Електрична машина постійного струму

1. Електрична машина постійного струму, яка має якір з пазами, у яких розміщено основну якірну обмотку, наприклад петльову, і статор (індуктор) з головними полюсами, виконаними, наприклад, з наконечниками, або головними і додатковими полюсами, у пазах яких відповідно розміщені статорні обмотки - основна обмотка збудження (основна полюсна обмотка) або система обмоток, що складається з основної обмотки збудження і додаткових обмоток, наприклад обмотки компенсації реакції якоря, причому зубцевий крок пазів головних полюсів, наприклад, виконаних у їх наконечниках, різниться у порівнянні з з убце вим кроком пазів якоря більш ніж на 10 відсотків, яка відрізняється тим, що в неї введені коригуюча якірна обмотка і коригуюча обмотка збудження, кількість ви ткі в яких відповідно визначається в залежності від співвідношення максимальної магнітної індукції застосованих магнітних матеріалів і магнітної Індукції конкретного зразка або партії виготовлени х складових частин магнітної системи електричної машини, наприклад для якоря і полюса, - за формулами: п В п„ а = n ст(всгтах -В) CT (B В я( де: В =к,. Пкя, Пкст - кількість витків відповідно у коригуючій якірній обмотці і у коригуючій обмотці збудження; гід, Пст - кількість витків відповідно основної якірної обмотки і основної обмотки збудження; Вятах - максимальна магнітна індукція застосованих магнітних матеріалів; В - магнітна індукція для даного зразка або партії якорів і/або полюсів; к я і к ст - коефіцієнти, що характеризують конструктивні особливості і розмірні характеристики електричної машини, які визначаються, наприклад, експериментально. 2. Електрична машина постійного стр ум у за п . 1 , яка відрізня ється тим , що кори гуюча якірн а о б мотка і/або коригуюча обмотка збудження підклю чені послідовно з відповідними основними обмот ками. 3. Електрична машина постійного струму за пп. 1 і 2 , яка відр ізня ється тим , що ко ри гуючу якірн у обмотку і/або коригуючу обмотку зб удження укла дено у спільних паза х з ві дповідними осно вними обмотками. 4. Електрична машина постійного стр ум у за пп. 1, 2 і 3 , яка відрізняється тим, що коригуючу якірну обмотку і коригуючу обмотку зб удження і/або час тини зазна чени х обмо ток ук ладено відпо ві дно у додаткових пазах якоря і додаткових пазах полю сів, при цьом у зазначені пази виконані з о днако вим або з різним зубцевим кроком по відношенню до відповідних основних. 5. Електрична машина постійного стр ум у за п . 4 , яка відрізняється тим, що у спільних з основними обмотками пазах коригуюча обмотка якоря і кори гуюча обмотка збудження цілком або частково розміщені у зовнішніх шарах, які утворюють кільця, концентричні по відно шенн ю до кільце ви х шарі в відповідних основних обмоток. 6. Електрична машина постійного стр ум у за п . 4 , яка відрізняється тим, що по перерізу спільних з основними обмотками пазів коригуюча обмотка якоря і коригуюча обмотка збудження цілком або частково розміщені у зовнішньому шарі, який коак сіально охоплює відповідні основні обмотки по усьому або по частині периметр у їх поперечно го перерізу. со ю 5453 Корисна модель належить до електротехніки, а саме до електричних машин постійного струм у різних потужностей Корисна модель може застосовува тись в електрични х машинах постійного струм у, до яких висуваються жорсткі вимоги стосовно забезпечення максимального значення і/або мінімальної величини розбіжностей значінь їх вихідної потужності, наприклад, в межах виго товленої партії електродвигунів одного типу Відома машина постійного струму - ди в [А с С РСР №150 47 35 А1 , Н0 2 К1 /1 4 , з ая вка №4263371 /24 -07 , да та по дання 16 06 87р . п ул ЗО 08 89р , Бюл №32], у якій можливе регулювання магнітного потоку за умов фіксованих стр умів наван таження Зазна чена машина включає до свого складу станіну (корпус), осердя полюсів з обмотками збудження, введені додаткові елементи для регулювання магнітного потоку в робочому зазорі (ВІДПОВІДНО І струмозчеплення) Крім того , відома електри чна машина має отвори, виконані у станині, де розміщені ва ли, з'єднані одним кінцем через передавальний механізм із гвинтами у їх середній частині, а другим - з привідним механізмом, немагнітну касету, у якій встано влені елементи регулювання магнітного потоку, що являють собою регулювальні магнітні прокладки, які складаються з двох частин із стиком вздовж осьової лінії полюса, а магнітні прокладки встановлено на гвинтах з можливістю переміщення їх вздовж осей гвинтів, які мають з одного кінця лівоходовий, а з другого - правоходовий наріз Донайбільш вагомих недоліків розглянутої першої відомої електричної машини належать неможливість застосування для конструкцій електричних машин у широкому спектрі типорозмірів, у малогабаритних електричних машинах та електричних машинах підвищеної потужності, досить складна конструкція як машини в цілому, так і механізму регулювання магнітного потоку, необхідність застосування зовнішнього черв'ячного передавального механізму для керування гвинтом, розміщеним в касеті, значна витрата магнітних матеріалів, тощо У другій відомій електричній машині постійного стр ум у [ди в Ас С РС Р № 178 659 5 , з ая вка №4728939/07 від 07 08 89, Н02К1 /14, 23/22 , п ул 07 01 93р , Бюл №1] частково усунено зазначені недоліки Вона може застосовуватись для значного спектру електричних машин і має більш просту конструкцію Друга відома машина включає якір з пазами для розміщення якірної обмотки, головні полюси з наконечниками, у яких виконані пази для розміщення обмотки, додаткову статорну (індукторну) обмотку - обмотку компенсації реакції якоря, при цьому шаг пазів по полюсному наконечнику різниться від з убцево го шагу по якорю більш, ніж на 10 відсотків Крім того, у др угій ВІД ОМІЙ електричній машині пази у полюсному наконечнику виконані групами з різним зубцевим ша гом, в о дній з яких зубце вий шаг перевищує зубцевий шаг по якорю більш, ніж на 10 ВІДСОТКІВ, а у др угій - менший за нього більш, ніж на 10 ВІДСОТКІВ, а у зазначених пазах полюсних наконечників укладено лише згадану вище додаткову компенсаційну обмотку За сук упністю спільних ознак другу відому електричну машину обрано як прототип Одним з суттєви х недоліків електричної машини-прототипу є неможливість одержання максимальної вихідної потужності із стабільними магнітним и ха рак те ри стик ам и для р із ни х п а р ті й вигото влених машин Це з умовлено тим, що для вигото влення якоря, головних полюсів та інши х частин магніто про воду електричної машини застосовують матеріал, наприклад, листову сталь, характеристики якої в залежності від одержаної парти можуть відрізнятись За рівнем магнітної індукції (В) така різниця може сягати 15-20% До того ж в одній електричній машині різні елементи магнітного кола, наприклад, пластини ротора і пластини головних полюсів, можуть виготовлятись із різних партій матеріалу, в залежності від розмірів (ширини, товщини) стрічки, наприклад, електротехнічної сталі , які для ви го товлення якоря значно менші, ніж для виготовлення головних полюсів Отже магнітне стр умозчеплення буде різним, і вихідна потужність елеетрично! машини змінюватиметься в залежності від партії використаного матеріалу В основу корисної моделі поставлено завдання створення електри чно ї машини по стійно го струму, яка 6 забезпечувала максимальну стабілізацію й вихідної потужності, наприклад, в межах вигото вленої партії електродвигунів одного тип у, при стабілізації її магнітного струмозчеплення Розв язання задачі здійснюється за допомогою електричної машини постійного стр ум у, яка має якір з пазами, у яких розміщено основну якірну обмотку, наприклад, петльову, і статор (індуктор) з головними полюсами, виконаними, наприклад, з наконечниками, або головними і додатковими полюсами, у пазах яких ВІДПОВІДНО розміщені статорні обмотки - основна обмотка збудження (основна полюсна обмотка) або система обмоток, що складається з основної обмотки збудження і додаткових обмоток, наприклад, обмотки компенсації реакції якоря, при цьому зубцевий шаг пазів головни х полюсів, наприклад, виконаних у їх наконечниках, різниться у порівнянні з зубцевим шагом пазів якоря більш, ніж на 10 ВІДСОТКІВ, і введені в неї коригуючу якірну обмотку і коригуючу обмотк у зб удження, КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ ЯКИХ ВІДПОВІДНО визначається в залежності від співвідношення максимальної магнітної індукції застосованих магнітних матеріалів В і магнітної індукції конкретного зразка або партії виготовлених складових частин магнітної системи електри чної машини, наприклад, для якоря і полюса - за формулами п В я( я та х~ В) =Ке В (1) пст( В с -В) п ксг - Ко (2) В п кя . пкст ' КІЛЬКІСТЬ витків ВІДПОВІДНО у коригуючій якірній обмотці і у коригуючій обмотці збудження, п я, п ст - КІЛЬКІСТЬ витків відповідно основної якірної обмотки і основної обмотки збудження, 5453 Вя max - максимальна магнітна індукція засто сованих магнітних матеріалів; В - магнітна Індукція для даного зразка або партії якорів і/або полюсів; Кя і Кст - коефі цієн ти, що характериз ують конструктивні особливості і розмірні характеристики електричної машини і, наприклад, визначаються експериментально. Коригуючу якірну обмотку і/або коригуючу обмотку збудження підключено послідовно до відповідних основних обмоток. Коригуючу якірну обмотку і/або коригуючу обмотку збудження укладено у спільних пазах з відповідними основними обмотками. Коригуючу якірну обмотку і коригуючу обмотку збудження і/або ча стини зазначени х обмо ток укладено відповідно у додаткових пазах якоря І додаткови х паза х полюсів, при цьому зазначені пази виконані з однаковим або з різним зубцевим шагом по відношенню до відповідних основних. Коригуючу якірну обмотку і/або коригуючу обмотку збудження, які укладено у спільних пазах з відповідними основними обмотками, цілком або частково розміщено у зовнішніх шарах, які утворюють кільця, концентричні по відношенню до кільцевих шарів відповідних основни х обмоток. По перерізу спільних з основними обмотками пазів коригуюча обмотка якоря і коригуюча обмотка збудження цілком або частково розміщені у зовнішньому шарі, який коаксіальне охоплює відповідні основні обмотки по усьому або по частині периметру їх поперечного перерізу. Введення в електричну машину постійного струм у коригуючих обмоток якоря і збудження із змінною кількістю витків дозволяє в залежності від конкретного значення магнітної індукції (В) для окремих конкретних партій матеріалу, що застосовується для виготовлення полюсів, якорів та інших деталей магнітопроводу визначити із спі ввідношень (1) і (2) і укласти при виготовленні електричних машин саме таку кількість коригуючи х ви тків обмоток якоря і статора (індуктора), яка забезпечить максимальне стабільне значення струмозчеплення і, відповідно, максимально вихідн у потужність для різних партій електричних машин даного типу. За умов послідовного підключення коригуючої якірної обмотки до відповідної основної (тобто з'єднання кінця основної якірної обмотки з початком коригуючої якірної обмотки і підключення початку основної і кінця коригуючої обмоток до колектора) і послідо вного підключення коригуючої обмотки збудження до відповідної основної (тобто підключення кінця основної обмотки збудження до початку коригуючої обмотки збудження, а початку основної обмотки збудження і кінця коригуючої обмотки збудження до джерела живлення) величини стр умів в осно вних і коригуючи х обмотках якоря і збудження мають однакові величини відповідно, що забезпечує можливість простого керування струмом в обмотках. Завдяки можливості такого керування забезпечується одержання максимального значення струмозчеплення і, відповідно, максимальної вихідної потужності для різних партій електричних машин даного типу. 6 Розміщення коригуючо ї обмотки якоря і/або коригуючої обмотки збудження у спільних пазах з відповідними основними обмотками забезпечує можливість досягнення максимального струмозчеплення і вихідної потужності електричної машини при найпростішій конструкції якоря і статора (індуктора) щодо виконання пазів для укладання обмоток. Розміщення коригуючої обмотки якоря і/або коригуючої обмотки збудження або частин зазначених обмоток у додаткових пазах відповідно якоря і полюсів є фактором, що дозволяє забезпечити більшу рівномірність (однорідність) збуджуючого магнітного потоку в робочому зазорі, що покращує стабілізацію струмозчеплення і сприяє забезпеченню максимальної вихідної потужності для різних партій електричних машин даного типу, а викона ння до да тко ви х п азі в з р ізним з убце вим шагом підсилює зазначений фактор. Розміщення коригуючої обмотки якоря і коригуючо ї обмотки зб удження цілком або частко во (при укладанні їх у ВІДПОВІДНІ СПІЛЬНІ пази з основними обмотками) у зовнішніх шарах, які утворюють кільця, концентричні по відношенню до кільцевих шарів відповідних основних обмоток також дозволяє забезпечити більшу рівномірність (однорідність) збуджуючого магнітного потоку в робочому зазорі, що покращує стабілізацію струмозчеплення і сприяє забезпеченню максимальної вихідної потужності для різних партій електричних машин даного типу. Розміщення коригуючої" обмотки якоря і коригуючої обмотки збудження по перерізу спільних з основними обмотками пазів коригуюча обмотка якоря і коригуюча обмотка збудження цілком або частково у зовнішньому шарі, який коаксіальне охоплює відповідні основні обмотки по усьому або по частині периметру їх поперечного перерізу також сприяє забезпеченню більшої' рівномірності (однорідності) збуджуючого магнітного потоку в робочому зазорі, що веде до подальшого покращення стабілізації' струмозчеплення і сприяє забезпеченню максимальної вихідної потужності для різних партій електричних машин даного типу. Як видно із наведеного вище, розв'язання завдання, поставленого корисною моделлю, досягається саме завдяки запропонованій сук упності ознак, наведених у пп. 1-6 форм ули корисної моделі, кожна з яких направлена на розв'язання завдання згідно з метою корисної моделі і являється істотною (в тому числі і кожна введена нова і зазначена у відрізняльній частині формули ознака) у зазначеній сукупності, а запропонована сукупність ознак в цілому є необхідною і достатньою для розв'язання поставленого завдання. Такі ознаки, як введені в електричну машину постійного струму коригуюча якірна обмотка і коригуюча обмотка збудження, наприклад, підключені послідовно до відповідних основни х обмоток, за умов, що зазначені коригуючі обмотки мають змінну кількість витків, яка визначається відповідно формулами (1) і (2), як розміщення зазначених коригуючи х обмоток у спільних пазах з відповідними основними обмотками, розміщення зазначених обмоток цілком або частково у зовні шні х шара х, які утворюють кільця, концентричні по відношенню 5453 до кільцевих шарів ВІДПОВІДНИХ ОСНОВНИХ обмоток, а також по перерізу спільних з основними обмотками пазів цілком або частково у зовнішньому шарі, який коаксіальне охоплює ВІДПОВІДНІ ОСНОВНІ обмотки по усьому або по частині периметру їх поперечного перерізу, окремо взяті є відомими є, але у своїй сукупності, вступаючи у причиннонаслідковий зв'язок, вони забезпечують створення в об'єкті нової властивості, що відповідає поставленому завданню (меті корисної моделі) На момент подання заявки авторам і заявнику не відоме використання запропонованої сукупності ознак для розв'язання завдання, поставленого корисною моделлю, а також використання й в електричних машинах взагалі Отже запропонована корисна модель цілком відповідає критерію "новизна" і 'технічний рівень" Суть корисної моделі пояснюється ілюстраціями, наведеними на Фіг 1 і Фіг 2 Фіг 1 - Розміщення основних і коригуючи х обмоток якоря і збудження у ЗОВНІШНІХ шарах ВІДПОВІДНИХ пазів якоря і індуктора, Фіг 2 - Розміщення основних і коригуючих обмоток якоря і збудження у зовнішньому шарі, який коаксіальне охоплює ВІДПОВІДНІ ОСНОВНІ обмотки На Фіг 1 наведений один з можливих варіантів виконання електричної машини відповідно до корисної моделі, яка включає якір 1 з пазами 2, де розміщено основну якірну обмотку 3 і коригуючу якірну обмотку 4, яку укладено у спільний з основною якірною обмоткою паз так, що вона розміщена у зовнішньому шарі над основною якірною обмоткою, головний полюс статора (індуктора) 5, у пазах 6 якого розміщено основну обмотку зб удження 7 і коригуючу обмотку збудження 8, яку укладено так, що вона розміщена у зовнішньому шарі над основною обмоткою збудження На Фіг 2 наведений другий з можливих варіантів виконання електричної машини відповідно до корисної моделі, яка включає якір 1 з пазами 2 де розміщено основну якірну обмотку 3 і коригуючу якірну обмотку 4, яку укладено у спільний з основною якірною обмоткою паз так, що вона коаксіальне охоплює основну якірну обмотку 3, головний полюс статора (індуктора) 5, у пазах 6 якого розміщено основну обмотку збудження 7 і коригуючу обмотку збудження 8, яку укладено так, що вона коаксіальне охоплює основну обмотку збудження 7 Роботу електричної машини розглянемо на прикладі електродвигуна При протіканні струму збудження через послідовно з'єднані основну обмотку збудження 7 і коригуючу обмотку збудження 8 у робочому зазорі електродвигуна виникає магнітний потік збудження, що складається з дво х частин - основного і коригуючого , напрямки яких співпадають, оскільки співпадають напрямки струмів, що протікають у зазначених обмотках Цей магнітний потік замикається через магнітопровщ дви гуна, основні складові якого - головні полюси, наприклад, з наконечниками і магнітопровщ якоря Величина зазначеного магнітного потоку визначається величиною струму збудження, загальною КІЛЬКІСТЮ ви тків обмотки збудження, що включає основну і коригуючу, конструктивними особливостями електродвигуна (розмірами полюсів, величи 8 ною зазору то що) і магнітною індукцією використа ного матеріалу для виготовлення зазначених елементів магнітопроводу За умов певної конструкції електродвигуна і сталої величини збуджуючого струм у величина магнітного потоку залежить від загальної КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ обмотки збудження і магнітної індукції матеріалу полюсів, якоря тощо. При надходження через колектор електродвигуна керуючого стр уму в обмотку якоря, загальна КІЛЬКІСТЬ ВИТКІВ якої складається з КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ основної і коригуючо ї обмоток (оскільки у випадк у, що роз глядається , вони з'єдн ані послідовно і струм, що протікає в них має однаковий напрям і однакову величину), виникає відповідна рушійна сила, яка призводить до обертання якоря Величина зазначеної рушійної сили залежить від створюваного струмозчеплення і забезпечує певну потужність на вихідному валу електродвигуна Прн застосуванні для виготовлення, наприклад, пластин голо вни х П ОЛІСІВ індуктора , матеріалу, який має відхилення магнітних властивостей в бік зменшення магнітної індукції, вихідна потужність електродвигуна зменшується Для компенсації зменшення магнітного потоку збудження, як показано вище, необхідне збільшення загальної КІЛЬКОСТІ ВИТКІВ обмотки збудження, яке здійснюється за рахунок введеної коригуючої обмотки, яку конструктивно розміщено, наприклад, у верхньому шарі над основною (див Фіг 1) Необхідна КІЛЬКІСТЬ ВИ ТКІВ коригуючої обмотки збудження визначається, наприклад, формулою (2) Для стабілізації створюваного струмозчеплення відповідно необхідно зменшити загальну кількість витків обмотки якоря за рахунок киригуючої якірної обмотки Необхідна КІЛЬКІСТЬ витків коригуючої обмотки якоря визначається, наприклад, формулою (1) За умов стабілізації струмозчеплення досягається і стабілізація вихідної потужності електродвигунів незалежно від коливань магнітних властивостей (магнітної індукції") застосовуваних матеріалів для різних партій електричних машин даного типу Корисна модель забезпечує - значну економію дорогих і дефіцитни х магні тних матеріалів, дозволяючи використовувати практично без відбрак ування, наприклад, пар тію якорів, полюсі в інши х частин магні тної системи електричної машини, які за сво їми характеристи ками (наприклад, величиною магнітної індукції) мають значні відхилення, - певну можливість заміни матеріалів за умов їх де фіциту, дозволяючи застосовувати ІНШІ мате ріали з ВІДПОВІДНО близькими магнітними характе ристиками, у тому числі, - використовувати при виготовленні електрич ної машини одночасно і біль ш де шеві матеріали, магнітні характеристики яких доси ть близькі і до зволяють здійснити компенсацію зменшення маг нітної індукції за рахунок коригуючих обмоток яко ря і збудження в рамках існуючої конструкції електричної машини При виготовленні запропонованого пристрою використовують матеріали, те хнологічні прийоми, оснастку і апаратур у, звичайно застосовувані при виготовленні електричних машин Після вимірювання магнітної індукції виготовлених, наприклад, полюсів і якорів, здійснюють їх гр упування ВІДПОВІ 5453 дно до величини виміряної магнітної індукції. Для кожної з зазначених груп визначають необхідну кількість витків коригуючи х обмоток якоря і обмоток збудження (полюсних обмоток). Виготовляють окремо для кожної групи коригуючі обмотки якоря і 10 полюсні обмотки, які під час зборки відповідно встановлюють у зазначені конструктиви. Промислову придатність запропонованої' електричної машини постійного струм у підтверджено її впровадженням в НДІ "Квант". Фіг. 1 Фіг. 2 Комп'ютерна в ерстка А. Крижанів ський Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и І науки України Держав ний департамент Інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислов ої в ласності", в ул. Глазунов а, 1, м. Київ -42, 01601