х замикання магторцеві диски з феромагнітними полюсами і понітного потоку МРС обмотки якоря тільки через стійними магнітами). Це значною мірою підвищує бічні поверхні зубців статора і повітряні проміжки питоме значення потужності і моменту. між ними (пази), що мають малу магнітну проникПоставлена задача вирішена в електричному ність, чим обумовлене обмеження реакції якоря, двигуні постійного струму з комбінованим збуможливість одержання великих перевантажень по дженням, що містить корпус, у якому установлені струму, обумовлених, в основному, умовою відсудва статори з обмоткою якоря і тороїдальною обтності перекидання магнітного поля в робочому моткою збудження, а також циліндричний ротор з повітряному зазорі. Підвищення перевантажуваферомагнітними полюсами і постійними магнітами льної здатності ДПСКЗ поліпшують динамічні хаі відрізняється тим, що корпус виконаний з окрерактеристики (прискорення, час пуску і гальмуванмих, спільних для обох статорів, магнітно не зв'яня), що підвищує продуктивність відповідної заних феромагнітних стрижнів - зубців П-подібної промислової установки, зменшує втрати електроформи, розташованих симетрично відносно циліненергії в перехідних режимах. дричного ротора, що містить рівну кількість фероНа відміну від класичної конструкції двигуна магнітних полюсів, що чергуються, і постійних магпостійного струму, у пропонованому ДПСКЗ, у не 5 38165 6 двигуна. У проміжках - пазах між зубцями 23 і 24 залежності від числа полюсних розподілів 2t=2Р, статорів (магнітопроводів якоря) 5, 6 покладені тільки одна спільна обмотка збудження і немає обмоток додаткових полюсів (тому що обмеження секції загальної обмотки якоря 7. Для прийнятої конструкції ДПСКЗ обов'язкореакції якоря забезпечується конструктивними вою умовою є наявність зрушення провідників секспособами). Цим обумовлене значне зменшення ції обмотки якоря одного статора, наприклад 5, втрат енергії ДПСКЗ. стосовно іншого статора 6 на величину полюсного У пропонованому двигуні, на відміну від прототипу, досить просто реалізується модульний принподілу t (Фіг.4), чим забезпечується як односпряцип побудови сучасних спеціальних електродвигумованість результуючого магнітного потоку, що нів, при якому в аксіальному напрямку чергуються пронизує секцію ФР=ФВ+ФМ, так і компенсація магдва конструктивних елементи (елементарний ніторушійної сили струмів лобових частин обмотки ДПСКЗ), тобто модуль якоря, що складається з якоря ілоб . забезпеченням комутацією їх з устрічнодвох статорів з обмотками якоря і збудження, та го напрямку. Цим забезпечується значне послабмодуль циліндричного ротора з феромагнітними лення пульсуючого магнітного потоку Флоб . струмів полюсами і постійними магнітами. Подібна конслобових частин обмотки якоря на шляху основного труктивна схема ДПСКЗ забезпечує підвищення магнітного потоку Фδ . питомих значень потужності і моменту двигуна, що У заявленому двигуні обмеження величини особливо важливо при низьких номінальних (безмагнітної індукції поперечного поля струмів обмотредукторних) частотах обертання, при значному ки якоря Вя.п. здійснюється конструктивною схемою зменшенні трудомісткості його виготовлення, відкорпуса 4 виконаного з окремих магнітно не зв'яповідно, зменшенням собівартості двигуна. заних феромагнітних стрижнів - зубців 22, проміжЕлектричний двигун постійного струму з комбіки - пази між якими різко обмежують (як додатконованим збудженням представлений на кресленвий магнітний опір повітряного зазору) величину нях, де: поперечного магнітного потоку двигуна ФЯ на кожФіг.1 - конструктивна схема двигуна; ному полюсному поділі t. Так, наприклад, попереФіг.2 - вид двигуна, переріз А-А; дній розрахунок запропонованого двигуна потужніФіг.3 - модуль циліндричного ротора, аксоностю РН=11кВт, при полюсному поділі t=0,1036м, метрія; числі пазів на полюсний поділ Zt =6 ширині повітФіг.4 - схема обмотки якоря двигуна; ряного проміжку між стрижнями зубцями вп=0,008м Фіг.5 - двомодульний варіант двигуна, аксоноі значенні однобічного робочого повітряного зазометрія. ру d0=0,0015м дає розрахункове номінальне знаДвигун постійного струму з комбінованим збучення магнітної індукції поперечного поля струмів дженням містить нерухому частину 1, циліндричобмотки якоря Вя.п.н.=0,086 Тп, що забезпечує пений ротор 2, що обертається, і комутатор-колектор ревантажувальну здатність двигуна, ви ходячи з 3. Нерухома частина 1 містить корпус 4, на внутумов відсутності перекидання магнітного поля на рішній поверхні якого розташовані два статори 5, ділянці якоря, що відповідає полюсному розподілу 6. У пазах статорів 5, 6 покладені секції загальної l=У δ.н./Вя.п.н.=0,8/0,086=9, де Вδ.н=0,8 ТП - номінаобмотки якоря 7, а в проміжку між статорами 5,6 льне значення магнітної індукції в робочому повітобмотка збудження 8. Нерухома частина 1 по торряному зазорі. цях закрита немагнітними підшипниковими щитаЖивлення замкнутої обмотки якоря, утвореної ми 9, 10, що установлені на підшипниках 11, 12, у секціями 7 (спільними для статорів магнітопровояких обертається вал 13 ротора 2. З валом 13 жодів якоря 5, 6) забезпечується комутаторомрстко з'єднані немагнітні диски 14, 15, які є консколектором 3, що за допомогою конструкції, що трукціями, що кріплять, по черзі розташованих кріпить, 26 і підшипників 27, 28 установлений неферомагнітних полюсів 16, 17 і постійних магнітів рухомо і являє собою колектор звичайної машини 18, 19, установлених симетрично (без зрушення) постійного струму, по обидва боки якого через щодо статорів 5,6. Ширина кожного з полюсів 16, ізоляційні прокладки 29, 30 додатково установлені 17, об'єднаних феромагнітною основою 20 як і контактні кільця 31, 2. До колекторних пластин 33, ширина постійних магнітів 18, 19, об'єднаних феу відповідності зі схемою обмотки, підключені виромагнітною основою 21, дорівнює a δ×t уздовж води секцій модулів якоря (статорів) 5, 6, об'єднані утворюючої ротора 2, де a δ - коефіцієнт полюсного джгутом 34. перекриття, t - величина полюсного поділу (Фіг.2.) Щіткотримачі 35 із щітками 36 (щітковий вузол) Циліндричний ротор 2 відділений від статорів 5,6 конструктивно з'єднані з траверсою 37, жорстко робочим повітряним зазором d0. Кількість пар фез'єднаної з валом 13. Напруга мережі підводиться ромагнітних полюсів 16, 17 і пар постійних магнітів до нерухомих ізольованих від корпуса кілець 31, 18, 19 дорівнює і складає загальне число полюс32. Щітки 36 електромеханічного комутатораних поділів t, тобто 2Р=2t, де Р - число пар полюколектора 3, одночасно контактуючи з контактними сів, що обертаються, одного статора (на Фіг.2. кільцями 31, 32 і відповідними колекторними пластинами 33, виконують функції як струмопроводу, 2Р=2t=4). Корпус 4 виконаний з ряду окремих магнітно не зв'язаних феромагнітних стрижнів - зубців так і струморозподільника загальних секцій 7 модулів якоря 5, 6. 22П - подібної форми, кожний з який містить зуПрацює запропонований ДПСКЗ у такий спобець 23 статора 5 і зубець 24 статора 6, об'єднасіб. При подачі напруги VC на обмотку якоря 7 і них подовжньою стрижневою основою 25. котушку обмотки збудження 8, у ДПСКЗ виникає Торцеві частини подовжніх стрижнів 25 закріплені на немагнітних торцевих щита х 9, 10, утвомагнітний потік ФВ, що замикається через ділянки ротора 2 з феромагнітними полюсами 16, 17, що рюють тверду конструкцію нерухомої частини 1 7 38165 8 разом з магнітним потоком ФМ (Фіг.1, 3, 4) створеміну від класичних машин прототипу, не має спіним МРС постійних магнітів 18,19 утворить магнітльного ярма обмотки збудження і спеціальна консний потік Ф0=Фв=Фм . Взаємодією основного магнітрукція ротора, що також не має загального ярма, тного потоку і струмів провідників обмотки якоря 7 чим обумовлене різке ослаблення впливу реакції модулів якоря 5, 6 створюється електромагнітний якоря і, відповідно, відсутність додаткових полюсів момент, під дією якого ротор 2 приходить в обері втрат електричної потужності в їх обмотках. тання. Комутатор-колектор 3 переключає струми в Порівняльний аналіз основних показників двисекціях обмотки якоря таким чином, щоб при обергуна постійного струму (ДПС) класичної конструкції танні в одну сторону струми провідників, що знатипу П-61: РН=11кВт; nн=1500об\хв; vн=220В і двиходяться в даний момент проти феромагнітних гуна постійного струму, що заявляється, з комбіполюсів 16, 17 і постійних магнітів 18, 19 залишанованим збудженням (ДПСКЗ) з аналогічними вилися незмінними. Регулювання частоти обертання хідними параметрами дає наступні показники: і реверс ДПСКЗ відбувається відомими для класимаса ДПС-162кг; маса ДПСКЗ-98кг; питомий мочних машин способами. Однак, у запропонованому мент ДПС: m уд=МH/m дв=0,44Н·м\кг; питомий модвигуні з комбінованим збудженням реалізується і мент ДПСКЗ: m уд’=0,724Н·м\кг. Момент інерції варіант регулювання частоти обертання ослабДПС: у’=0,122кг·м 2; момент інерції ДПСКЗ: ленням величини основного магнітного потоку поу'=0,122кг·м 2; механічна постійна ДПС: ТМ=0,3с; вним відключенням обмотки збудження, чим замеханічна постійна ДПСКЗ: ТМ'=0,07с; втрати енебезпечується режименергозбереження для ряду ргії при пуску в ДПС: Амех.=1784Дж; втрати енергії промислових механізмів, що працюють у режимі при пуску в ДПСКЗ: Амех'=439Дж. частих реверсів, які вимагають підвищеної швидНаведені дані підтверджують перспективність кості переміщення при малих навантаженнях (звозаявленого ДПСКЗ, тому що при простоті і, відпоротний хід, поздовжньо-стругального верстата, відно, меншій собівартості виготовлення, викорисмеханізмів прокатних станів, підйомнотання його у відповідних промислових механізмах транспортного устаткування та ін.). дозволить підвищити продуктивність, зменшити Енергозбереження забезпечує і спеціальна втрати енергії як у робочому, так і в перехідному конструкція нерухомої частини ДПСКЗ, що на відрежимах. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Мацело 38165 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601