SU48767A1 - Устройство дл приведени во вращение машин-орудий - Google Patents

Description

Насто щее предложение направлено к уменьшению, так называемых, концевых потерь, имеющих место в устройстве по авторскому свидетельству № 42629. Величина этих потерь значительно превышает в некоторых случа х сумму всех обычных электрических потерь-железньгх и джоулевых, имеющих место у этого электропривода. В конструкции нового электроггривода выпуска 1933 г. одни указанные особые электрические потери составл ют при номинальном рабочем режиме машины около 53% от подводимой к дуговому статору мощности. В конструкции нового электропривода выпуска 1934 г. эти потери составл ют , а в конструкции выпуска 1935 г. около 28% от указанной мощности на клеммах дугового статора.

Компенсационные обмотки в добавочных пазах на концах дугового статора , выравнива  фазовые токи и довод  скорость машины до расчетной, вместе с тем, как показывает опыт, снижают особые электрические потери более, чем на 20%. ,

Однако, как это видно из приведенных выше данных, эти потери остаютс  еще весьма значительными и должны быть резко сокращены и дальше, чтобы они не противосто ли существенным прогрессивным особенност м нового электропривода.

На чертеже фиг. 1 представл ет разрез дугового статора 1 и в развернутом виде роторную зону 2 рабочей машины с беличьей клеткой, состо щей из медных или алюминиевых стержней 3; фиг. 2, 3-различные варианты предложений , представл ющие собою схемы обмотки ротора.

На фиг. 1 тонкими лини ми, соедин ющими зубцы статора с роторной зоной, условно обозначены отрезки магнитных линий в зазоре. Направление вращени  роторной зоны под действием

jiyroBOTO статора показано стрелкой.

Буквой А обозначен тот из двух концов дугового статора, где имеетс  вход элементов роторной зоны под дуговой статор, а буквой В обозначен другой конец статора,  вл ющийс  вь1ходом элементов роторной зоны из-под статора

Режим работы в концевых зонах статора каждого данного элемента роторной зоны отличаетс  не установившимс  характером, а именно: хот  с дуговым статором всегда взаимодействует посто нный по своим размерам дуговой отрезок роторной зоны, но этот отрезок составл етс  в каждый данный момент не из одних и тех же элементов роторной зоны. На конце В дугового статора имеет место непрерывный выход отработавших под дуговым статором элементов роторной зоны, а на конце А имеет место непрерывное вхождение под дуговой статор элементов роторной зоны.

С выходом каждого данного элемента роторной зоны из-под дугового статора прекращаетс  и индуктирующее действие статора на этот роторный элемент , т. е- на конце В статора имеет место своего рода процесс непрерывных выключений элементов ротора. Уносима  каждым из них электрокинеL/- ,

тическа  энерги  - „- (в виде охватывающего эти роторные элементы магнитного потока) не может сколь угодно долго сохран тьс  в нащем случае несверхпровод щего контура, а поглощаетс  в виде затухающего тока (экстра-ток размыкани ) омическим сопротивлением среды.

Вследствие этого, под конец А дугового статора каждый элемент роторной зоны уже входит обесточенным, т. е. без магнитного потока, а значит, и без противоэлектродвижущей силы и поэтому он подвергаетс  при каждом таком входе короткому замыканию.

Ток короткого замыкани , проиндуктированный в роторном элементе при его вступлении в зону действи  дугового статора, начинает затем спадать (фиг. , крива  С) по мере продвижени  этого роторного элемента и доходит , наконец, до нормального своего значени  на некотором рассто нии Ал от конца А статора. Размер этого отрезка Аа дуги статора, выражающий собой определенную длительность рассматриваемого затухающего короткого замыкани , претерпеваемого каждым роторным элементом с момента вступлени  его под дуговой статор, зависит от таких же факторов, как и период не установившихс  состо ний того же рода в обычных контурах с самоиндукцией и омическим сопротивлением.

Итак, особые электрические потери, возникающие в электроприводе с дуговым статором,  вл ютс  джоулевыми потер ми затухающего короткого замыкани  в набегающих под дуговой статор токопровод щих элементах роторной зоны.

Во вращающемс  органе рабочей мащины токопровод щими элементами, испытывающими на участке Аа дугового статора режим затухающего короткого замыкани ,  вл ютс , вообще I говор , не только аксиальные стержни j беличьей клетки и примыкающие к ним I участки короткозамыкающих колец, но I также и геометрически аналогичные элементы массивного ферромагнитного вещества роторной зоны, которое может рассматриватьс  как параллельно включенна  к беличьей клетке короткозамкнута  цепь.

Мгновенное значение потерь короткого замыкани  в каждом роторном I элементе Д (фиг. 1), состо щем из аксиального проводника и примыкающих к нему на торцах двух кольцевых отрезков, может быть выражено:

..«(;-)

. О)

ВЧ2-&МО „

-

где:

ток короткого замыкани  вз того роторного элемента в данной точке проходимого им участка Аа под дуговым статором (в амперах),

активное, т. е. с учетом коэфициента Fielda и температуры сопротивление роторного элемента (в омах),

электродвижуща  сила, индуктируема  в роторном элементе в данной точке проходимого им

участка Аа под дуговым статором (в вольтах),

Z - импеданц вз того роторного элемента (в омах),

В - индукци  в зазоре в данной точке того же участка Аа (в гауссах),

/-активна  длина роторного элемента (в см},

V - его линейна  скорость (в CMJceif).

Если М есть количество роторных элементов беличьей клетки, охватываемых участком Аа затухающего короткого замыкани , то суммарное мгновенное значение потерь короткого замыкани  в этих М роторных элементах получим равными: Дл  М геометрически аналогичных элементов массивного ферромагнитного вещества роторной зоны будем иметь: 10 . .(3) Вместо суммы М переменных слагаемых В может быть вз то произведение М на некоторое среднее значение JB т. е. У 5« AfB 2 , При синусоидальном изменении индукции В на участке Аа дугового статора имеем: В В. Искомое значение В сводитс  в таком случае к выражению 5J - Г5«„„5Ш р. . (6) «PI -fl J

где fi, fa-некоторый угловой интервал интегрировани , соответствующий отрезку Аа дугового статора.

Решение этого интеграла без пределов таково:

,axSin29 rf p r.

,.-,х J sin 2ср d4

1 - cos 2ср

e,, (7)

-- Jrf -Jcos 2о ф

(Sin2f N

2 У Теперь необходимо еще определить пределы интегрировани  (посто нна  интегрировани  потому и опущена, что интеграл здесь определенный). Дл  каждой группы из М смежных роторных элементов угловой интервал интегрировани  « «2 остаетс  неизменным по своей абсолютной величине и соответствует он участку Аа, но так как вращение роторной зоны не синхронно , а имеетс  здесь определенное скольжение, то этот посто нный по величине угловой интервал интегрировани  будет с каждым оборотом роторной зоны смещатьс  по фазе, вследствие чего за некоторое число оборотов роторной зоны кажда  данна  группа из М смежных роторных элементов неизбежно пройдет все существующие абсолютные значени  синусоиды индукции, после чего такой цикл работы М роторных элементов начнет повтор тьс , но уже уна следующем участке синусоиды и т. д. Участками синусоиды, вмещающими все существующие у этой функции абсолютные значени ,  вл ютс  угловые тгте участки от О до , от - до it от i: 3„ до - It и т. д. или же участки от О до 11, бт It до 2 г: от 2 П до 31Г и т д. Точными будут не единовременные, т. е. мен ющиес  с каждым оборотом потери короткого замыкани  в каждой данной группе М роторных элементов на участке Аа, а их средние здесь потери за указанный полный цикл. Это означает, что выражение - sin 2ф,- в уравнении (7) должно получить пределы от О до , либо от -22 до т, либо от Ti до -- г: и т. д., либо. от О до тг, от 7г до 2тс и т. д., но при непременном условии, что должно быть найдено затем среднее значение выраsin 2f жени  ср -в тех же самых пределах. Получим отсюда, например, дл  пределов О . . . 2 Гsin 2Ф v( Г -0)1 i 7Г V 2/ Пон тно, что к тому же результату привод т и все остальные указанные пределы. Из уравнений (4), (6), (7) и (8) имеем: 2 ш (9) откуда потери короткого замыкани  в М рассматриваемых элементах беличьей клетки и в М аналогичных по форме элементах массивного ферромагнитного вещества роторной зоны окончательно получим равными (см. уравнени  (2), (3), (9)): 2.,2 Ain-Sx/ Р„ zr Ж - 1- v W . (10) liX/J 16 Р, - /- -р-, 10 W . (11) Физический смысл и размерность вход щих в эти уравнени  величин были даны раньше. По опытным данным дл  концевых потерь короткого замыкани , сверенным с расчетными по формулам (10) и (11), величина М, имеюща с  в этих формулах, оказываетс  дл  всех выполненных до насто щего времени конструкций нового электропривода в пределах 1 (Па) Это, в частности, указывает на то, что участок Аа затухающего режима короткого замыкани , испытываемого вбегающими под конец А дугового статора элементами беличьей клетки, охватывает в каждый данный момент не более трех пазовых делений роторной зоны. Отсюда, -в частности, пон тно, почему дополнительна  электрическа  мощность, потребл ема  дуговым статором из-за концевых потерь в роторной зоне, не распределена равномерно по всем трем фазам обмотки статора, а неизменно обнаруживаетс  при всех опытных измерени х почти целиком в той одной именно фазе дугового статора , витки которой размещены в первых от конца А пазах статора: эту именно часть обмотки статора движущиес  элементы роторной зоны встречают первой при входе под дуговой статор, вследствие чего этой же фазовой частью обмотки статора индуктируетс  и ток короткого замыкани  в этих элементах роторной зоны и это увеличивает потребл емую всей этой фазой мощность из сети, а также и рабочий ток этой фазы. Из формул (10) и (11) вытекает, что концевые потери короткого замыкани  у нового электропривода имеют место при всех кинетических режимах вращаемой этим приводом рабочей мащины и, кроме того, эти потери независимы от нагрузки на ее валу. В частности , они по вл ютс  при холостом ходе машины. Этих потерь нет только тогда, когда линейна  скорость роторной зоны машины равна нулю, т. е. в первый момент пуска. Как вс кий процесс индуктировани  токов, так и процесс индуктировани  токов короткого замыкани  в роторных элементах на участке Аа сопровождаетс  по влением здесь электромагнитных сил торможени .

То обсто тельство, что дополнительные электрические потери нового электропривода имеют место в роторной зоне, а не в самом дуговом статоре , приводит к особенно неблагопри тным последстви м, а -именно:

а)каждые 100 W концевых потерь короткого замыкани , вз тые в их чистом виде, т. е. на месте их возникновени , заметно увеличиваютс  к клеммам статора вызываемыми ими добавочными потер ми скольжени  всей активной части роторной зоны, а также добавочными джоулевыми потер ми обмотки статора, рабочий ток которого увеличиваетс  концевыми потер ми;

б)паразитный момент сопротивлени , который вызываетс  концевыми потер ми , удлин ет пусковой период нового этектропривода и делает внешнюю характеристику вращаемой им машины (скорость в функции полезной назгруки ла валу) более крутой;

в)номинальна  мощность нового электропривода уменьшаетс .

К сущности рассматриваемых далее роторных обмоток, сокращающих концевые потери до величин, близких к нулю, имеет важное отношение и вопрос о том, где эти потери преобладают- в беличьей ли клетке или в ферромагнитном веществе роторной зоны.

Этот вопрос решаетс  сопоставлением уравнений (10) и (11) и абсолютных значений вход щих в них величин. Имеем

R

1

7 1

. .(12)

R,-X ,

где X - реактивное сопротивление роторного элемента.

Детальный анализ показывает, что из суммы концевых потерь Р- Р на элементы стальной роторной зоны приходитс , в зависимости от сорта стали, 20-lOVo, а остальные 80-ЭО /о потерь относ тс  к элементам беличьей клетки того же участка Аа.

Опытные же данные дл  суммарных концевых потерь короткого замыкани  не превышают даже при стальной роторной зоне более чем на потери, вычисленные дл  одной лишь беличьей клетки по формуле (10), вследствие чего за полные потери могут практически приниматьс  потери в беличьей клетке на участке Аа роторной зоны.

Роторные обмотки, предназначенные, согласно изобретению, дл  резкого сокращени  этих потерь, схематически изображены на фиг. 3, 4 и 5.

Все эти роторные обмотки характеризуютс  тем, что они состо т из отдельных двуплечевых, охватывающих одно полюсное деление и замкнутых на себ  обмоточных контуров, у которых каждое второе по направлению движени  роторной зоны плечо замыкает за пределами конца дугового статора тот ток короткого замыкани , который индуктируетс  в первом плече каждого какого контура в момент вступлени  последнего под дуговой статор.

Согласно фиг. 3 роторна  об.мотка состоит из П-образных отдельных контуров 1. Длина активных отрезков каждого такого контура соответствует аксиальному размеру роторной зоны, а рассто ние между ними равно полюсному делению дугового статора или несколько отличаетс  от этой величины. Каждый контур, вставл емый своими активными отрезками в пазы роторной зоны, присоедин етс  своими двум  концами к общему кольцу 2, накоротко замыкающему концы всех контуров.

Согласно фиг. 4 форма выполнени  роторной обмотки отличаетс  от предыдущей тем, что отдельные контуры i, состо щие из одного витка с полюсным делением, близким к полюсному делению дугового статора, замыкаютс  сами на себ  и общее кольцо дл  этих отдельных контуров отсутствует.

По фиг. 5 отдельные замкнутые на себ  двуплечие контуры, охватывающие отрезок по окружности роторной зоны, близкий к полюсному делению дугового статора, состо т из двух, трех и вообще нескольких последовательно соединенных витков, каждый из которых размещаетс  своими двум  плечами в двух отдельных пазах роторной зоны машины.

Электромагнитный режим работы указанных на фиг. 3, 4, 5 роторных обмоточных контуров при их вступлении под конец А дугового статора будет существенно отличатьс  от режима работы элементов обычной беличьей клетки на том же участке дугового статора. Эти отличи  заключаютс  в следующем. Представим себе роторную зону с обмоточными контурами (фиг. 3, 4 и 5) движущейс  в каком-нибудь направлении , например, слева направо. Назовем первым тот проводник каждого данного контура, который первым по направлению движени  вступает под конец А дугового статора. Здесь проиндуктированный в первом проводнике такого контура ток короткого замыкани  неизбежнозамкнетс  через все остальные проводники данного контура, которые, однако, еще не вошли, а должны будут вскоре войти под тот же конец А дугового статора. Вследствие этого под этот конец А статора будет вступать обесточенным, т. е. без тока на каждый роторный проводник, как мы это имеем в обычной беличьей клетке, а лишь каждый те-ый проводник новых роторных контуров. Величина п обозначает здесь число роторных проводников данного короткого замкнутого контура. Дл  контуров с числом проводников в одном пазу более единицы « означает число пазов, занимаемое контуром в роторной зоне. Так, например, дл  контуров фиг. 3 и 4, где число проводников каждого контура равно двум, обесточенным будет вступать под конец А статора каждый второй проводник, а дл  контуров фиг. 5, где число проводников каждого равно четыре, обесточенным будет вступать под конец Л статора каждый четвертый проводник. Остальные же п-i проводников роторной зоны будет теперь выступать под конец А статора уже с током, а следовательно, и с магнитным потоком. При этом, так как рассто ние между противоположными плечами каждого контура имеет, как было указано, размер, более или менее близкий к полюсному делению дугового статора, то этот ток и поток, с которыми вступают под статор остальные п-1 проводников, будут всегда иметь в момент их входа тот знак и ту фазность , которые именно необходимы дл  этих п-1 проводников, чтобы в них всегда создавались к этому моменту соответствующие противоэлектродвижущие силы, исключающие дл  этих п-1 проводников возможность рассмотренного выше короткого замыкани  на участке Аи и св занного с этим,особого электродинамического режима на этом участке статора.

Короткому замыканию здесь будет, таким образом, подвергатьс  не каждый проводник рассматриваемых контуров, а только 1/й часть всего числа проводников каждого контура.

В выведенной ранее формуле дл  концевых потерь короткого замыкани 

16

---10

2Z«

одно указанное обсто тельство выразитс  в том, что величина М уменьшитс  рассматриваемыми роторными контурами в п раз, и мы получим

р...М „,„

f-o 10 . . (13) /

, ---

Этим, однако, еще не исчерпываютс  изменени , вносимые рассматриваемыми роторными контурами в абсолютное значение концевых потерь, а именно: обратимс  к величинам R v. х этих контуров , т. е. к их активному и реактивному сопротивлени м.

Эти величины определ ют собой вместе с известными параметрами дугового статора пусковые и рабочие характеристики нового электропривода.

Чтобы получить дл  новых контуров приведенные к статору значени  величин / и .X равными таковым у роторной зоны с обычной беличьей клеткой, действительные значени  / и х дл  каждого рассматриваемого контура, имеющего и последовательно соединенных проводников, должны быть в л раз j больше, чем у беличьей обмотки.

Янализ этого вопроса показывает, что концевые потери нового электропривода уменьшаютс  рассмотренными обмоточными контурами роторной зоны: 1) в л раз за счет величины М и 2) еще

в л раз за счет величины Z, т. е. итого в л раз, где л, как было уже указано, означает число последовательно соединенных проводников короткозамкнутого роторного контура.

Так, например, роторный контур, согласно фиг. 3 и 4, имеющий   2, дает четырехкратное уменьшение концевых потерь. Роторный контур по фиг. 5, имеющий п 4, дает шестнадцатикратное уменьшение этих потерь, а при роторном контуре с л б получим тридцатишестикратное уменьшение потерь, т. е. концевые потери нового электропривода довод тс  такими обмоточными контурами до значений, близких к «улю.

Предмет изобретени .

Claims (2)

1.Форма выполнени  устройства по пп. 1 и 3 авторского свидетельства NO 42629, отличающа с  тем, что, с целью устранени  концевых потерь, короткозамкнута  стержнева  обмотка, которой снабжен вращающийс  рабочий орган машины, выполнена в виде отдельных замкнутых на себ  двуплечих контуров, имеющих шаг, равный полюсному , делению статора.

2.Форма выполнени  устройства по п. 1, отличающа с  тем, что указанные контуры имеют П-образную форму и присоединены своими двум  концами к общему кольцу, замыкающему накоротко концы всех контуров обмотки.

фи/:/