Opis wydano drukiem dnia 8 kwietnia 1964ra POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITE) LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr 46360 KI. 21 d2, 1 KI. internat. H 02 k A% Instytut Elektrotechniki *) Warszawa, Polska Pradnica synchroniczna relulcfancypia wielofazowa Patent dodatkowy do patentu nr 46359 Patent trwa od dnia 16 kwietnia 1962 r.W patencie glównym opisano jednofazowa syn¬ chroniczna pradnice reluktancyjna o odwracanym kierunku strumienia magnetycznego ze specjal¬ nym ksztaltem zebów o poskoku zezwojów uzwo¬ jen wzbudzenia i twornika y = 2. Znane sa sposoby wykonywania równiez wielofazowych pradnic tego typu.Istnieja dwa sposoby wykonywania wielofazo¬ wych synchronicznych pradnic reluktancyjnych o poskoku zezwojów uzwojen wzbudzenia i twornika y=2.Przy pierwszym z tych sposobów stojan prad¬ nicy pozostaje taki sam jak w pradnicy jedno¬ fazowej. Zostaje jedynie zmieniona liczba ze¬ bów wirnika.Najmniejsza mozliwa liczba zebów pradnicy *) Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wynalazku jest mgr inz. Aleksander Straszewski. trójfazowej opisywanego typu, czyli jak bedzie" dalej nazywane — podstawowa liczba zebów wy¬ nosi Z!=12, czyli 3 grupy po 4 zeby. Podstawowa liczba zebów pradnicy jednofazowej tego typu wynosi 4. Przy wiekszych liczbach zebów prad¬ nicy wielofazowej powinni! one byc podzielone przez podstawowa liczbe ^ebów, w przypadku pradnicy trójfazowej — przez 12.W pradnicach reluktancyjnych jeden zab i je¬ den zlobek (t.zn. jedna podzialka zebowa tz2) wirnika odpowiadaja jednej parze biegunów, czyli 360° elektrycznym. W pradnicy jednofazo¬ wej liczba zebów wirnika Z2 równa jest polo- Zi wie liczby zebów' stojana Zl9 czyli Z2= . 2 Podzialka zebowa wirnika xZ2 Jednofazowej prad¬ nicy reluktancyjnej jest równa dwóm podzie¬ kom zebowym stojana, czyli xZ2 = 2tXi. W pr$d-nicy jednofazowej ze . stojanem o 12 zebach i wirnikiem o 6 zebach liczba par biegunów p równa jest wiec szesciu, zatem p = Z2 = 6.W pradnicy reluktancyjnej jednemu stopniu przestrzennemu obwodu stojana odpowiada p stopni elektrycznych, inaczej mówiac Z2 stop¬ ni elektrycznych.Aby otrzymac pradnice trójfazowa z synchro¬ nicznej pradnicy reluktancyjnej o odwracanym kierunku strumienia magnetycznego i o poskoku zezwojów uzwojen wzbudzenia i twornika y=2 ze stojanem o 12 zebach, trzeba uzyskac przesu¬ niecie sily elektromotorycznej w trzech sasied¬ nich zezwojach wzglednie grupach zezwojów o 120° elektrycznych. Przesuniecie takie mozna uzyskac wówczas, gdy wirnik tej pradnicy be¬ dzie mial 5 lub 7 zebów zamiast 6 zebów w pradnicy jednofazowej. Podzialka zebowa wir- 12 nika tZ2 przy 5 zebach bedzie równa 5 12 podzialek zebowych stojana tZi, czyli xZ2 = 5 tz1. Przy 7 zebach bedzie odpowiednio xz2 = 12 = TZl. 7 W pradnicy o 12 zebach w stój anie i 5 ze¬ bach w wirniku (fig. 1) maksimum strumienia magnetycznego w zebie stojana zlv który jest objety zezwojem Cjl wystepuje wczesniej niz w zebie zl3, objetym zezwojem. Ct2, Opóznienie wystepowania tego maksimum w zebie Zi3 w sto¬ sunku do zeba z1± mozna okreslic w nastepujacy sposób.Miedzy osiami zebów z1± i zls zawarte sa dwie podzialki zebowe stojana, czyli 2tZi, natomiast miedzy zebami wirnika z2l i Zz2 zawarta jest jedna podzialka zebowa tz2, wieksza od sumy dwóch podzialek zebowych stojana 2xZr Prze¬ suniecie m miedzy osiami zebów Zi3 i z2a przy pokrywaniu sie osi zebów z1± i z2l wyrazone ulamkiem obwodu jiD wyniesie w pradnicy o 5 zebach u wirnika 1tZ2 2xZl 1 1 1 m *X=-^~ rip=^-T jtp = (, ~) jiD=—*D 5xZ2 12Zl 5 6 30 1 czyli m = obwodu, co odpowiada katowi 30 360 przestrzennemu ap = -^— = 12°. Poniewaz kat 30 elektryczny pradnicy wynosi Z2 stopni elektrycz¬ nych, to przesuniecie fazowe miedzy silami elektromotorycznymi cewek Ct 1 i Cj2 wynie¬ sie dla danej pradnicy z liczba zebów wirnika Z2 = 5 w stopniach elektrycznych ael = ap ! Z2 = 12 • 5 = 60° el.Analogiczne przesuniecie fazowe otrzymuje sie gdy zamiast wirnika o 5 zebach zastosuje sie 2 11 wirniik o 7 zebach. Wówczas m= = —, 12 7 42 360° a kat przestrzenny ap = ¦. Kat elektryczny 42 zas jest równy 360 . oet - (xp * Z2 = • 7 = 60° 42 Pradnice trójfazowe o 5 i 7 zebach wirnika be¬ da róznic sie miedzy soba czestotliwoscia w ta¬ kim samym stosunku jak ich liczby biegunów, „ t.zn. *5 Ps z25 5 *7 P7 Z2? 7 We wzorze tym indeksy 5 i 7 oznaczaja odpo¬ wiednio liczby zebów wirnika pradnicy.Na fig. 2a przedstawiony jest w stanie rozwi¬ nietym uklad zebów stojana i wirnika pradnicy o 12 zebach w stójanie i 5 zebach w wirniku. Na fig. 2b jest podany uklad polaczen zezwojów dwuwarstwowego uzwojenia wzbudzenia prad¬ nicy, a na fig. 2c — sposób polaczenia zezwojów dwuwarstwowego uzwojenia twornika w uklad trójfazowy.Szesc zezwojów dwuwarstwowego uzwojenia Ct 1 do Ct6 twornika, których sily elektromoto¬ ryczne sa przesuniete w kazdych dwóch sasied¬ nich cewkach wzgledem siebie o v60° elektrycz¬ nych, tworzac naturalny uklad szesciofazowy.Gwiazda wektorów napiec tego szesciofazowego ukladu przedstawiona jest na fig. 3a. Przez od¬ wrócenie wektorów napiec w trzech zezwojach uzwojenia twornika Cj2, Ct4 i Ct6 i polaczenie po 2 zezwoje o jednakowym kierunku wektora sem w szereg (lub równolegle) uzyskuje sie uklad trójfazowy, gwiazda wektorów napiec którego przedstawiona jest na fig. 3b. Przy jednowar¬ stwowym uzwojeniu twornika, skladajacym sie w danej pradnicy o 12 zebach w stójanie z 3 ze¬ zwojów, uzyskuje sie od razu przesuniecie wek¬ torów sil elektromotorycznych o 120°, a wiec od razu uklad trójfazowy.Drugi sposób wykonywania reluktancyjnych pradnic wielofazowych opisywanego typu polega na zmniejszaniu lub powiekszaniu podzialki ze- — 2 —bowej stojana w stosunku do podzialki zebowej wirnika przy pozostawieniu takiej samej liczby zebów wirnika jak w pradnicy jednofazowej, czyli parzystej liczby zebów wirnika. Chcac uzy¬ skac takie same przesuniecie fazowe wektorów sem — nych zezwojów jak w pradnicy wielofa¬ zowej o nieparzystej liczbie zebów wirnika, na¬ lezy zachowac taki sam stosunek podzialek ze¬ bowych wirnika i stojana. Dla pradnicy trójfa¬ zowej o 12 zebach w stójanie i 5 lub 7 zebach 12 w wirniku powinno wiec byc xz2 = xZl 5 12 wzglednie xz2 = rZl. 7 Na fig. 4 przedstawiona jest w roz¬ winieciu pradnica trójfazowa (wzglednie sze- sciofazowa) o 12 zebach stojana i 6 ze¬ bach wirnika. Podzialka zebowa wirnika jest 5 równa xZ2 = xZl. Poniewaz jednej podzialce 12 5 zebowej stojana xZl odpowiada — podzialki ze- 12 bowej wirnika xZ2, to 12 podzialkom zebowym stojana bedzie odpowiadac 5 podzialek zebo¬ wych wirnika. Na wirniku miesci sie 6 podzia¬ lek zebowych wirnika. Wynika stad, ze na obwo¬ dzie stojana pozostanie niewykorzystane miejsce, odpowiadajace jednej podzialce zebowej wirni¬ ka, czyli 1/6 obwodu.Podobnie w pradnicy o 8 zebach w wirniku i 12 zebach w stój anie przy stosunku podzialek 12 zebowych xZ2 = xZl pozostanie nie wyko- 7 1 rzystana obwodu stojana. 8 Liczba faz jaka mozna uzyskac w pradnicach reluktancyjnych opisywanego typu w obu wyko¬ naniach jest w zasadzie nieograniczona, lecz zwiazana z okreslonymi ukladami liczb zebów.Mozna np. otrzymywac z latwoscia liczby faz stanowiace krotnosc £, a wiec 6, 9, 12, 18, 24 fazy itd.Na przyklad pradnice 12-fazowa (przy pelnym wykorzystaniu obwodu stojana i nieparzystej liczbie zebów wirnika) uzyskuje sie przy 24 ze¬ bach stojana i 11 wzglednie 13 zebach wirnika («cl = 30°) oraz dwuwarstwowym uzwojeniu twornika. Droga zastosowania w tej pradnicy uzwojenia jednowarstwowego i odpowiedniego polaczenia zezwojów uzwojenia twornika mozna uzyskac przy tej samej liczbie zebów stojana i wirnika pradnice szescio- lub trójfazowa.Pradnice wielofazowe moga byc równiez two¬ rzone z pradnic, liczba zebów stojana i wirnika których stanowi wielokrotnosc podstawowej licz¬ by zebów. Stosunek podzialek zebowych stojana i wirnika powinien pozostac niezmienny, jedynie liczba zebów stojana i wirnika oraz liczba ze¬ zwojów uzwojen równoczesnie powinna byc zwielokrotniona, a wiec podwojona, potrojona itd. W ten sposób powstaje kilka jak gdyby oddzielnych pradnic, których odpowiednie ze- zwoje powinny byc polaczone równolegle lub w szereg. Przy zwiekszaniu w taki sposób liczby zebów zostaje zwiekszona w tym samym stosunku czestotliwosc pradnicy zakladajac, ze predkosc obrotowa pradnicy jest niezmienna.Na przyklad przy podwojeniu liczby zebów stojana i wirnika pradnicy wedlug fig. 1 uzy¬ skuje sie pradnice trójfazowa (lub szesciofa- zowa) o 24 zebach stojana i 10 zebach wirnika oraz 12 zezwojach uzwojenia twornika (przy uzwojeniu dwustronnym). Czestotliwosc tej pradnicy jest dwukrotnie wyzsza od czestotli^ wosci pradnicy o 12 zebach stojana i 5 zebach wirnika.Opisane wielofazowe synchroniczne pradnice reluktancyjne byly dotad konstruowane w taki sposób, ze zeby wirnika byly szersze od szczer¬ binek zlobkowych stojana. Powstawal w nich wiec, podobnie jak i w konstruowanych przed tym pradnicach jednofazowych, opisanych w pa¬ tencie glównym, duzy pasozytniczy strumien rozproszenia, który uniemozliwial pelne wyko¬ rzystanie stali czynnej pradnicy.Przedmiotem wynalazku jest pradnica wielo¬ fazowa pozbawiona wymienionych wad. W prad¬ nicy takiej, podobnie jak i w pradnicy jednofa¬ zowej wedlug patentu glównego, szerokosc zeba wirnika powinna byc mniejsza od szerokosci szczerbinki zlobkowej stojana, niezaleznie od tego, czy szerokosc zeba wirnika jest równa sze¬ rokosci zeba stojana czy tez wieksza lub mniej¬ sza od niej. Dotyczy to kazdej wielofazowej pradnicy reluktancyjnej o odwracanym stru^ mieniu magnetycznym, niezaleznie od tego czy liczba zebów jej' wirnika jest nieparzysta, jak np. pradnica wedlug jfeg. 1 czy tez parzysta, jak np. pradnica wedlug fig. 4.Dalsza czesc wynalazku dotyczy wielofazowej pradnicy reluktancyjnej o odwracanym kierun¬ ku strumienia magnetycznego z parzysta liczba zebów w wirniku i nie wykorzystana czescia obwodu stojan. — 3 —Walna czesc obwodu stojana pradnicy wielofa¬ zowej z parzysta liczba zebów wirnika, np. we¬ dlug fig. 4 moze byc wykorzystana do umiesz¬ czenia w niej dodatkowych zebów i uzwojenia.Na przestrzeni nie wykorzystanej przez zeby 2 stojana 1 jest umieszczony jeden zab dzielony 2a z dwoma pojedynczymi zebami 2b. Dokola tego dzielonego zeba w zlobkach umieszczony jest zezwój 5ffj W trzonku dzielonego zeba 2* pulsuje podczas 'wirowania wirnika 6 pod wply¬ wem przechodzenia pod zebami 2b kolejno ze¬ bów wirnika 7 i Jego zlobków strumien magne¬ tyczny, a w zezwoju 5a powstaje zmienna sila elektromotoryczna.: Moc otrzymana z zezwoju 5a zostaje wykorzy¬ stana dla wzbudzenia pradnicy. Do tego celu zezwój Sa zostaje polaczony z prostownikiem Pr poprzez wylacznik W i opornik regulacyjny R, z którego zacisków wyjsciowych pradu sta¬ lego jest zasilane uzwojenie wzbudzenia Uw pradnicy (fig. 5). Dotyczy to pradnic takiej wiel¬ kosci, w których moc wzbudzenia jest wspól¬ mierna z moca dostarczona przez zezwój 5a., W ten sposób powstanie samowzbudna pradnica trójfazowa z wlasnym zródlem wzbudzenia.Jezeli przestrzen wolna w pradnicy wedlug fig. 4 jest za mala aby umiescic w niej jeden zab dzielony, wówczas mozna na niej umiescic jeden zab niedzielony, w którym równiez beda powstawac pulsacje i na którym bedzie umiesz¬ czony równiez jeden zezwój uzwojenia, wyko¬ rzystany podobnie jak na fig. 5 do wzbudzania pradnicy.Zamiast jednego zezwoju 5a mozna zastosowac kilka zezwojów, przeznaczonych np. do celów sterowania.Krzywe napiecia opisywanych wielofazowych synchronicznych pradnic reluktancyjnych o ze¬ bach stojana i wirnika nie majacych skosu wy¬ kazuja obecnosc harmonicznych, których liczba porzadkowa równa jest liczbie zebów wirnika.Dotyczy to pradnicy o podstawowej liczbie ze¬ bów stojana. Harmoniczne pradnic o zwielokrot¬ nionej liczbie zebów stojana i wirnika maja ta¬ kie same harmoniczne jak ich pradnice podsta¬ wowe. Tak np. krzywa napiecia pradnicy trój¬ fazowej o 12 zebach w stójanie i • zebach w wirniku wykazuje zawartosc 7 harmonicznej. Te sama harmoniczna bedzie wykazywala pradnica trójfazowa o 24 zebach w stojanie i 14 zebac w wirniku lub pradnica o 36 zebach w stojani i 21 zebach w wirniku.Obecnosc harmonicznych uwarunkowana jes pulsacja stalego strumienia wzbudzenia. Pulsacj te mozna usunac stosujac skos zebów w stoja nie lub w wirniku. Praktycznie stosuje sie sko zebów w wirniku przy prostych zebach w sto janie. Wielkosc skosu dla pradnic wielofazo¬ wych powinna byc równa ulamkowi podzialki zebowej wirnika i zawierac sie w przedziale 0,1 — 0,3tz2. PL