Wynalazek dotyczy sposobu zaoszczedzania miedzi twornikowej oraz uzyskiwania wiekszej obciazalnosci przy danej mocy i sprawnosci ma¬ szyn elektrycznych i charakteryzuje sie tym, ze dla danej maszyny elektrycznej okresla sie prze¬ bieg wzrostu strat omowych, wystepujacych wraz ze stopniowym zmniejszaniem przekroju przewo¬ dów twornikowych i z równoczesnym zmniejsza¬ niem sie strat posrednich, zachodzacym przy stopniowym przemieszczaniu sie przewodnika twornikowego w zlobku w kierunku obszaru linii sil o malej krzywiznie, po czym ustala sie stan warunków optymalnych.Rozwój techniki budowy maszyn elektrycz¬ nych doprowadzil do stosowania coraz to wiekszej gestosci pradu. Niezaleznie od stosowania lep¬ szych materialów na obudowe, mianowicie za¬ miast zeliwa, staliwa lub stali walcowanej, coraz racjonalniejsze wykorzystanie przestrzeni w zlob¬ kach twornika zajetej przez uzwojenie, doprowa¬ dzilo do coraz korzystniejszego stosunku mocy maszyny do jej ogólnego ciezaru, pozwalajac na uzyskanie znacznej oszczednosci materialu. Przez zastosowanie miedzi profilowej zwiekszono moc maszyny w granicach dopuszczalnego jej nagrze¬ wania. Na podstawie dotychczas stosowanych metod pomiarowych powstal, poglad, ze poza stratami dajacymi sie zmierzyc bezposrednio wy¬ stepuja jeszcze pewne straty dodatkowe.Zgodnie z pomiarami posrednimi owe straty dodatkowe wynosza naogól 0—1% zwiekszonej w powyzszy sposób mocy. Dzieki zastosowaniu pretów siatkowych powstajace straty dodatkowe obnizono jeszcze bardziej. Wedlug danych z prak¬ tyki, w wiekszych maszynach np. w maszynie o mocy 35 kw, straty dodatkowe wynosza 0,5°/o.Pod tym katem widzenia obliczano i budowano dotychczas maszyny elektryczne. Wynika stad okreslone zuzycie materialu w stosunku do osia¬ ganej mocy maszyny.Wieloletnie badania nad istota zjawiska in¬ dukcji doprowadzily do stwierdzenia, ze rzeczy-wiste straty dodatkowe, które wespól ze stratami omowymi powoduja nagrzewanie uzwojenia twor¬ nika, musza byc znacznie wieksze.Dzieki nowym metodom okreslania rzeczywi¬ stych strat dodatkowych w maszynach elektrycz¬ nych, stwierdzono istotnie ich wieksza wartosc, niz to wynikalo z dotychczasowych sposobów ich okreslania.Dalsze badania przebiegu linii sil w zlobku twornika daly jednoznaczne wyniki odnosnie znacznych strat dodatkowych, ustalonych dzieki nowym metodom pomiarowym. Linie sil w zlob¬ kach twornika przebiegaja nie prostoliniowo, lecz krzywoliniowo. Przebieg linii sil jest zasadniczo zalezny od stopnia nasycenia magnetycznego ze¬ laza twornika, od wielkosci szczeliny powietrznej, od wymiarów zlobka, a takze od szerokosci zeba twornika przy wierzcholku i u podstawy. Wynika stad stosunek podzialowy miedzy srednica twor¬ nika i wymiarami twornika.Wysokie straty dodatkowe przyczyniaja sie w znacznym stopniu do nagrzewania uzwojenia twornika, czego nie mozna bylo dokladnie stwier¬ dzic na podstawie dotychczasowych metod pomia¬ rowych, przy czym nagrzewanie to. bylo do tej jaory przypisywane prawie calkowicie stratom omowym. Przyczyna tego stanu tkwila w okolicz¬ nosci, ze straty dodatkowe byly kompensowane dzialaniem jakiegos dotad nieznanego zjawiska, pozostajacego w zwiazku przyczynowym z tymi stratami oraz z pradem twornika.W celu usuniecia przynajmniej czesciowo strat dodatkowych, przewody twornika winny byc dobrane -w ten sposób, aby uniknac powstawania w nich pradów wyrównawczych. Nalezy zatem . ulozyc w okreslonym zlobku twornika tylko te ich czesc, która wykazuje najmniejsze róznice napiec w danym ukladzie linii sil. Nastepnie zaleca sie dobrac w ten sposób miedz profilowa, aby jeji ksztalt odpowiadal przebiegowi linii sil. , * Prowadzi to do stosowania mniejszych prze¬ krojów przewodów oraz do jedynie czesciowego Wykorzystania przestrzeni nawojowej w zlobku twornika. Dzieki wyeliminowaniu w ten sposób znacznej czesci strat dodatkowych, uzyskuje sie moznosc wydatnego zwiekszenia gestosci pradu w tworniku. Osiaga sie zatem w praktyce te za¬ lete, ze przy znacznie mniejszej ilosci miedzi ^wornika mozna uzyskac taka sama lub nawet wieksza moc maszyny, przy tej samej lub nawet wyzszej sprawnosci. Sposób ten daje sie zastoso¬ wac wszedzie tam, gdzie wystepuje zjawisko in¬ dukcji wzajemnej. Najwieksze mozliwosci daja maszyny elektryczne pradu stalego, lub zmienne¬ go, miedzy innymi maszyny o wirniku zwartym.Szczególy sposobu wedlug wynalazku sa ob¬ jasnione blizej w oparciu o rysunek, na którym fig. 1—4 przedstawiaja rózne przebiegi linii sil w zlobku twornika, fig. 5 zas przedstawia wykres zaleznosci srednicy twornika od wspólczynnika wzrostu obciazalnosci. * Linie sil w zlobkach zwornika nie przebiegaja prostoliniowo jak to uwidoczniono na fig. 1, lecz tworza linie krzywe uwidocznione na fig. la, co jest zreszta rzecza znana. Jezeli linie sil przebie¬ gaja np. prostoliniowo i równolegle, jak to wyni¬ ka z fig. 2 albo, jeszcze lepiej, w kierunku pro¬ mieniowym, to ulozony w zlobku twornika7 prze¬ wód przecina linie sil pod katem prostym, w zwiazku z czym nie moga powstawac praktycznie biorac zadne straty dodatkowe.W tym przypadku, który praktycznie jest . jednak nieosiagalny, wystepuja w przewodzie, przez który przeplywa prad, jedynie straty omowe.W rzeczywistosci linie sil przebiegaja tak, jak to przedstawia fig. 2a. Przewód twornika nie przecina wiec linii sil pod katem prostym. Jezeli .. rozpatrzyc, jak to wskazuje fig. 2b, przewód 1 twornika (fig. 2a i 2b)to mozna wyraznie stwier¬ dzic, ze w kazdym punkcie tego przewodu wyste¬ puje inny potencjal, naskutek czego powstaja w nim szkodliwe prady wyrównawcze. Wyznacza sie je za pomoca posrednich metod pomiarowych, przy czym okresla sie je w bilansie energetycz¬ nym maszyn elektrycznych jako straty dodatko¬ we. Jezeli zalozyc prawidlowosc dotychczasowej posredniej metody okreslania strat dodatkowych w maszynach elektrycznych, wówczas przewody twornika sa nagrzewane przy pelnym obciazeniu maszyny stratami omowymi oraz owym 0 — 1% strat dodatkowych odniesionych do okreslonej mocy maszyny.Nowe metody pomiarowe, jak równiez badania nad przebiegiem linii sil w zlobku twornika w czasie indukcji wykazaly, ze straty dodatkowe w przewodzie twornika przyczyniaja sie w znacz¬ nie wiekszym stopniu do nagrzewania przewodu twornikowego, niz to dotychczas sadzono. W celu unikniecia tych znacznych strat dodatkowych, nalezy dazyc do tego, aby krzywizna linii sil w obrebie zlobka twornika byla mozliwie jak naj¬ mniejsza. Mozna to osiagnac przez wywolanie w normalnych warunkach pracy maszyny elek¬ trycznej nasycenia albo jeszcze lepiej nadmier- — 2/ nego nasycenia zelaza u podstawy zeba. Równiez szczelina powietrzna, a wiec odleglosc miedzy twornikiem i magnesnica, posiada zasadniczy wplyw na wielkosc krzywizny linii sil w obrebie zlobka twornika. Szerokosc szczeliny powietrznej moze wynosic najwyzej 6% srednicy twornika.Przy wiekszej szerokosci szczeliny powietrznej mozna osiagnac zadany przebieg linii sil, jednak uzyskana oszczednosc bedzie wówczas znacznie mniejsza, na skutek wyzszych strat w uzwojeniu wzbudzenia i wiekszych wymiarów jarzma biegu¬ nowego.Z nasycenia podstawy zeba twornika i szczeli¬ ny powietrznej wynika, zgodnie ze znanym spo¬ sobem obliczania, najbardziej celowa szerokosc i glebokosc zlobka. Za pomoca wyzej podanych srodków, przy dobrym wspólczynniku wypelnie¬ nia w zlobku twornika — a wiec przy pelnym wykorzystaniu,przestrzeni nawiniecia — uzysku¬ je sie to, ze straty dodatkowe, okreslone w sposób posredni, redukuje sie do zera.W celu usuniecia glównej czesci istotnie wy¬ stepujacych strat dodatkowych przewód tworni- kowy nalezy umiescic w zlobku twornika jedynie w tej czesci, a której wspólczynnik krzywizny w procesie indukcyjnym jest najmniejszy.Przy budowie maszyn elektrycznych liczba zlobków, jak równiez ich szerokosc i glebokosc dobiera sie tak, aby przy prawidlowej szczelinie powietrznej i odpowiednim stopniu nasycenia linie sil przebiegaly w sposób, pokazany na fig. 3.Przy normalnym wypelnieniu zlobków powstaja, jak to pokazano na fig. 3a, w poblizu scianek zlobka najwieksze straty dodatkowe, poniewaz linie sil wykazuja tam najwieksza krzywizne.Jezeli natomiast, jak to pokazano na fig. 3b, poprzeczny przekrój zmniejsza sie o polowe i przewód twornikowy uklada sie do polowy zlobka twornika, wówczas glówna czesc linii sil 6 duzym wspólczynniku krzywizny, szkodliwych dla dodatkowych strat, zostaje wylaczona, a prze¬ wód twornikowy obciazany jest wówczas znacz¬ nie wiecej. Wieksza czesc dodatkowych strat, po¬ wodujacych nagrzewanie przewodu zostaje usu¬ nieta.Ponizej podany jest przyklad liczbowy.Maszyna pradu stalego o zwyklej budowie posiada zab twornika i zlobek twornikowy z nor¬ malnym nawinieciem wedlug fig. 4, Gestosc pola, szczelina powietrzna, ilosc zlobków oraz ich sze¬ rokosc i glebokosc warunkuja przebieg linii sil, jak to wyjasnia fig. 4. W maszynie tej dodatko¬ we straty zostaly okreslone jako prawie równe zeru za pomoca posredniej metody .pomiarowej.Gestosc pradu przy 57° temperatury wynosi 4,6 A/mm2.Na podstawie niedawno powstalej bezposred¬ niej metody pomiarowej, stosowanej do okresla¬ nia rzeczywiscie wystepujacych w przewodzie twornikowym strat dodatkowych, zostaly one okreslone na 8% przy gestosci pradu wynoszace¬ go 4,6 A/mm2. Przez zmniejszenie przekroju prze¬ wodu twornikowego o 45% (1,9 mm x 5,5 mm) i wstawienia cewek zwojowych do srodka zlob¬ ka twornika <32°/o wypelnienia), jak to pokaza¬ no na fig. 4a, istotnie wystepujace straty dodat¬ kowe zostaja zmniejszone z 8% na 5%, poniewaz w procesie indukcyjnym linie sil przecinaja naj¬ korzystniej przewód twornikowy i w ten sposób stosunek strat dodatkowych do strat omowych staje sie stosunkiem optymalnym, odnosnie danej mocy maszyny. Poniewaz po przewinieciu istot¬ nie wystepujace straty dodatkowe zostaly prawie usuniete, nowo dobrany przekrój przewodu twor¬ nikowego obciazono pradem 11 A/mm2, nie prze¬ kraczajac przez to najwyzszej dopuszczalnej temperatury 60° i nie zmniejszajac mocy. Moc wzrasta na podstawie dotychczas nieznanego pra¬ wa, znajdujacego sie w zwiazku przyczynowym z dodatkowymi stratami i pradem twornikowym.Pewna maszyna przy dotychczasowym sposo¬ bie nawiniecia mogla byc obciazona pradem 155 przy 230 V. Po przewinieciu jak to wskazuje fig. 4a, maszyne na 230 woltów i tej samej licz¬ bie obrotów oraz tej samej wentylacji obciazono pradem 215 A, nie przekraczajac ^przez to 60° temperatury, co wynosi 1,4-krotne obciazenie maszyny.Na fig. 5 przedstawiono zaleznosc srednicy twornika od wspólczynnika wzrostu obciazenia.Wedlug otrzymanej charakterystyki maszyna omówiona w powyzszym przykladzie, której sred¬ nica twornika wynosila 280 mm, winna wykazy¬ wac ik) przewinieciu 1,4-krotna obciazalnosc w porównaniu z maszyna nie przewinieta. PL