Przedmiotem niniejszego wynalazku jest prad¬ nica elektryczna i urzadzenie zasilajace pradem elektrycznym instalacje oswietlenia, klimatyzacji itd., zawierajace jedna lub wiecej pradnic wedlug wynalazku i zaopatrzone w elementy do regulacji pobieranego pradu.Pradnica wedlug wynalazku jest pradnica reluk¬ tancyjna, sluzaca do wytwarzania jedno lub wielo¬ fazowego pradu zmiennego, skladajaca sie z nie- uzwojonego wirnika, zaopatrzonego w promieniowe zeby rozdzielone przestrzeniami zlobkowymi oraz ze stojana, którego bieguny sa zaopatrzone w rów¬ nolegle zlobki dla umieszczenia uzwojenia twornika.W znanych obecnie pradnicach reluktancyjnych, które sa pradnicami pradu zmiennego, wirnik ma zeby z bokami prostymi, co powoduje, ze istnieje pewien szczatkowy strumien magnetyczny, we wre¬ bach miedzyzebnych wirnika, podczas gdy dobre uzytkowanie pradnicy wymagaloby, aby ten stru¬ mien szczatkowy równal sie zeru.Innymi slowy, uklad z bokami prostymi zebów wirnika wykazuje te niedogodnosc, ze umozliwia wytwarzanie sie pola magnetycznego w miejscach, gdzie jego istnienie jest niepozadane, gdyz jest to niekorzystne dla optymalnej elektrycznej spraw¬ nosci maszyny.To niepozadane istnienie pola magnetycznego charakteryzuje sie obecnoscia linii sil magnetycz¬ nych w przestrzeni utworzonej przez kazdy zlobek rozdzielajacy dwa kolejne zeby wirnika w chwili, 10 15 20 30 gdy zlobek ten znajduje sie naprzeciwko jednego z biegunów stojana, przy czym wspomniane linie sil magnetycznych lacza ten biegun stojana z wir¬ nikiem tak, iz powstaje rozproszenie strumienia magnetycznego, który nie przechodzi wylacznie przez wierzcholek albo przednia strone obwodowa zebów wirnika, jak wymagaloby optymalne dzia¬ lanie maszyny, lecz wytworzona zostaje indukcja pasozytnicza na wrebach miedzyzebnych.Poza tym, na skutek istnienia oddzialywania twornika, prad wzbudzenia musi miec wieksze na¬ tezenie od tego, jakie byloby teoretycznie potrzeb¬ ne przy braku tego oddzialywania, a wielkosc od¬ dzialywania twornika i zwiazana z tym koniecz¬ nosc zwiekszenia pradu wzbudzenia dla uzyskania zwiekszenia mocy w uzwojeniu twornika zmniejsza znacznie praktyczne znaczenie tego typu maszyn, które zreszta maja te wade, ze sa ciezkie.Pradnica wedlug wynalazku jest praktycznie bio¬ rac wolna od tych wad. Jest ona znamienna tym, ze kazdy z zebów wirnikowych, na kazdym ze swych dwóch boków, jest zaopatrzony w wyzlobie¬ nie przebiegajace równolegle do osi wirnika, w celu obnizenia wartosci strumienia rozproszenia zamyka¬ jacego sie pomiedzy zebami stojana, stanowiacymi czesc jednego bieguna stojana, a znajdujacym sie naprzeciw nich zlobkiem wirnika.Wedlug innej znamienne cechy wynalazku, wyzlo¬ bienia na obu powierzchniach bocznych tego same¬ go zeba wirnikowego sa umieszczone symetrycznie 5004550045 i sa tak wykonane, ze ich maksymalna glebokosc znajduje sie w poblizu powierzchni obwodowej tego zeba.Wedlug innej jeszcze cechy znamiennej wynalaz¬ ku, zlobki na biegunach stojana do umieszczenia uzwojen twornika sa tak wykonane, ze powierzch¬ nia przekrojów pelnych, przeznaczonych dla stru¬ mienia magnetycznego, to jest powierzchnia prze¬ kroju masy zelaza, która stanowi czesc obwodu mag¬ netycznego i przeznaczona jest do prowadzenia linii sil magnetycznych przekracza nieco polowe calego przekroju, bedacego suma powierzchni pelnych przekrojów metalicznych i przekrojów zlobków, tzn. powierzchnie rozmiarów zlobków, w których ukla¬ da sie przewody twornika.Wedlug jeszcze jednej z cech znamiennych wy¬ nalazku, w przypadku wielofazowych pradnic, kaz¬ dy biegun stojana, poza glównym uzwojeniem wzbudzajacym, jest zaopatrzony w pomocnicze uzwojenie wzbudzajace, przy ezym cewki tego do¬ datkowego uzwojenia sa polaczone w szereg za po- pomoca elementów prostowniczych, przepuszcza¬ jacych prad w jednym kierunku tak, aby dodatko¬ we uzwojenie wzbudzajace bylo zwarte, gdy kie¬ runek pradu, który jest w nim indukowany przez wirujace pole magnetyczne, ma ten sam kierunek co prad przeplywajacy w glównym uzwojeniu wzbudzajacym.Wynalazek niniejszy obejmuje równiez urzadze¬ nia zasilajace instalacje oswietlenia, klimatyza¬ cji itd., zawierajace jedna lub wiecej pradnic wedlug wynalazku i zaopatrzone w elementy do regulacji pobieranego pradu, a znamienne tym, ze obwód zasilajacy zespolu prostowniczego, dostarcza¬ jacy pradu wzbudzajacego pradnicy lub pradnic, a wlaczony w znany sposób pomiedzy fazy pradni¬ cy lub jednej z pradnic, zawiera ogranicznik pradu, zaopatrzony w urzadzenia kontrolujace, reagujace na napiecie i na natezenie pradu pobieranego przez pradnice lub pradnice.Wedlug innej cechy znamiennej wynalazku, wy¬ mieniony wyzej ogranicznik pradu jest utworzony ze wzmacniacza magnetycznego, zaopatrzonego w uzwojenie sterujace, przez które przeplywa prad o natezeniu zaleznym od napiecia pradu pobiera¬ nego i posiada drugie uzwojenie sterujace, przez które przeplywa prad o natezeniu zaleznym od natezenia pradu pobieranego, przy czym obwód za¬ silajacy tego drugiego uzwojenia sterujacego jest przylaczony w znany sposób do zacisków bocznika, zalaczonego do obwodu odbiornika.Wedlug jeszcze jednej cechy znamiennej tego wy¬ nalazku, obwód zasilajacy pierwszego wspomnia¬ nego wyzej uzwojenia sterujacego jest przylaczony do czujnika napieciowego, na przyklad elektronicz¬ nego, przesylajacego impuls do tego uzwojenia, gdy napiecie pradu pobieranego odchyli sie od war¬ tosci zadanej.Latwo mozna stwierdzic, ze pradnica wedlug wynalazku ma wszystkie zalety maszyn reluktan- cyjnych (brak wirujacych cewek oraz pierscieni, a takze szczotek oraz kolektora, prostota konstruk¬ cji itd.) bez wad, jakie maja pradnice znane (duzy ciezar, duza reakcja twornika itd.), oraz ze urza¬ dzenia zasilajace wedlug wynalazku, umozliwiaja uzyskanie stalych charakterystyk uzytkowych, nie¬ zaleznie od obrotowej predkosci pradnicy, ewen¬ tualnie zmieniajacej sie od wartosci bardzo malej do wartosci bardzo duzej, oraz od rodzaju i wiel- 5 kosci obciazenia. Ponadto, zastosowane urzadzenia sa calkowicie statyczne, nie wymagaja prawie zad¬ nej konserwacji i sa odporne na uderzenia i drga¬ nia. Podane charakterystyki i wlasciwosci sa poza¬ dane, zwlaszcza w zastosowaniach do transportu 10 pasazerskiego lub towarowego, a przede wszystkim do kolejowych wagonów osobowych (oswietlenie, klimatyzacja itd), gdzie na ogól kazdy pojazd za¬ opatrzony jest w indywidualne wyposazenie, a prad¬ nica jest zamocowana na wózku wagonu i napedza- 15 na stale od jego osi, na przyklad za pomoca prze¬ kladni z paskami klinowymi.Pozostale cechy znamienne wynalazku sa omó¬ wione w dalszym ciagu opisu.Na rysunku fig.l przedstawia schematycznie prze- 20 krój poprzeczny znanej pradnicy reluktancyjnej, fig.2 — czesciowy przekrój poprzeczny tej prad¬ nicy fig.3 — czesciowy przekrój poprzeczny prad¬ nicy wedlug wynalazku, fig.4 — przekrój poprzecz¬ ny pradnicy wedlug wynalazku, fig.5 — sposób 25 wykonania urzadzenia zasilajacego wedlug wyna¬ lazku, a fig.6 — odmiane wykonania tego urza¬ dzenia.Na fig. 1 liczba 1 oznaczono stojan lub kadlub klasycznej pradnicy reluktancyjnej zmienno-biegu- 30 nowej, zawierajacej jeden biegun pólnocny 2 i je¬ den biegun poludniowy 3. Dokola kazdego z tych biegunów umieszczone sa uzwojenia wzbudzajace 4 i 5, polaczone w szereg. Gdy przez te uzwojenia wzbudzajace przeplywa prad staly, wtedy powsta- 35 je strumien magnetyczny, przebiegajacy w pradni¬ cy mniej wiecej tak, jak to pokazano na rysunku liniami kreskowymi.Bieguny pólnocny i poludniowy na wkleslych po¬ wierzchniach walcowych zawieraja ponadto rów- 40 nolegle zlobki lub wglebienia wzdluzne 6, w któ¬ rych umieszczono uzwojenie twornika.Wirnik 7 ma postac kola lub bebna uzebionego.Zgodnie z zasada dzialania pradnicy pradu zmien¬ nego, reluktancyjnej, obracanie sie wirnika 7 po- 45 woduje zmiany strumienia magnetycznego, w któ¬ rym znajduje sie kazdy z przewodów twornika, po¬ niewaz glówny strumien magnetyczny przechodzi przez zeby wirnika i nie przechodzi wcale lub bar¬ dzo nieznacznie przez przerwy pomiedzy wirujacy- 50 mi biegunami.Wytwarzana sila elektromotoryczna jest zatem proporcjonalna do róznicy indukcji przed zebem wirnika i indukcji przed zlobkiem wirnika. Ponie¬ waz przenikalnosc powietrza nie jest równa zeru, 55 strumien magnetyczny przechodzi czesciowo przez zlobek tak, iz sila elektromotoryczna wytworzona w uzwojeniach twornika jest w praktyce mniejsza od sily elektromotorycznej, jakiej mozna by sie spodziewac zakladajac, ze indukcja naprzeciwko 60 przerw miedzybiegunowych jest równa zeru.Zeby wirnika tej klasycznej pradnicy reluktan¬ cyjnej maja boki proste, co umozliwia istnienie pewnego szczatkowego strumienia w strefie 8 na wprost zlobka (fig. 2). W pradnicy wedlug wyna- 65 lazku zeby 9 wirnika (fig. 3) maja taki ksztalt, ze5 50045 6 indukcja w przestrzeni miedzybiegunowej jest prak¬ tycznie bardzo mala dla normalnych amperozwo¬ jów dzialajacych tzn. dla amperozwojów umozli¬ wiajacych zblizenie sie progu nasycenia magnetycz¬ nego do brzegów zeba 9. W tym celu profil po¬ przeczny zebów 9 zaopatrzony jest na kazdej' ze swych dwóch bocznych powierzchni w wyzlobienie lub wkleslosc 10, której dno znajduje sie w poblizu powierzchni obwodowej tworzacej wierzcholek zeba wirnika i której zarys wydluza linie rozpro¬ szenia 11 tak, aby indukcja w strefie 8 byla prak¬ tycznie bliska zeru dla normalnego magnetycznego pola wzbudzajacego.Nalezy zauwazyc, ze reakcja twornika jest tym mniejsza, im mniejsza jest liczba zwojów uzwoje¬ nia twornika. Okazuje sie jednak, ze uzyskiwana moc jest maksymalna, gdy przekroje odpowiednio przeznaczone dla zelaza i zwojów uzwojenia twor¬ nika sa jednakowe. Aby zmniejszyc reakcje twor¬ nika, nalezy nieco przekroczyc optimum mocy, da¬ jac dla zelaza przekroje szersze, niz dla wyciec. Ta zmiana przekroju powoduje nieznaczna strate mocy, ale daje zmniejszenie reakcji twornika.W pradnicach wedlug wynalazku zastosowano wiec jedno wyciecie na biegun wirujacy i faze, przy czym przekrój przeznaczony dla strumienia mag¬ netycznego nieco przekracza polowe calego prze¬ kroju.W pradnicy wedlug wynalazku równiez starano sie zmniejszyc reakcje twornika wykorzystujac te reakcje twornika dla jej wlasnej kompensacji.Wiadomo, ze na przyklad przeplyw trójfazowego pradu zmiennego w uzwojeniu twornika powoduje znane zjawisko wytwarzania sie pola wirujacego, które naklada sie na pole stale, wytworzone przez uzwojenie wzbudzenia.Oddzialywanie twornika tzn. oddzialywanie pola wirujacego na pole stale (glówne) wymaga zwiek¬ szenia amperozwojów pola glównego. Polozenie tego pola wirujacego wzgledem zebów wirnika wywo¬ luje zwiekszenie sie pola glównego w chwili, gdy strumien magnetyczny, objety przez zwój uzwo¬ jenia twornika maleje i zmniejszenie sie pola glównego wówczas, gdy strumien magnetyczny ob¬ jety przez zwój uzwojenia twornika wzrasta.W celu uzyskania niezbednego minimalnego wy¬ padkowego strumienia magnetycznego, trzeba wzmocnic glówny strumien magnetyczny.Ponadto wytworzone pole wirujace powoduje w zwojach uzwojenie wzbudzenia powstawanie pola zmiennego. Gdy pradnica daje moc, w uzwojeniu wzbudzenia powstaje znaczna pulsacja napiecia i wtedy uzwojenie wzbudzenia nalezy traktowac jaka obwód zawierajacy zmienna sile elektromoto¬ ryczna, proporcjonalna do oddawanej mocy prad¬ nicy. To wystepowanie pulsujacego napiecia, które mogloby stanowic wade, staje sie zaleta, gdy sie je zastosuje do kompensacji reakcji twornika a to dzieki zalaczeniu elementów prostownikowych zgodnie ze schematem pokazanym na fig. 4.Pradnica zawiera dodatkowe uzwojenie wzbu¬ dzajace 12, zwarte za pomoca elementu prostowni¬ kowego 13 (diode, pólprzewodnik, lampy elektro¬ niczne itd).Zwój utworzony przez to uzwojenie jest zwarty tylko wówczas gdy prad jest wytwarzany w odpo¬ wiednim kierunku w stosunku do glównego pradu wzbudzajacego obwodu indukcyjnego 14. Gdy prad¬ nica* nie daje mocy, przy braku pulsacji spowodo¬ wanej reakcja twornika w cewce 12 nie powstaje prad lub co najwyzej tylko calkiem maly prad za¬ klócajacy, pochodzacy z harmonicznych, w wyniku przechodzenia zebów wirnika przed biegunami stojana. Skoro tylko uzwojenie twornika daje prad powstaje polsacja strumienia magnetycznego, która powoduje powstawanie dodatkowego pradu, wzmac¬ niajacego glówne pole wzbudzajace dokladnie w chwili, gdy to wzmocnienie jest rzeczywiscie potrzebne. Dobór nalezycie rozmieszczonych czesci uzwojenia twornika i szkodliwego napiecia pulsu¬ jacego odpowiednio wykorzystanego, umozliwia znaczne zmniejszenie reakcji twornika i uzyskanie mocy bardzo bliskiej do maksymalnej.Te ulepszenia sa wykorzystane w polaczeniu z urzadzeniami regulacyjnymi obwodu wzbudza¬ jacego, zgodnie z niniejszym wynalazkiem, a prze¬ znaczonymi do utrzymywania na stalym poziomie badz napiecia, badz tez natezenia pradu, niezalez¬ nie od predkosci wirowania pradnicy, wielkosci obciazenia (na przyklad liczby zapalonych zarówek) lub stanu naladowania baterii akumulatorów ewen¬ tualnie w ukladzie buforowym. Taki sposób regu¬ lacji, który wymaga regulacji natezenia pradu wzbudzenia jest uwidoczniony na fig; 5, Wedlug tego przykladu pradnica J5 wytwarza trójfazowy prad zmienny, który jest przetwarzany na prad staly za pomoca statycznego prostownika 16 duzej mocy lub za pomoca elementu podobnego, utworzonego z elementów prostowniczych polaczo¬ nych w trójfazowy mostek Graetza, powszechnie stosowany, a którego glówna zaleta jest dostarcza¬ nie pradu o malym stopniu pulsacji. Prad staly dostarczany przez prostownik 16, zasila odprowa¬ dzenia 17 i 18 obwodu odbiornika (na przyklad za¬ rówki oswietleniowe), a równiez baterie akumu¬ latorowa 19, w ukladzie buforowym.Prostownik 16 zapewnia jednoczesnie ochrone pradnicy 15 przed pradem zwrotnym z baterii aku¬ mulatorów 19. Wyposazenie nie zawiera wiec ani przelacznika, ani zadnego przekaznika chroniacego przed pradem zwrotnym. Regulacja napiecia i na¬ tezenia jest dokonywana za pomoca statycznego regulatora, zawierajacego wzmacniacz magnetyczny i czujnik napieciowy na przyklad elektroniczny.To urzadzenie regulacyjne nie zawiera zatem zad¬ nego elementu ruchomego, zadnego przekaznika ani nawet zadnej lampy elektronicznej prózniowej lub gazowanej, lampy zelazo-wodorowej lub ele¬ mentu podobnego. Uzwojenie wzbudzajace 20, jest zasilane pradem irzez elementy prostownikowe 21, 22, 23, 24 pradem z faz 25 i 26, przechodzacym równiez poprzez wzmacniacz magnetyczny 27, 28.Jako elementy prostownikowe moga byc stosowane diody pólprzewodnikowe lub elementy podobne.Dzieki samowzbudzaniu pradnicy uzwojenie wzbudzenia nie jest zasilane podczas postojów pradnicy.-Umozliwia to umieszczenie elementu re¬ gulujacego przed prostownikiem wzbudzenia, tzn. po stronie pradu zmiennego. Regulacja pradu zmiennego jest latwiejsza, niz regulacja pradu sta- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6050045 7 8 lfego, dzieki zastosowaniu wzmacniaczy magnetycz¬ nych, których moc pobierania jest duzo mniejsza od mocy regulowanej przez wzmacniacz.Dzieki takiemu ukladowi nie trzeba juz stoso¬ wac dwóch uzwojen wzbudzajacych jednego do sa- mokompensacji reakcji twornika, a drugiego do wzbudzania glównego, gdyz glówne uzwojenie wzbudzajace 20, dzieki diodom 21 i 24 jest stale zwarte dla jednego kierunku przeplywu pradu.Pulsacja od reakcji twornika dziala wiec, bez po¬ trzeby stosowania specjalnego uzwojenia dodatko¬ wego.Wzmacniacz magnetyczny 27, 28 zawiera napie¬ ciowe uzwojenie sterujace 29, polaczone równolegle do zacisków obwodu odbiorczego pradu stalego, za posrednictwem czujnika napieciowego 30. Przez uzwojenie sterujace 29 przeplywa wiec prad, któ¬ rego natezenie jest funkcja napiecia pradu pobie¬ ranego. Wzmacniacz 27, 28 jest zaopatrzony rów¬ niez w pradowe uzwojenie sterujace 31, którego obwód zasilajacy zawiera diode 32 i jest podlaczo¬ ny w znany sposób do zacisków bocznika 33, wla¬ czonego w obwód odbiorczy.Pfzez uzwojenie sterujace 31 przeplywa wiec prad, którego natezenie jest funkcja natezenia pradu pobieranego. Gdy prad w obwodzie odbior¬ czym pradu stalego jest maly, to .próg przewodze¬ nia diody 32 umozliwia przeplyw pradu do uzwo¬ jenia sterujacego 31. Jezeli natezenie pradu stalego wzrasta, to równiez wzrasta napiecie na zaciskach bocznika 33 i poczynajac od pewnego progu dioda 32-przepuszcza prad w okreslonym kierunku, który przeplywajac poprzez uzwojenie 31, powoduje zmniejszenie podmagnesowania wzmacniacza mag¬ netycznego (przez zmiane opornosci biernej) a w wyniku tego daje zmniejszenie wypadkowego glównego pradu wzbudzenia. W ten sposób samo- czyniiie ograniczany jest prad dostarczany przez pradnice.Czujnik napieciowy 30 ma za zadanie pomiar napiecia na zaciskach baterii akumulatorów 19 1 obwodu odbiorczego 17, 18 oraz sterowania wzmacniacza; magnetycznego wzbudzenia, przesy¬ lajac wzmocniony impuls korekcyjny do uzwoje¬ nia 29 w postaci pradu stalego malej mocy jesli to napiecie mierzone odbiegnie od zadanej wartosci.W ten sposób wzmacniacz magnetyczny steruje pradem wedlug wskazan i w zaleznosci od czujni¬ ka napieciowego.,-. W iiiektórych przypadkach wskazane jest zasila¬ nie uzwojenia wzbudzajacego 20 napieciem róznym od napiecia dostarczanego przez pradnice. Na fig. 6 przedstawiono odmiane urzadzenia pokazanego na fi§'.&w którym znany transformator 34, na przy- klad.autptransformator, jest umieszczony w obwo¬ dzie -zasilania ^uzwojenia 20. 3 ^Niezaleznie odnapiecia pradnicy, które moze zmieniac sie odpowiednio do stosowanego urzadze- n^a^fmozna zawsze stosowac to samo napiecie dla pbw^odu wzbudzenia. Poniewaz z drugiej strony moc pradnic, tego rodzaju moze byc zmieniana za pomoca zmian dlugosci pakietu zelaza, mozna za¬ chowac te sama liczbe zwojów uzwojenia wzbu¬ dzenia 20, wynika z tego, ze niezaleznie od mocy i napiecia tych pradnic, natezenie pradu wzbu¬ dzajacego pozostaje takie same, co umozliwia sto¬ sowanie zawsze tych samych diod wzbudzajacych 21, 22, 23, 25 i tego samego wzmacniacza magne¬ tycznego 27, 28 z tymi samymi uzwojeniami ste¬ rujacymi 29, 31. Moznosc stosowania tego samego wyposazenia wzbudzajacego stanowi wielkie upro¬ szczenie zaopatrzenia, obliczen, wytwarzania oraz urzadzen regulacyjnych. W celu przejscia z jednej mocy lub z jednego napiecia na drugie, wystarcza zmienic nastawienie czujnika napieciowego 30.Wedlug jednego ze sposobów realizacji wynalaz¬ ku, czujnik napieciowy stanowi blok elektroniczny o jednym lub kilku tranzystorach. Mierzac napiecie baterii, element ten jest na stale z nia polaczony.A zatem pobiera on stale nieznaczny prad, który winien byc tak maly, aby nie wyladowywal baterii podczas dluzszych przestojów pradnicy. Dzieki wzmocnieniu elektronicznemu prad ten moze byc zmniejszony do kilku miliamperów tzn. do warto¬ sci znacznie nizszej od naturalnych strat pojemno¬ sci baterii akumulatorów.Tranzystory elektronicznego czujnika napiecio¬ wego sa polaczone z uzwojeniem sterujacym 29 za pomoca swych zacisków emiter — kolektor, a z ob¬ wodem odbiornika — za pomoca swych zacisków emiter — baza.Wzmacniacz magnetyczny i czujnik napieciowy moga miec konstrukcje prosta i mocna i sa umiesz¬ czane najkorzystniej w bloku wykonanym z two¬ rzywa sztucznego lub materialu podobnego, co ulat¬ wia ewentualne'wymiany.Wynalazek nie ogranicza sie do opisanych i po¬ kazanych na rysunku sposobów wykonania, które podane zostaly tylko tytulem przykladu. PL