Opublikowano dnia 20 czerwca 1901 r POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 44836 Politechnika Szczecinska*) (Katedra Maszyn Elektrycznych) Szczecin, Polska KI. 21 d2, 19/01 \4ozii 47ld£ Silnik dwuwirnikowy pradu zmiennego o plynnej regulacji obrotów Patent trwa od dnia 3 marca 1960 r.Przedmiot wynalazku stanowi elektryczny silnik dwuwirnikowy pradu zmiennego o plyn¬ nej regulacji obrotów od postoju silnika do obrotów nominalnych.Regulacja obrotów o szerokim zakresie przy silnikach indukcyjnych nastrecza powazne trudnosci i zwiazana jest przede wszystkim ze znacznym spadkiem sprawnosci, co zmusza do stosowania specjalnych ukladów regula¬ cji obrotów, które powiekszaja i komplikuja urzadzenie.Silnik dwuwirnikowy pradu zmiennego o plynnej regulacji obrotów, bedacy przedmio¬ tem niniejszego wynalazku, przewidziany jest do zastosowania w ukladach napedowych, wy¬ magajacych plynnej regulacji dbrotów, przy czym jego zastosowanie powoduje uproszcze- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest doc. mgr inz. Józef Rabiej. nie urzadzen regulacyjnych i tym samym ob nizenie kosztu inwestycyjnego calosci ukladi Silnik moze zastapic w pewnych okolicznos ciach zespól maszyn w ukladzie Leonarda, be dac od niego znacznie tanszy. Moze on równie zastapic uklad zlozony z silnika asynchronicz nego regulowanego transduktorem lub nawe uklad zlozony z silnika pradu, stalego regulo wanego transduktorem z prostownikiem styko wym przy zasilaniu z sieci pradu zmiennegc w stosunku do których to ukladów powinie byc tanszy.Silnik zastepuje z powodzeniem ukladj w których stosuje sie sprzegla indukcyjni przy czym ma on wiekszy zakres regulacj Srednia sprawnosc silnika ksztaltuje sie ^ przyblizeniu na wysokosci sprawnosci wspom nianych powyzej ukladów, o ile zakres regula cji nie jest zbyt szeroki, a obniza sie tylk przy niskich obrotach. Silnik daje mozliwosplynnej regulacji obrotów od postoju az do obrotów nominalnych przy stalym lub zmie¬ niajacym sie momencie obrotowym na wale, a regulacja moze odbywac sie recznie przez pokrecanie regulatora lub. automatycznie, przy czym mozlwe jest zastosowanie wzmacniacza ze sprzezeniami zwrotnymi i utrzymanie sta¬ lych obrotów niezaleznych • od momentu obro¬ towego na wale.Konstrukcja i zasada dzialania silnika we¬ dlug wynalazku objasnione sa przy pomocy szkicu konstrukcyjnego, przedstawionego na fig. 1 rysunku. Silnik posiada koncentryczna konstrukcje dwuwirnikowa i Jednoczy w za¬ sadzie w jednej obudowie,. w której lozyska, umieszczone sa na obu koncach walu, silnik indukcyjny asynchroniczny (czesci 1 i 2, które moga byc nazwane 1-szym stopniem ze sprze¬ glem elektrodynamicznym o magnesnicy jawno- biegunowej czesci 3 i 4, które moga. byc na¬ zwane II-gim stopniem). Stojan 1 silnika posia¬ da rdzen zelazny, zlozony z blach silnikowych, z umieszczonym w zlobkach uzwojeniem trój¬ fazowym jedno- lub dwuwarstwowym, które moze byc przelaczane na rózna liczbe biegunów.Twornik 2 silnika posiada równiez zblachowa- ny rdzen zelazny, na którym umieszczone jest uzwojenie klatkowe. Twornik 3 czesci sprzeglo¬ wej silnika, który tworzy razem z twornikiem 2 silnika jedna konstrukcyjna calosc jako wir¬ nik zewnetrzny, posiada rdzen z blachy silni- kDwej lub z zelaza masywnego wraz z uzwoje¬ niem klatkowym lub wieloklatkowym lub na¬ wet bez zadnego, uzwojenia. Magnesnica 4 czesci sprzeglowej silnika, która jest drugim, wewnetrznym wirnikiem, osadzonym wprost na wale silnika, posiada rdzen z zelaza masyw¬ nego z uzwojeniem jawnobiegunowym, tj. bie¬ guny wystajace z nawinietym na nich uzwo¬ jeniem. Moze byc równiez zastosowane uzwo¬ jenie tajnobiegunowe. Oba konce uzwojenia magnesnicy 4 dolaczone sa poprzez wydrazenie w wale do dwóch pierscieni slizgowych 5, osadzonych na wale silnika, zewnatrz lub tez wewnatrz obudowy silnika.Silnik dziala w nastepujacy sposób. Stojan 1 jest zasilany z normalnej sieci pradu trójfazo¬ wego i wraz z twornikiem 2 dziala jak silYiik indukcyjny asynchroniczny i napedza, pomija¬ jac poslizg, z obrotami stalymi wirnik zewnetrz¬ ny wraz z twornikiem f3. Twornik 3 wraz z ma¬ gnesnica 4, zasilana pradem stalym, tworzy sprzegla elektrodynamiczne (poslizgowe), za po¬ moca którego mozna regulowac plynnie obroty walu silnika.Ksztaltujac zelazo magnesnicy 4 np. w pcsta- ci jawnobiegunowej, jak równiez dobierajac odpowiednio ksztalt twornika 3 i jego uzwoje¬ nie, mozna otrzymac korzystne naturalne cha¬ rakterystyki mechaniczne, przedstawione na figi 5; wykazujace spadek obrotów przy wzras¬ tajacym momencie obrotowym na wale w za¬ leznosci cd natezenia pradu sterowania (wzbu¬ dzenia) w uwojenhr magnesnicy 4 sprzegla.Przebieg charakterystyk mechanicznych, przed¬ stawionych na fig. 5, zostal potwierdzony praktycznymi pomiarami na wykonanych mo¬ delach silnika, Przebieg tych charakterystyk moze byc zmieniony w sensie zachowania sta¬ lych obrotów, niezaleznych od zmiany momen¬ tu na wale (tzw. charakterystyki sztywne) "przez zastcsowanie elementów sterowania auto¬ matycznego, np. sprzezenia zwrotnego napiecio¬ wego (tachometrycznego), w zaleznosci od usta¬ wienia tego sprzezenia, co równiez zostalo po¬ twierdzone doswiadczalnie.Plynna regulacja obrotów, przy stalym lub zmieniajacym sie momencie na wale, naste- pradu stalego w uzwojeniu magnesnicy 4 sprzegla za pomoca przekrecania galki malego regulowanego opornika omowego, podlaczone¬ go wraz z uzwojeniem magnesnicy 4 poprzez maly prostownik stykowy do sieci pradu zmien¬ nego, lub za pomoca malego regulowanego autotransformatora, podlaczonego wraz z uzwo¬ jeniem magnesnicy i malym prostownikiem stykowym do sieci pradu zmiennego, przy czym moc uzyta do sterowania wynosi do 5% mocy zasilajacej stojan 1 silnika. Zmiana kierunku obrotów nastepuje przez zmiane dwóch koncówek przewodów zasilajacych sto¬ jan 1.Tak wiec w jednej konstrukcji z wspólna obudowa, polaczone sa trzy istotne cechy: wy¬ korzystanie konstrukcji dwuwirnikowej silnika, polaczenie silnika indukcyjnego oraz sprzegla elektrodynamicznego w jedna integralna cal sc i zastosowanie w stójanie jednego lub wiecej uzwojen o przelaczalnej liczbie biegunów, co pozwala na uzyskanie korzystnych charakte¬ rystyk mechanicznych przy jeszcze dobrej sredniej sprawnosci oraz na obnizenie kosztu inwestycyjnego w porównaniu z innymi ukla¬ dami napedowymi o regulowanych obrotach.. Odmiany silnika, którego koncepcje kon¬ strukcyjna przedstawiono na fig. 1, sa przed¬ stawione na fig. 2, 3 i 4. Sa one uogólnieniem p:przednio wspomnianej konstrukcji. Tak wiec czesci 3 i 4 sprzegla elektrodynamicznego moga — 2 —zamienic swoje role (fig. 2), fzn. maghesnica 4 umieszczona jest w wirniku zewnetrznym, two¬ rzac wraz z twornikiem 2 integralna calosc, a twornik 3 umieszczony jest na wale silnika, przy czym moze on posiadac zamiast uzwoje¬ nia klatkowego uzwojenie trójfazowe (lub dwu¬ fazowe) z wyprowadzonymi koncówkami do pierscieni slizgowych 6, umieszczonych na wale, które nalezy polaczyc z opornikiem omowym, umies: cionym na zewnatrz silnika. W ostatnim przypadku mozliwa jest równiez dodatkowa regulacja za pomoca zmiany oporncsci wspo- mnfane^o d :datkowego opornika omowego. Kon¬ strukcja tski bedzie rac ej st^s:wna dla prze¬ padku silników wiekszej mocy, przy czym dzieki dodatkowemu opornikowi, cieplo wytwa¬ rzane w nim wydzielac sie bedzie na zewnatrz silnika.Na fig. 3 natcmiast przedstawiona jest od¬ miana konstrukcji koncentrycznej silnika, gdzie zastosowany jest w stopniu I-szym silnik syn¬ chroniczny, zamiast asynchronicznego, co poz¬ woli na kompensacje wspólczynnika mocy w SMC*' 28&mJ4CB3»' Na fig. 4 przedstawiono ponadto kwa oAtófc- ne konstrukcji silnika, w której stopien I-szy (tj. czesci li 2) oraz stopien Il-gi (tj. czesci 3 i 4) Jsa umieszczone obok siebie wzdluz osi podluznej silnika, zamiast koncentrycznie, w jednej wspólnej obudowie z lozyskami przy obu koncach walu, co nie zmienia istoty rzeczy, tj. dzialania silnika jako calcscr. PL