Opublikowano dnia 20 wrzesnia 1962 r.POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 46089 KI. 21 d\ 38 Instytut Elektrotechniki *) Warszawa, Polska Uklad wzbudzenia do pradnicy i silnika pradu stalego w ukladzie Leonarda z transformatorami regulacyjnymi Patent trwa od dnia 28 grudnia 1960 r.Znane sa uklady wzbudzenia dla pradnic w ukladzie Leonarda skladajace sie z prostow¬ nika i transformatora regulacyjnego. Uklady ta¬ kie maja pewne wady. Niektóre z nich maja niska sprawnosc, inne moga byc zastosowane tylko do specjalnych pradnic o dwóch uzwoje¬ niach wzbudzenia, inne znów wymagaja skom¬ plikowanych organów regulacji. Uklady takie stosowane sa przewaznie tylko do regulacji wzbudzenia pradnicy, a regulacja wzbudzenia silnika badz odbywa sie za pomoca oddziel¬ nych organów regulacyjnych, badz nie ma jej wcale.Przedmiotem wynalazku jest uklad wzbudze¬ nia do regulacji wzbudzenia zarówno pradnicy jak i silnika pozbawiony wymienionych wad.W charakterze narzadu do regulacji wzbudze- *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest mgr inz. Aleksander Straszew¬ ski. nia pradnicy zastosowany jest specjalny trans¬ formator regulacyjny o jednym uzwojeniu pier¬ wotnym i dwóch uzwojeniach wtórnych, przy czym do zasilania samego uzwojenia wzbudze¬ nia pradnicy uzyty jest prostownik przylaczo¬ ny do jednego z uzwojen wtórnych transforma¬ tora. Do regulacji wzbudzenia silnika zastoso¬ wano podobny transformator regulacyjny o jed¬ nym uzwojeniu pierwotnym i jednym uzwo¬ jeniu wtórnym, polaczonym z prostownikiem.W przypadku gdy zadana jest jedynie regula¬ cja napiecia pradnicy, nalezy zastosowac sam tylko pierwszy sposród wymienionych trans¬ formatorów, a w przypadku gdy potrzebna jest równiez regulacja pradu wzbudzenia silnika — powinny byc zastosowane obydwa transforma¬ tory, wirniki których sa osadzone na wspólnym wale oraz odpowiednie prostowniki.Obydwa narzady regulacyjne dla pradnicy i dla silnika moga byc równiez umieszczone w jednym i tym samym transformatorze o jednymuzwojeniu pierwotnym i trzech,, uzwojeniach wtórnych. Pierwszy z ukladów regulacyjnych przeznaczony jest do regulacji wzbudzenia prad¬ nicy i silnika przy zastosowaniu dwóch trans¬ formatorów regulacyjnych osadzonych na wspólnym wale. Za pomoca tego ukladu mozna regulowac predkosc obrotowa silnika od zera do wartosci maksymalnej najpierw przez regu¬ lacje napiecia pradnicy, a nastepnie przez re¬ gulacje pradu wzbudzenia silnika. Ponadto uklad ten zawiera urzadzenie do usuwania mag¬ netyzmu szczatkowego pradnicy. Przewidziana jest równiez mozliwosc przelaczenia kierunku wirowania silnika z zachowaniem pewnego za¬ kresu regulacji predkosci obrotowej. Schemat ideowy ukladu podany jest na fig. 1.Twornik silnika M zasilany jest z pradnicy C, napedzanej np. przez silnik asynchroniczny z siecia pradu trójfazowego. Uzwojenie wzbu¬ dzenia Uwp pradnicy G zasilane jest pradem • stalym z prostownika Prl poprzez stycznik SP, który sluzy do przelaczania kierunku przeply¬ wu pradu w uzwojeniu Uwp. Prostownik Prl zasilany jest z uzwojenia wtórnego U2i trans¬ formatora regulacyjnego Tri, uzwojenie pier^ wotne Vi którego przylaczone jest do sieci pra¬ du zmiennego. Uzwojenie wzbudzenia UW8 sil¬ nika M zasilane jest z uzwojenia wtórnego U2 drugiego transformatora regulacyjnego Tr2 po¬ przez prostownik Pr2. Transformator Tri po¬ siada jeszcze jedno uzwojenie wtórne U*. Sluzy ono do zasilania pradem zmiennym cewki stycz¬ nika przelaczajacego SP oraz do zasilania pra¬ dem zmiennym uzwojenia wzbudzenia Uwp pradnicy G. W celu uniemozliwienia zasilania uzwojenia Un pradem stalym z prostownika Prl zastosowany jest kondensator zaporowy C.Przekrój schematyczny przez transformator regulacyjny Tri przedstawia fig. 2, a przekrój przez transformator Tr2 — fig. 3.Wirniki 5 obu transformatorów regulacyj¬ nych Tri i Tr2 w wykonaniu obrotowym maja ksztalt dwuteowy podobnie jak wirnik dwubie¬ gunowej maszyny synchronicznej. Nabiegunniki Sa tych wirników zajmuja kazdy po okolo 0,2 obwodu wirnika. Ruch obrotowy kazdego z wir¬ ników 5 transformatorów Tri i Tr2 ograniczony jest do 0,3 obwodu w kierunku prawym, liczac od polozenia wyjsciowego tych wirników (jak na fig. 2 i 3).Uzwojenie wtórne Uu transformatora Tri sklada sie z dwóch cewek V21a i V21h i umiesz¬ czone jest na dwóch przeciwleglych czesciach stojana 1, równych kazda 0,3 obwodu. Drugie uzwojenie wtórne U22 transformatora Tri sklada sie równiez z dwóch cewek umieszczonych na dwóch przeciwleglych czesciach stojana, odpo- widajacych kazda 0,03 obwodu. Uzwojenia V2i i U22 sa pokazane na fig. 2. Dwie przeciwlegle czesci 4 stojana 1 zajmujace po okolo 0,17 obwo¬ du nie posiadaja zadnego uzwojenia.Na rdzeniu wirnika 5 transformatora Tri umieszczone jest uzwojenie pierwotne Ui.Uzwojenie wtórne V2 transformatora Tr2 skla¬ da sie z dwóch cewek U2a i V2b i umieszczone jest na dwóch przeciwleglych czesciach stojana 1, równych kazda okolo 0,4 obwodu. Do czesci tych przylegaja dwie nieuzwojcne czesci 4 sto¬ jana 1 zajmujace kazda po okolo 0,1 obwodu.Na rdzeniu wirnika 5 osadzone jest uzwojenie pierwotne Uv Sposób dzialania ukladu wzbudzenia jest na¬ stepujacy. Pradnica G wiruje ze znamionowa predkoscia obrotowa. Uzwojenia pierwotni Vi transformatorów Tri i Tr2 zasilane sa pradem zmiennym z sieci. Polozenie zerowe wirników 5 obu transformatorów Tri i Tr2 jest takie jak na fig. 2 i 3. W transformatorze Tri w tym po¬ lozeniu strumien magnetyczny wytwarzany przez uzwojenie pierwotne Vx sprzezony jest z uzwojeniem Utt, lecz nie jest sprzezony z uzwoojeniem V2l. Uzwojenie U22 ma wiec swo¬ je napiecie maksymalna i zasila ono cewke stycznika przelaczajacego SP. W charakterze stycznika jes$ uzyty taki stycznik/który prze¬ lacza swoje styki kazdorazowo przy zasilaniu jego cewki napitciam. Pozbawienie cewki stycz¬ nika SP napiecia nie wywoluje przelaczenia.Uzwojenie V22 zasila równiez przez kondensa¬ tor C uzwojenie wzbudzenia Vwp pradnicy G napieciem zmiennym o niewielkiej wartosci. W tym polozeniu wiec pradnica pozbawiona jest jednokierunkowego szczatkowego strumienia magnetycznego i napiecie na zaciskach pradnicy G jest równe zeru. W obwodzie tworników pradnicy G i silnika Af nie plynie prad i silnik jest nieruchomy. W tym samym czasie strumien magnetyczny wytwarzany przez uzwojenie Ui transformatora Tr2 sprzezony jest calkowicie- z uzwojeniem U2 tego transformatora, dzieki czemu w uzwojeniu wzbudzenia Vws silnika.M plynie pelny prad wzbudzenia.Podczas regulacji wirniki obu transformato¬ rów obracane sa stopniowo w kierunku pra¬ wym. Obrót wirników 5 obu transformatorów Tri i Tr2 o 0,03 obwodu oznacza pozbawienie napiecia uzwojenia V%% transformatora Tri.Tym samym pozbawione sa napiecia zmiennego cew¬ ka stycznika SP i uzwojenie wzbudzenia V1ip — 2 —pradnicy G. Równoczesnie uzwojenie U2i trans¬ formatora Tri jest juz czesciowo sprzezone ze strumieniem magnetycznym wirnika 5 i pros¬ townik Prl zasila pradem stalym uzwojenie wzbudzenia Um pradnicy G. Silnik M otrzy¬ muje napiecie od pradnicy G o malej wartosci i rusza przy odpowiednio niskiej predkosci obro¬ towej. Równoczesnie z obrotem wirnika 5 trans¬ formatora Tri zostaje obrócony równiez wir¬ nik 5 transformatora Tr2 o taka sama czesc obwodu. Poniewaz uzwojenie U2 transformatora Tr2 zajmuje 0,4 obwodu, a nabiegunnik 5a wir¬ nika '5 tylko 0,2 obwodu, przeto uzwojenie U2 pozostaje sprzezone na przestrzeni obrotu wir¬ nika 5 o 0,2 cbwodu w prawo ze strumieniem magnetycznym o niezmiennej wartosci. Tym sa¬ mym napiecie na uzwojeniu U2 pozostaje w tym przedziale obracania wirnika niezmienne i w uzwojeniu wzbudzenia UW8 silnika M przeplywa niezmienny prad wzbudzenia is = const. Rów¬ noczesnie w przedziale obrotu wirników 5 o ta sama czesc 0,2 obwodu uzwojenie U2i transfor¬ matora Tri jest sprzegane z coraz wiekszym strumieniem magnetycznym winrka 5. W ten sposób w zakresie obrotu wirników 5 transfor¬ matorów Tri i Tr2 o 0,2 obwodu Odby¬ wa sie regulacja predkosci obrotowej sil¬ nika M przez podwyzszanie napiecia prad¬ nicy G od zera do wartosci maksymalnej.Na odcinku obrotu wirników 5 transforma¬ torów Tri i Tt2 o dalsze 0,1 obwodu uzwo¬ jenie U2i transformatora Tri pozostaje sprzeg¬ niete ze stala (maksymalna) wartoscia strumie¬ nia wirnika 5, wskutek czego napiecie pradnicy G pozostaje bez zmian. W tym samym czasie uzwojenie U2 transformatora Tr2 jest sprzegane z coraz to mniejsza wartoscia strumienia mag¬ netycznego wirnika 5, wskutek czego napiecie uzwojenia U2, a tym samym i prad wzbudzenia is silnika M maleje, co wywoluje dalszy wzrost predkosci obrotowej silnika. Przy cofaniu, czyli obracaniu wirników 5 transformatorów Tri i Tr2 w kierunku lewym, proces regulacji od¬ bywa sie w kierunku odwrotnym i predkosc obrotowa silnika M stopniowo maleje. Po spro¬ wadzeniu wirnika ,5 transformatora Tri do po¬ zycji zerowej, uzwojenie wtórne U22 zostaje sprzegniete ze strumieniem wirnika 5 i otrzy¬ muje pelne napiecie. W wyniku tego uzwojenie wzbudzenia Uwp pradnicy G zostaje zasilone napieciem zmiennym, dzieki czemu znika staly strumien magnetyczny szczatkowy pradnicy G.Napiecie na zaciskach pradnicy G znika i silnik M zatrzymuje sie. Równoczesnie zostaje wzbu¬ dzona) cewka stycznika SP i obwód uzwojenia wzbudzenia Uwp pradnicy G zostaje przelaczony na przeciwna biegunowosc.Przy powtórzeniu procesu regulacji silnika M bedzie wiec wirowac w kierunku przeciwnym.Jezeli trzeba powtórzyc regulacje przy tym sa¬ mym kierunku wirowania, wówczas obwód cew¬ ki stycznika SP nalezy przerwac za pomoca wylacznika recznego WR (fig. 1) przed calko¬ witym zakonczeniem poprzedniego procesu re¬ gulacji zanim uzwojenie U22 transformatora Tri otrzyma napiecie. Kierunek wirowania silnika meze byc sygnalizowany przez odpowiednie lam¬ py sygnalizacyjne: Lp dla prawego kierunku wirowania i Lx — dla lewego (fig. 1).Opisany przebieg regulacji jest przedstawiony na fig. 4. Na osi odcietych zostal odlozony kat obrotu — wirników 5 transformatorów Tri i Tr2t a na osi rzednych — napiecie U — na zaciskach pradnicy G, prad wzbudzenia is sil¬ nika M, predkosc obrotowa n silnika M i na¬ piecie U w uzwojeniu UM transformatora Tri.Na wykresie zostaly równiez oznaczone zakresy regulacji A, B i C. Zakres A odpowiada obroto¬ wi wirników 5 transformatorów Tri i Tr2 o oko¬ lo 0,2 obwodu, czyli zakresowi regulacji pred¬ kosci obrotowej silnika za pomoca regulacji na¬ piecia U pradnicy G. Zakres B odpowiada obro¬ towi wirników o dalsze 40° (okolo 0,1 obwodu), czyli zakresowi regulacji predkosci obrotowej silnika M przez zmniejszanie pradu wzbudze¬ nia is. Zakres C odpowiada 10° (okolo 0,03 ob¬ wodu) obrotu wirników i odnosi sie do zakresu wzbudzania napiecia U w uzwojeniu 17^ trans¬ formatora Tri. Stosunek odcinków A, B i C i odpowiadajacy im kat obrotu wirników w stopniach przestrzennych jest obrany jako mo¬ zliwie najdogodniejszy dla takiego sposobu i za¬ kresu regulacji, jaki zostal przedstawiony- na wykresie fig. 4. Uklad uzwojen i wzajemny stosunek katów obrotu wirników transforma¬ torów Tri i Tr2 moze byc dobrany inaczej, wedlug potrzeb regulacji danego ukladu nape¬ dowego.Uklad wedlug fig. 1 moze byc uproszczony, jezeli bedzie spelnial mniejszy zakres stawia¬ nych mu wymagan. Tak np. jezeli potrzebny jest uklad regulacyjny dla jednego kierunku wirowania, wówczas zbedne sa nastepujace ele¬ menty: stycznik przelaczajacy SP, lampy syg¬ nalizacyjne Lp i Li oraz wylacznik WR. Jezeli silnik M wiruje stale i jest wylaczany razem z pradnica G, wówczas nie jest potrzebne rów¬ niez uzwojenie U22 i kondensator C. Gdy regu¬ lacja predkosci obrotowej odbywa sie tylko przez regulacje napiecia pradnicy G, to zbedny -ajest wówczas transformator Tr2. Funkcje obu transformatorów Tri i Ttl2 moze spelnic rów¬ niez jeden transformator. Na fig. 5 zostal przed¬ stawiony taki transformator. Na obwodzie jego stojana 1 sa umieszczone nastepujace uzwoje¬ nia: uzwojenie wtórne U2i do zasilania uzwoje¬ nia wzbudzenia U^p pradnicy G, uzwojenie wtórne U22 — do zasilania cewki stycznika SP oraz do zasilania pradem zmiennym uzwojenia wzbudzenia Uwp pradnicy G w stanie wylaczo¬ nym, umieszczone na czesci stojana 1, odpo¬ wiadajacej 0,03 czesci jego obwodu, jak równiez uzwojenie wtórne U23 przeznaczone do zasilania uzwojenia wzbudzenia Uws silnika M. Uzwoje¬ nia U21 i U23 zajmuja takie same czesci obwodu na stajanie jak uzwojenie Uu w transformatorze Tri i uzwojenie U2 w transformatorze Tr2, lecz maja tylko po jednej cewce. Na obwodzie sto¬ jana 1 sa umieszczone równiez nieuzwojone czesci 4a i 4b zajmujace 0,17 i 0,1 czesci obwodu, odpowiednio do analogicznych nieuzwojonych czesci w transformatorach Tri i Tr2, lecz tylko po jednej z takich czesci. Wirnik 5 pojedyncze¬ go transformatora jest taki sam, jak wirniki obu transformatorów Tri i Tr2. Na wirniku 5 umieszczone jest uzwojenie pierwotne Vi za¬ silane z sieci.Schemat ukladu wzbudzenia z zastosowaniem pojedynczego transformatora regulacyjnego Tr przedstawia fig. 6. Stycznik przelaczajacy SP moze tu byc, podobnie jak w ukladzie na fig. 1, równiez wyposazony w styki dodatkowe oraz w lampy sygnalizacyjne (nie podane na sche¬ macie).Uklady wzbudzenia wedlug fig. 1 i fig. 6 mo¬ ga byc równiez zmodyfikowane przez zasilenie uzwojen wzbudzenia Uwp pradnicy G i Uws sil¬ nika M z prostowników przylaczonych do sieci pradu zmiennego poprzez dlawiki podmagneso- wywane. Do regulacji predkosci obrotowej zo¬ staja uzyte takie same transformatory regula¬ cyjne, jak w ukladach wedlug fig. 1 i fig. 6, lecz o odpowiednio mniejszej wielkosci. Uklad wzbudzenia z zastosowaniem dwóch transfor- maitorów Tri i Tr2 z prostownikami Prl i Pr2 oraz dlawików Dli i D12 z prostownikami Pr3 i Pr4 przedstawiony jest na fig. 7. Zasada dzia¬ lania tego ukladu i mozliwosci jego zastosowa¬ nia sa analogiczne do ukladu wedlug fig. 1.Poniewaz prostownik Pr3 jest wlaczony na stale do sieci pradu zmiennego poprzez dlawik Dli, przeto w stanie niepodmagnesowanym dla¬ wika Dli, czyli w pozycji zerowej transforma¬ tora Tri,przez prostownik, a tym samym i przez uzwojenie wzbudzenia Uwp pradnicy G moze przeplywac pewien prad. Jezeli uklad wzbudze¬ nia zostanie uzyty tylko do jednokierunkowego ukladu Leonarda, bez stycznika SP, wówczas, mimo rozmagnesowujacego dzialania pradu zmiennego, dostarczanego do uzwojenia wzfou- dzeniaU^ pradnicy G z sieci poprzez dlawik Dli i prostownik Pr3, pradnica G moze dawac pewne napiecie na zaciskach i silnik M moze wirowac z mala predkoscia obrotowa. W celu unikniecia tego nalezy wówczas zastosowac przerwnik, który bedzie wlaczony w miejsce stycznika przelaczajacego SP. Cewka tego przerwnika bedzie zasilana, podobnie jak cewka stycznika SP, z sieci pradu zmiennego poprzez dlawik Dl3, równolegle do zasilania uzwojenia wzbudzenia Uwp G. Wylacznik WR jest w tym przypadku zbedny.Jezeli bedzie to natomiast dwukierunkowy uklad Leonarda, wówczas prad resztkowy, prze¬ plywajacy przez uzwojenie wzbudzenia Uwp pradnicy G, po jego przelaczeniu za pomoca stycznika SP na przeciwna biegunowosc, bedzie wytwarzal strumien przeciwdzialajacy strumie¬ niowi szczatkowemu i wartosc jego moze byc tak dobrana, ze do rozmagnesowania rdzeni pradnicy G nie bedzie potrzebne uzycie pradu zmiennego, wobec czego zasilanie uzwojenia wzbudzenia Uwp z uzwojenia wtórnego U22 transformatora Tri stanie sie zbedne.Uklad wzbudzenia z dlawikami podmagneso- wywanymi, z zastosowaniem pojedynczego transformatora regulacyjnego tr jest przedsta¬ wiony na fig. 8. Zasada dzialania tego ukladu i mozliwosci jego modyfikacji celem dostosowa¬ nia do potrzeb regulacji sa identyczne jak w ukladzie wedlug fig. 7.W charakterze transformatorów regulacyj¬ nydh moze byc uzyty jeden z opisanych trans¬ formatorów jednofazowych opatentowanych od¬ dzielnie. W celu zmniejszenia pulsacji napiecia prostowników moga byc zastosowane transfor¬ matory trójfazowe z odpowiednimi ukladami prostownikowymi. Jako stycznik przelaczajacy powinien byc uzyty stycznik dowolnej ze zna¬ nych konstrukcji. Powinien to byc aparat dwu¬ torowy posiadajacy tylko dwa polozenia, w kaz¬ dym z których styki sa zamkniete. W obydwu polozeniach wyjscie obu torów powinno byc identyczne, a na jednym z wejsc tory maja byc zamienione ze soba. Przelaczenie powinno byc migowe i ma nastepowac jeden raz na jed¬ no zasilenie cewki elektromagnesu w chwili przeciagania zwory. Przelaczanie stycznika od¬ bywa sie zawsze bezpradowo, wskutek czego trwalosc jego jest- duza, a ponadto caly proces — 4 —regulacji odbywa sie bezstykowo. Zamiast stycz¬ nika w wykonaniu specjalnym moze byc za¬ stosowany uklad ze styczników zwyklych, spel¬ niajacy te same zadania.W celu zabezpieczenia silnika M przed rozbie¬ ganiem sie w przypadku powstania przerwy w obwodzie jego wzbudzenia, kazdy z ukladów wedlug fig. fig. 6, 7 i 8 moze byc wyposazony w odpowiednie urzadzenie, powodujace odlacze¬ nie ukladu wzbudzenia pradnicy G i silnika M od sieci zasilajacej. Urzadzenie to moze reago¬ wac na najmniejsza dopuszczalna wartosc pra¬ du w obwodzie wzbudzenia silnika M (elektro¬ magnes z cewka wlaczona w szereg z uzwoje¬ niem wzbudzenia Uws) lub na przekroczeniu przez silnik M dopuszczalnej predkosci obroto¬ wej (wylacznik odsrodkowy). PL