SU1277027A1 - Способ определени числа витков обмотки возбуждени машины посто нного тока последовательного возбуждени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс , к электромашиностроению и используетс  при испытани х электрических машин посто нного тока. Цель изобретени  - повышение точности, уменьшение перегревов обмоток и повышение КПД машины при использовании способа определени  числа,витков обмотки возбуждени  ма шины посто нного тока последовательного возбуждени . Схема испытаний включает испытуемую машину (ИМ) 1, работающую в режиме двигател , нагрузочную машину (НМ) 2, работающую в режиме генератора, вольтдобавочный генератор (ВГ) 3, линейный генератор 4, обмотку возбуждени  5 ИМ 1, обмотку возбуждени  6 НМ 2 и подпиточный генератор (ПГ) 7. ВГ 3 включен в цепь  кор  ИМ 1. Способ заключаетс  в корректировке витков обмотки полюсов ИМ 1 путем моделировани  изменени  витков изменением тока, протекающего через эту обмотку. Измер ют токи, частоту вращени , уровень искрени  ifi коллектора. В качестве контролируе (Л мого параметра используют температуру нагрева обмоток главных полюсов, добавочных полюсов,  кор  и коллектора ИМ. Изменение числа витков главных полюсов моделируют, устанавлива  соотношение между токами  кор  Ij, и возбуждени  Ig в соответствии с 1 Ij,W-/W(,, где W - номинальное чис1ЧЭ ло витков обмотки главных полюсов; ю Ч

Description

Wj - ближайшее целое число kW. Измен   напр жение на выводах обмотки возбуждени , регулиру  ток в цепи обмотки  кор  и нацр жение, приложенное к испытуемой машине, стабилизируют частоту вращени  на уровне номинальной и после установлени  теплового режима вновь измер ют температуры

указанных обмоток,  кор  и коллектора , вы вл ют максимальные перегревы, сопоставл ют их с максимальным перегревом в номинальном режиме и допусjTHMbiM перегревом и повтор ют цикл испытаний до получени  максимальной температуры элементов машины, меньшей допустимого значени . 2 ил.

1

Изобретение относитс  к электромашиностроению , а именно к испытанию электрических машин посто нного тока с последовательным возбуждением, например т говых электродвигателей.

Испытани  электрических машин подраздел ютс  на промышленные и исследовательские .

Промышленные испытани  провод тс  с целью определени  соответстви  изготовленных машин требовани м технической документации и выполн ютс  в объеме и методами, оговоренными соответствующими ГОСТ и ТУ.

Исследовательские работы (испытани ) провод тс  с целью повышени  технико-экономических показателей машины и выполн ютс  не только в объеме ГОСЕ, но и по специальным программам, часто с помощью специальных методов измерений и приборов.

Как правило, исследовательские работы выполн ютс  на макетных образцах , предшествующих опытной партии. : Однако и на серийно выпускаемых машинах исследовательские работы (испытани ) продолжаютс , так как наибольший экономический эффект получаетс  при улучшении технико-экономических показателей машин массового выпуска.

Предлагаемый способ относитс  к исследовательским испытани м электрических машин посто нного тока с последовательным возбуждением. Он может быть применен и к опытным образцам и к серийно выпускаемым электрическим машинам.

Цель изобретени  - повышение точ ,нести и уменьшение перегревов обмоток и повьш1ение КПД машины.

На фиг.1 изображена схема проведени  испытаний; на фиг,2 - кривые.

с помощью которых определ етс  оптимальное откорректированное число витков в обмотке главных полюсов. Схема испытаний включает испытуемую машину 1, работающую в режиме двигател , нагрузочную машину 2, работающую в режиме генератора, вольтодобавочный генератор 3, линейный генератор 4, обмотку 5 возбуждени 

испытуемой машины 1, обмотку 6 возбуждени  нагрузочной машины 2 и подпиточный генератор 7, включенный параллельно обмоткам возбуждени  5 и 6 . Вольтодобавочный генератор 3 включей в цепь  кор  испытуемой машины. Подпиточный генератор 7 предназначен дл  подпитки обмоток главных полюсов при имитации разного числа Житков W главных полюсов. С его помощью в обмотке возбуждени  главных полюсов устанавливают ток, отличный от тока  корной цепи.

На фиг.2 вертикальные линии соответствуют ограничени м: 8 - по температуре  кор  , 9 - по температуре главных полюсов , 10 - по температуре добавочных полюсов .л 11 - по плотности тока под щетками.

Витки катугаки главного полюса W

испытуемой машины 1 выбираютс  расчетным путем на стадии проектировани . Однако при использовании в ма- . шрше узлов новой конструкции, изготовленных по новой технологии или из

новых материалов, возможны такого рода расхождени  расчета и опыта, когда при испытани х одна из обмоток имеет недопустимое превьш1ение температуры , в то врем  как другие недостаточно нагружены по теплу. Одним из наиболее простых в производстве способов получени  соразмерной машины  вл етс  способ изменени  числа витков катушек главных полюсов Wj, при котором измен ютс  ток  корной цепи1 , магнитный поток 9 и, соответственно , потери мощности во всех об мотках. Обычно по результатам испытаний расчетным путем выбирают ново число витков и изготавливают новый комплект катушек. Дл  того, чтобы в процессе испытаний не измен ть числа витков кату шек главных полюсов, что сложно тех нологически и удорожает испытани , вли ние изменени  числа витков моде лируют пропорциональным изменением тока, протекающего по ним. Корректировку числа витков обмот ки главных полюсов провод т в следу щей последовательности. Измер ют электрическое сопротивл ние обмоток при температуре окружаю щей среды. Выполн ют запуск схемы взаимной нагрузки испытуемой ма:шины 1. Измен ют ток возбуждени  вольтодобавочного генератора 3 и устанавливают номинальный ток двигател  1. Регулиру  ток возбуждени  линейного генератора 4, подвод т к двигателю номинальное напр жение. Измер  ют при этом номинальную частоту вращени , температуру главных, добавочных полюсов, температуру  кор  и кол лектора, а также степень искрени  под щетками и мощности, потребл емые нагрузочной 2 и испытуемой 1 машинами . Сопоставл ют температуру главных, добавочных полюсов,  кор  и коллектора и вы вл ют наиболее нагретый узел. Дл  улучшени  качества этого узла было бы необходимо уменьшить количество витков обмотки главных .полюсов до ближайшего от W целого числа, например до-W;. Согласно предлагаемому способу не45 ла измен ют число витков, а моделируют его путем изменени  тока возбуждени  1ц относительно тока  кор  1 в соотношении т т Wi « wr путем изменени  напр жени  подпиточного генератора 7, Во всех дальнейших режимах работы соотношение между токами возбуждени  и  кор  поддерживаетс  посто нным. Из-за изменени  тока возбуждени  происходит изменение магнитного потока, частоты вращени  испытуемой электрической ма- шины . Дл  стабилизации частоты вращени  испытуемой машины 1 на уровне номинальной измен ют ток  кор , регулиру  напр жение вольтодобавочного генератора 3. Далее измер ют напр же-п ние на обмотке возбуждени  5 Ug и устанавливают в соответствии с ним и с соотношением напр жение испытуемой машины 1 и п ( 1 ) UH где UH номинальное напр жение линейного генератора А. Изменение напр жени  производ т, регулиру  напр жение линейного генератора, После установлени  частоты вращени  и теплового режима производ т замер температуры главных, добавочных полюсов  кор  и коллектора и сопоставл ют максимальную из замеренных температур с допустимой. В случае превьш1ени  допустимого значени  повтор ют цикл изменени  соотношени  между токами возбуждени  и  кор , выбира  новое соотношение W, где W;, - целое число. Испытани  повтор ют, моделиру  разные числа витков в обмотке главных полюсов W,-, , и т.д. Полученную в результате испытаний инфорацию анализируют, например, с помоью графиков. Стро т кривые (фиг,2) ависимости превышений температур бмоток главных полюсов с. добавочых полюсов 3 также кривую, хаактеризующую зависимость КПД от чисмоделируемых витков обмотки главных полюсов. С учетом технологических разбросов выбирают в качестве допустимых превышений температур обмоток полюсов с изол цией класса F (Сдо 140 С) обмотки  кор  с изол цией класса Н ( 150 С) . Эти ограничени  изображают (фиг.2) в виде вертикальных линий: 10 - ограничение по превышению температуры обмотки добавочных полюсов, 9 - ограничение по превышению температуры обмотки главных полюсов , 8 ограничение по превьшению температуры обмотки  кор . Кроме того , провод т вертикальную линию 11, изображающую ограничение по допустимой плотности тока под щетками, котора  прин та j 18 А/см, По фиг.2 устанавливают диапазон витков (например , 18-21), в котором возможна надежна  работа испытуемой машины. Из этого диапазона выбирают оптимальное число витков (например, 18), при котором обеспечиваетс  максимальное значение КПД.

С ростом числа витков обмотки возбуждени  W возрастает магнитный поток Ф, поэтому требуемый -or двигател  -врап1;ающий момент, определ емый, в основном, величиной электромагнитного момента М , достигаетс  пр меньшем токе  корной цепи I, который в Случае последовательного возбу дени  протекает и через обмотку добавочных полюсов.

Потери в обмотке добавочных полюсов  вл ютс  чистоомическими. Поэтому превышение температуры этой обмот ки .п. (фиг.2) падает с ростом числа витков W:K, практически пр мо пропорционально .ns где Ra.n сопротивление добавочных полюсов. В  корной обмотке превышение температуры падае в меньшей степени (фиг.2), так как уменьшение омических потерь нескольк компенсируетс  ростом магнитных потерь в проводниках и сердечника,  кор , что вызвано увел1гчением магнитного потока .

При анализе потерь, выдел емых в обмотке главных полюсов, исходим из того, что при изменении числа витков сечение катушки возбуждени  QR сохран етс  неизменным- Тогда сечение одного витка обратно пропорционально числу витков W

п

q . W

Сопротивление обмотки возбузкдени  может быть выражено следующим образом:

«. f- -

2 R

где Q - удельное сопротивление обмотки с длиной витков 1 при числе пар полюсов р. Потери мощности в обмотке возбуждени 

РГ i.W

Приизменении числа витков W двигатель должен развивать один и тот же вращающий .момент, с.педовательно, произведение , 1, должно быть посто н ым . В св зи с- ограничени ми по весу и габаритам двигатель в номинальном режиме работает с насьш енным магнитопроводом , поэтому магнитный поток, а следовательно, и ток двигател  Г измен ютс  в малых пределах. Например , дл  тепловозного двигател  ЭД-121А при увеличении числа витков We 18 до 22 (на 22%) ток двигател  Т уменьшаетс  на 5%. В результате потери в обмотке возбуждени  (с учетом температурного увеличени  удельного сопротивлени  меди) возросли в 1,49 раза. В такой же пропорции возрастает и превышение температуры обмотки главных полюсов Срр (фиг.2, крива  с ) .

Уменьшение КПД с ростом числа витгков W (фиг.2) обусловлено тем, что потери в обмотке возбулсдени  возрастают в большей степени, чем падают потери в обмотках  кор  и Добавочных полюсов.

Согласно предлагаемому способу выполн ют следующие операции: измер ют сопротивление обмоток испытуемой машины при температуре о-кружающей среды; устанавливают номинальные значени  тока 1,, возбуждени ; вольтодобавочиым генератором 3, регулиру  выходное напр жение-линейного генератора 4, подвод т к испытуемой электрическо.й машине номинальное напр жение UK, измер ют номинальную частоту вращени  измер ют температуру обмоток главных, добавочных полюсов и  кор , измер   их сопротивление , а также температуру коллектора и мощности, потребл емые нагрузочной 2 и испытуемой машиной 1; сопоставл ют измеренные температуры между собой и с допустимыми и определ ют наиболее нагретый элемент испытуемой машины Ij измен   напр жение подпиточного генератора 7, устанавливают соотношение между токами возбуждени  1 и  кор  Та. равным

I I е « WH

Claims (1)

1. где WH - номинальное число витков обмотки главных полюсов; W - ближайшее целое число к W|), и поддерживают его в дальнейшем на данном уровне; измер ют частоту вращени  испытуемой машины, напр жение на ббмот.ке возбуждени  Ug и, устанав лива  напр жение линейного генератор 4 из соотношени  -о.(-Н.-,) и: и, И регулиру  напр жение вольтодобавочного генератора 3, стабилизируют чистоту вращени  на уровне п,; после установлени  частоты вращени  и теш лового режима вновь измер ют темпера туры обмотки и коллектора, а также потребл емые мощности и рассчитывают КПД машины и контролируют уровень искрени  коллектора; повтор ют тот же цикл испытани  при новом соотношении токов возбуждени  и  кор  до получени  максимальной из измер емых температур меньше допустимой. Указанна  совокупность операций позвол ет смоделировать режим работы испытуемой машины 1, соответствующий р ду чисел витков обмотки главных полюсов, выбрать оптимальное количество витков и в дальнейшем внести коррективы в число витков главных полюсов. Поскольку электромагнитные нагрузки испытуемой машины близки к реальным, то повышаетс  точность определени  откорректированного значени  витков, что позвол ет сократить стоимость доводочных испытаний. Формула изобретени  Способ определени  числа витков обмотки возбуждени  машины посто нно 0278 го тока последовательного возбуждени , заключающийс  в корректировке витков обмотки полюсов дл  получени  заданного уровн  контролируемого параметра путем моделировани  изменени  витков изменением тока, протекающего через эту обмотку, измерении токов, частоты вращени , уровн  искрени  коллектора, отличающийс  тем, что, с целью повьщгени  точности и уменьшени  перегревов обмоток и повьш1ени  КПД машины, в качестве контролируемого параметра используют температуру нагрева обмоток главнЕ1х, добавочных полюсов  кор  и коллектора, изменение числа витков главных полюсов моделируют, устанавлива  соотношение между токами  кор  и возбуждени  1ц в соответствии с 1 W, где W номинальное число витков обмотки главных полюсов, W; - ближайшее целое число к W, измен   напр жение на выводах обмотки возбуждени , регулиру  ток в цепи обмотки  кор  и напр жение, приложенное к испытуемой машине, стабилизируют частоту вращени  на уровне Йоминальной и после установлени  теплового режима вновь измер ют температуру обмоток главных, добавочных полюсов  кор  и коллектора, вы вл ют максимальные перегревы, сопоставл ют их с максимальным перегревом в номинальном режиме и допустимым перегревом и повтор ют цикл испытаний до получени  максимальной температуры элементов машины , меньшей допустимого значени .