Стартер-генератор постійного струму

Реферат: Винахід належить до електромашинобудування, стосується колекторних машин постійного струму і може бути використаний для виготовлення стартер-генераторів для гвинтових літаків та вертольотів, для тепловозів, дизель-електроходів, для кораблів з дизельним приводом. Для зменшення витрати мідного проводу і збільшення коефіцієнта корисної дії статор виготовляють неявнополюсним з несиметрично розміщеними в пазах статора обмотками для стартерного і генераторного режимів роботи. UA 104808 C2 (12) UA 104808 C2 UA 104808 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електромашинобудування, стосується колекторних машин постійного струму і може бути використаний при виготовленні стартер-генераторів для гвинтових літаків та вертольотів, для тепловозів, дизель-електроходів, для кораблів з дизельним приводом і ін. Відомий стартер-генератор постійного струму для гвинтових літаків та вертольотів, який має обмотку незалежного збудження, розміщену на основних полюсах, в полюсних наконечниках яких розміщують компенсаційну обмотку, а також має додаткові полюси з обмотками. /Поспелов Л.И. Конструкция авиационных электромашин. - Энергия, 1982/. Така конструкція викликана тим, що стартер-генератор, який в стартерному режимі живиться від акумулятора, а в генераторному режимі заряджає електричною енергією акумулятор, повинен автоматично, без вмикання-вимикання відповідних контактів, переходити з одного режиму в інший. Ця вимога спонукає до відмови від послідовної обмотки збудження, яка в стартерному режимі найбільш ефективна, але неприйнятна в генераторному режимі. Відомо, що в явнополюсних машинах постійного струму для зменшення негативного впливу реакції якоря збільшують повітряний зазор між якорем і основними полюсами, тим самим зменшуючи основний магнітний потік. В стартер-генераторі серійного виконання для того, щоб не збільшувати повітряний зазор, в полюсних наконечниках розміщують компенсаційну обмотку, яка зменшує негативний вплив реакції якоря, але надзвичайно ускладнює виготовлення статора. Найбільш близьким за технічною суттю є стартер-генератор постійного струму, що має якір у вигляді феромагнітного зубчатого циліндра з якірною обмоткою, розміщеною в пазах, колектор, щітки, статор, виконаний у вигляді порожнистого циліндра, набраного із окремих стальних пластин, на внутрішній поверхні якого рівномірно по колу розміщують пази, в дві третини яких симетрично відносно поздовжніх осей укладена обмотка незалежного збудження, на половині кожного полюсного ділення між поздовжньою і поперечною осями укладена обмотка послідовного збудження для стартерного режиму роботи, на інших половинах генераторна обмотка послідовного збудження для генераторного режиму роботи, магніторушійна сила (МРС) стартерної обмотки і окремо МРС генераторної обмотки дорівнюють 9 МРС обмотки якоря. /Пат. 87219 Україна, МПК Стартер-генератор постійного струму / В.Д. Лущик, Ю.В. Лухін; опубл. 25.06.2009. Бюл. № 12. - С. 2.1. Істотним недоліком відомого стартера-генератора є неможливість автоматичної зміни режиму роботи, а також відсутність компенсації реактивної ЕРС в комутуючих секціях. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення стартера-генератора постійного струму, у якому за рахунок застосування діодів здійснюється автоматична зміна режиму роботи, а також за рахунок обмотки додаткових полюсів на зубцях статора покращується комутація. Ця задача здійснюється тим, що в стартері-генераторі постійного струму, що має якір у вигляді феромагнітного зубчатого циліндра з якірною обмоткою, розміщеною в пазах, колектор, щітки, статор, виконаний у вигляді порожнистого циліндра, набраного із окремих стальних пластин, на внутрішній поверхні якого рівномірно по колу розміщують пази, в дві третини яких симетрично відносно поздовжніх осей укладена обмотка незалежного збудження, на половині кожного полюсного ділення між поздовжньою і поперечною осями укладена обмотка послідовного збудження для стартерного режиму роботи, на інших половинах - генераторна обмотка послідовного збудження для генераторного режиму роботи, магніторушійна сила (МРС) стартерної обмотки і окремо МРС генераторної обмотки дорівнюють МРС обмотки якоря, згідно з винаходом, послідовно зі стартерною обмоткою і послідовно з генераторною обмоткою вмикають у відповідному напрямі діоди, зубці статора по поперечних осях, число яких дорівнює числу полюсів, мають зубцеві наконечники шириною bн, яка в 2 рази більша ширини зубцевих наконечників bz статора в зоні максимального потоку, bн = 2bz, на цих зубцях розміщують обмотку додаткових полюсів, яка ввімкнена послідовно як зі стартерною обмоткою, так і з генераторною обмоткою. Винахід пояснюється кресленням, де показано: на Фіг. 1 - поперечний розмір статора і якоря з обмотками стартерного режиму роботи; на Фіг. 2 - поперечний розмір статора і якоря з обмотками генераторного режиму роботи; на Фіг. 3 - принципова електрична схема стартера-генератора. Стартер-генератор має якір у вигляді феромагнітного зубчастого циліндра 1 з 2р-полюсною обмоткою 2, розміщеною в пазах (Фіг. 1, Фіг. 2), колектор, щітки. Статор виготовляють у вигляді порожнистого циліндра, набраного із окремих стальних пластин, на внутрішній поверхні якого рівномірно по колу розміщені пази. В пази, приблизно в дві третини, симетрично відносно поздовжніх осей укладають 2рполюсну обмотку незалежного збудження 3 (Фіг. 1, Фіг. 2, Фіг. 3), яка працює в генераторному режимі. 1 UA 104808 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Зубці статора по поперечних осях, число яких дорівнює числу полюсів, мають зубцеві наконечники шириною bн, яка в 2 рази більша ширини зубцевих наконечників bz статора в зоні максимального потоку, bн = 2bz, на цих зубцях розміщують обмотку додаткових полюсів 4 (Фіг. 1, Фіг. 2, Фіг. 3), яка ввімкнена послідовно як зі стартерною обмоткою, так і з генераторною обмоткою. На половині кожного полюсного ділення між поздовжньою і поперечною осями (осі визначаються положенням щіток на колекторі) укладають стартерну 2р-полюсну обмотку послідовного збудження 5 (Фіг. 1, Фіг. 3) для стартерного режиму роботи. Напрям струму в стартерній обмотці повинен бути протилежно направлений струмам в поряд розміщених пазах якоря (Фіг. 1). Магніторушійна сила (МРС) стартерної обмотки I awст повинна дорівнювати МРС обмотки якоря iawa. Послідовно зі стартерної обмоткою вмикають діод 6 (Фіг. 3). На інших половинах полюсних ділень виконують 2р-полюсну генераторну обмотку послідовного збудження 7 (Фіг. 2, Фіг. 3) для генераторного режиму роботи. Напрям струму в генераторній обмотці повинен бути протилежно направлений струмам в поряд розміщених пазах якоря. Магніторушійна сила (МРС) генераторної обмотки I awген. повинна дорівнювати МРС обмотки якоря iawa. Послідовно з генераторною обмоткою у відповідному напрямі вмикають діод 8 (Фіг. 3). Стартер-генератор працює так. При замиканні контакту S1 (Фіг. 3) подається живлення від акумулятора на стартергенератор. Вмикається обмотка незалежного збудження 3, а також через діод 6 стартерна обмотка 5 та послідовно з'єднані з нею обмотка додаткових полюсів 4 і обмотка якоря 2. Стартерна обмотка створює МРС Fстарт., якірна обмотка - МРС Faq. Разом вони створюють МРС Fod, направлену по поздовжній осі. Виникає основний магнітний потік Ф od, який діє в тому ж напрямі, що і потік обмотки незалежного збудження. Разом ці потоки у взаємодії зі струмом якоря створюють обертальний електромагнітний момент, стартер-генератор розганяє двигун внутрішнього згорання (ДВЗ). З початком роботи ДВЗ швидкість обертання якоря стартера-генератора збільшується за рахунок ДВЗ і пропорційно зростає ЕРС. Як тільки ЕРС якоря перевищує напругу акумулятора, струм в стартерній обмотці зникає, струм в якірній обмотці змінює свій знак і починає протікати через генераторну обмотку. Генераторна обмотка разом із якірною обмоткою створюють магнітний потік Fod того ж напряму, що і в стартерному режимі. Електромагнітний момент стає гальмівним і стартер-генератор переходить в генераторний режим, заряджаючи акумулятор і забезпечуючи електроенергією всі потрібні споживачі. Вихідна напруга стартера-генератора підтримується постійною на всьому діапазоні зміни швидкості обертання ДВЗ і зміни навантаження завдяки реле-регулятору в колі обмотки незалежного збудження. В стартері-генераторі поперечна реакція якоря повністю компенсується стартерною обмоткою в стартерному режимі роботи, а в генераторному режимі - генераторною обмоткою. Більше того, магнітний потік якоря приймає участь у створенні основного магнітного потоку. Тому на обмотку додаткових полюсів в стартері-генераторі потужністю 3 кВт потрібно в 5 раз менше мідного проводу порівняно з явнополюсною конструкцією. Порівняно з явнополюсною конструкцією довжина магнітопроводу зменшується на 14 %, загальна вага мідного проводу - на 7 %, а головне - значно спрощується виготовлення статорних обмоток. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Стартер-генератор постійного струму, що має якір у вигляді феромагнітного зубчатого циліндра з якірною обмоткою, розміщеною в пазах, колектор, щітки, статор, виконаний у вигляді порожнистого циліндра, набраного із окремих стальних пластин, на внутрішній поверхні якого рівномірно по колу розміщені пази, в дві третини яких симетрично відносно поздовжніх осей укладена обмотка незалежного збудження, на половині кожного полюсного ділення між поздовжньою і поперечною осями укладена обмотка послідовного збудження для стартерного режиму роботи, на інших половинах - генераторна обмотка послідовного збудження для генераторного режиму роботи, магніторушійна сила (МРС) стартерної обмотки і окремо МРС генераторної обмотки дорівнюють МРС обмотки якоря, який відрізняється тим, що послідовно зі стартерною обмоткою і послідовно з генераторною обмоткою увімкнено у відповідному напрямі діоди, зубці статора по поперечних осях, число яких дорівнює числу полюсів, мають зубцеві наконечники шириною b н , яка в 2 рази більша ширини зубцевих наконечників b z статора в зоні максимального потоку, bн  2bz , на цих зубцях розміщено обмотку додаткових полюсів, яка ввімкнена послідовно як зі стартерною обмоткою, так і з генераторною обмоткою. 2 UA 104808 C2 3 UA 104808 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4