Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження
Розглянута нова система електромагнітного збудження машин постійного струму. Приводяться дані експериментальних досліджень.
Gespeichert in:
| Datum: | 2008 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2008
|
| Schriftenreihe: | Електротехніка і електромеханіка |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143022 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження / В.Д. Лущик // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 2. — С. 39-41. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-143022 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1430222018-10-23T01:23:22Z Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження Лущик, В.Д. Електричні машини та апарати Розглянута нова система електромагнітного збудження машин постійного струму. Приводяться дані експериментальних досліджень. Рассмотрена новая система электромагнитного возбуждения машин постоянного тока. Приводятся данные экспериментальных исследований. A new system of electromagnetic excitation for direct current machines is considered. Data of experimental research are presented. 2008 Article Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження / В.Д. Лущик // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 2. — С. 39-41. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143022 621 uk Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати |
| spellingShingle |
Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Лущик, В.Д. Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження Електротехніка і електромеханіка |
| description |
Розглянута нова система електромагнітного збудження машин постійного струму. Приводяться дані експериментальних досліджень. |
| format |
Article |
| author |
Лущик, В.Д. |
| author_facet |
Лущик, В.Д. |
| author_sort |
Лущик, В.Д. |
| title |
Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження |
| title_short |
Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження |
| title_full |
Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження |
| title_fullStr |
Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження |
| title_full_unstemmed |
Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження |
| title_sort |
електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження |
| publisher |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| publishDate |
2008 |
| topic_facet |
Електричні машини та апарати |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/143022 |
| citation_txt |
Електричні машини постійного струму з новою системою електромагнітного збудження / В.Д. Лущик // Електротехніка і електромеханіка. — 2008. — № 2. — С. 39-41. — Бібліогр.: 4 назв. — укр. |
| series |
Електротехніка і електромеханіка |
| work_keys_str_mv |
AT luŝikvd električnímašinipostíjnogostrumuznovoûsistemoûelektromagnítnogozbudžennâ |
| first_indexed |
2025-07-10T16:14:43Z |
| last_indexed |
2025-07-10T16:14:43Z |
| _version_ |
1837277235579453440 |
| fulltext |
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №2 39
УДК 621
ЕЛЕКТРИЧНІ МАШИНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З НОВОЮ СИСТЕМОЮ
ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ЗБУДЖЕННЯ
Лущик В.Д., д.т.н., проф.
Донбаський державний технічний університет, кафедра "Електричні машини і апарати"
Україна, 94204, Алчевськ, пр. Леніна, 16
Розглянута нова система електромагнітного збудження машин постійного струму. Приводяться дані експеримен-
тальних досліджень.
Рассмотрена новая система электромагнитного возбуждения машин постоянного тока. Приводятся данные экспе-
риментальных исследований.
Відомо, що реакція якоря машини постійного
струму негативно впливає на її роботу. Реакція якоря
створює магнітне поле в повітряному зазорі, що приво-
дить до погіршення потенціальної кривої на колекторі,
а також діє розмагнічуючим способом на основний
магнітний потік. Для зменшення розмагнічуючого
впливу реакції якоря збільшують повітряний зазор, а це
приводить до необхідності збільшення МРС основних
полюсів, тобто до збільшення витрати міді основних
полюсів. МРС додаткових полюсів направлена зустрі-
чно МРС якоря і повинна дещо перевершувати її, тому
міді додаткових полюсів витрачається стільки ж, скіль-
ки і міді якірної обмотки. В машинах, що працюють
при різко змінних навантаженнях, в полюсових накіне-
чниках розміщують компенсаційну обмотку, що конс-
труктивно ускладнює машину і здорожує її виготов-
лення. Велика кількість міді основних і додаткових
полюсів приводить до збільшення втрат електричної
енергії і до зменшення коефіцієнту корисної дії.
Відомі машини з повною компенсацією реакції
якоря (1). Статор виконують аналогічно статору асинх-
ронної машини, тобто шихтованим із стальних листів з
рівномірно розміщеними по колу пазами. У всіх пазах
статора рівномірно розміщують провідники компенса-
ційної обмотки і обмотки збудження. Компенсаційна
обмотка повністю компенсує реакцію якоря, тому пові-
тряний зазор рівномірний і мінімально можливий з
умови механічної надійності обертання якоря.
В двигунах (2) також здійснена повна компенсація
реакції якоря, але компенсаційна обмотка займає поло-
вину пазів кожного полюсного ділення. Обмотка збу-
дження, яка може бути як незалежного, так, так і змі-
шаного збудження, займає іншу половину полюсного
ділення. Вісь МРС компенсаційної обмотки співпадає з
віссю МРС якірної обмотки і направлена зустрічно.
Така ідея реалізована в серіях фірми 1G3, 1H3, 1H4.
Значно більш ефективне несиметричне розмі-
щення компенсаційної обмотки відносно поздовжньої
вісі (3, 4). Компенсаційну обмотку розміщують на
половині кожного полюсного ділення між поздовж-
ньою та поперечною віссю і вмикають послідовно з
якірною обмоткою; напрям струму в компенсаційній
обмотці протилежний напряму струму в поряд розмі-
щених пазах якірної обмотки (рис. 1).
а
б
в
Рис. 1. Двигун послідовного збудження з неявнополюсним
статором:
а – розподілення МРС компенсаційної обмотки;
б - розподілення МРС якірної обмотки;
в - розподілення результуючої МРС
Амплітудне значення МРС компенсаційної об-
мотки
p
IN
p
INAF akkk
kkm 44
2
24
=
τ
⋅
τ
=
τ
⋅= (1)
повинно дорівнювати амплітудному значенню МРС
якірної обмотки
2222222 ⋅⋅
=
τ
⋅
τ⋅⋅
=
τ
⋅=
pa
IN
pa
INAF aaaa
aam , (2)
де kN - число активних провідників компенсаційної
обмотки, aN - число активних провідників обмотки
якоря.
Середнє значення МРС визначається, використо-
вуючи рис. 1:
( )
km
xk
k F
dxF
F
4
30
cep =
τ
=
∫
τ
, (3)
( )
am
xa
a F
dxF
F
2
10
cep =
τ
=
∫
τ
, (4)
де ( )xkF , ( )xaF - змінні значення МРС в функції прос-
торової координати х.
40 Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №2
Діюче значення МРС першої гармонічної одного
витка компенсаційної обмотки з діаметральним кро-
ком, використовуючи закон повного струму і розклад
в ряд Фур’є прямокутної форми кривої МРС витка
ak IHF
π
==′ δ
2
1 . (5)
Діюче значення МРС першої гармонічної pwk
витків однієї пари полюсів компенсаційної обмотки,
враховуючи, що pNpw kk 2= і використовуючи (1),
kmkm
k
ak FkFK
p
NIF 2об.коб.к1
284
2
2
π
=
π
=
π
= , (6)
де обмотковий коефіцієнт для компенсаційної обмотки
π
=
π
π
=
22
4
4
sin
об.кK
Діюче значення МРС першої гармонічної одного
витка обмотки якоря з діаметральним кроком
a
IF a
a 2
2
1 ⋅
π
=′ . (7)
Діюче значення МРС першої гармонічної pwa
витків однієї пари полюсів обмотки якоря, враховую-
чи, що pNpw aa 2= і використовуючи формулу (2),
amаamа
aa
a FkFK
p
N
a
IF 2.об.об1
284
22
2
π
=
π
=
π
= , (8)
де обмотковий коефіцієнт для якірної обмотки
π
=
π
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ π
=
2
2
2
sin
.об аK .
Як видно із порівняння формул (6) та (8), перші
гармонічні МРС обмоток при рівності амплітудних
значень kmF і amF відрізняються в 2 раз. Вектори
МРС 1kF та 1aF , які визначають просторове розмі-
щення обмоток, направлені під кутом 135° (рис. 1).
При складанні цих векторів одержуємо вектор резуль-
туючої МРС dF , який направлений по поздовжній
вісі. Розподілення МРС обмоток в повітряному зазорі
вздовж кола якоря показано на рис. 1.
В результаті спільної дії МРС обмотки якоря і
компенсаційної обмотки створюється рівномірно роз-
поділений вздовж кола якоря основний магнітний
потік, направлений по поздовжній вісі d. Рівномір-
ність основного магнітного потоку виключає можли-
вість появи кругового вогню по колектору.
При виготовленні експериментального зразка
двигуна був використаний якір генератора ПН-5,
P2н=1 кВт, Uн=115 В, n=2930 об/хв., Іан=8,65 А,
2а=2р=2, Na=504. Для статора використаний пакет
асинхронного двигуна АОЛ2-22-6.
Із умови рівності kmF та amF (формули (1) і (2))
.2522 == ak NN Число пазів статора Z1=24. Заповне-
но провідниками компенсаційної обмотки
12211 == ZZ k пазів. Число провідників в пазу і, отже
число витків в котушці одношарової компенсаційної
обмотки
21
12
252
1
===
k
k
k Z
Nw .
Враховуючи напівзакритість пазів статора та іс-
нуючі потоки розсіювання, приймаємо .6=kn Число
котушок .6=kn
Для покращення комутації по поперечній вісі q
розміщено по одній котушці додаткової обмотки з
числом витків 12д =w , які охвачують по два зубці
статора. Діаметр проводу компенсаційної та додатко-
вої обмоток dгол=1,35 мм.
Опір якірної обмотки Ra75˚=1,127 Ом, опір ком-
пенсаційної та додаткової обмоток 73,1дод =+ RRk
Ом. Вага міді всіх обмоток – 2,5 кг. В серійній машині
ПН-5 вага міді – 3,6 кг.
Одержані експериментальні дані при номіналь-
ному струмі якоря Іан=8,65 А:
підведена напруга U1=196 В, споживана потуж-
ність P1=1695 Вт, частота обертання n=2941 об/хв.,
втрати в міді якоря рма=84 Вт, втрати в міді компенса-
ційної та додаткової обмоток 130мдмк =+ РР Вт (об-
мотки якоря, компенсаційна та додаткова ввімкнені
послідовно), втрати в сталі і механічні
260мехст =+ РР Вт, втрати додаткові 8дод =Р Вт,
корисна потужність Р2=1212 Вт, ККД =71,7%.
Як витікає із експериментальних даних, двигун
нової конструкції має на 30% менші втрати мідного
проводу при більшій на 17% потужності в порівнянні
з серійним двигуном з таким же якорем при однако-
вому струмовому навантаженні якоря. Збільшення
потужності відбулось за рахунок збільшення ККД, так
як тут втрати в міді додаткових полюсів практично
відсутні, а також із-за збільшення основного магніт-
ного потоку, і, отже, із-за кращого використання еле-
ктромагнітних матеріалів. Основний магнітний потік
збільшується за рахунок меншого повітряного зазору
(δ=0,3 мм, замість δ=1 мм), із-за відсутності розмагні-
чуючої дії реакції якоря, а також із-за відсутності між-
полюсного простору, в якому потік в машинах з явно
вираженими полюсами дорівнює нулю.
На московському електромеханічному заводі
"Динамо" був виготовлений і досліджений експери-
ментальний двигун на базі тролейбусного двигуна
ДК-210А3. На статорі використані пластини заліза
асинхронного двигуна з внутрішнім діаметром Д=280
мм і зовнішнім Д=480 мм. Число пазів на статорі
Z1=60. Двигун ДК-210А3 з неявнополюсним статором
має на 20% меншу витрату мідного проводу і на 10%
більшу потужність при безіскровій комутації порів-
няно з серійним двигуном ДК-210А3. Двигун має під-
вищену перевантажувальну здібність із-за відсутності
розмагнічуючого ефекту реакції якоря, а також має
розширену зону безіскрової комутації.
Такі ж приблизно характеристики показав і тро-
лейбусний двигун, виготовлений на заводі "Електро-
важмаш", м. Харків, в 1992 році з використанням їх-
нього серійного якоря. Однак тодішній спад виробни-
цтва не стимулював зацікавленості в модернізації
Електротехніка і Електромеханіка. 2008. №2 41
машин постійного струму.
Тепер така зацікавленість з’явилась. Як показу-
ють оптимізаційні електромагнітні розрахунки, більш
ефективно не використовувати готовий серійний якір,
а виготовляти нове залізо з оптимальною геометрією і
з новими обмотковими даними, щоб максимально
корисно використати позитивні властивості нової си-
стеми електромагнітного збудження.
Так, були проведені оптимізаційні розрахунки
сучасного тролейбусного електродвигуна ЕД139АУ2,
який має такі дані: P2 =140 кВт, U=550 В, Іа=280А,
n=1650-3540 об/хв., η=91%, М2=810 Нм, 2р=4, довжи-
на пакета якоря lб=355 мм, діаметр якоря Д=294 мм,
число пазів якоря Z2=45, паз 8,2х27,2, колекторних
пластин к=135, обмотка хвильова, 2а=2, повітряний
зазор δ=2/3,5 мм, обмотка послідовного збудження,
R20°=0,0386 Ом, wк=20, опір обмотки додаткових по-
люсів Fдод=0,02 Ом, wк=19, опір обмотки якоря
Rа=0,04 Ом. Регулювання здійснюється шунтуванням
обмотки послідовного збудження.
Максимально можлива індукція в повітряному
зазорі при навантаженні і при максимальному збу-
дженні досягає всього лише Вδ=0,64 Тл. (Магнітний
потік вираховується або із ф-ли Φ=
a
NpnEa 60
, або із
ф-ли ,
22 Φ=≈ aI
a
N
p
pMM n=1650 об/хв.).
В двигуні з неявнополюсним статором для регу-
лювання швидкості потрібна обмотка незалежного
збудження. Максимальна швидкість досягається без
струму збудження за рахунок спільної дії якірної об-
мотки і компенсаційної обмотки, які створюють МРС
Fd. Fd повинна бути достатня, щоб при номінальному
навантаженні (Іа=280 А) мати максимальні оберти.
Необхідної величини Fd можна досягти, зменшивши
лінійне навантаження обмотки якоря. Для цього за-
мість хвильової обмотки приймаємо петльову, 2а=4,
струм в провідниках якоря зменшується в два рази,
відповідно в два рази зменшується поперечний пере-
різ міді, розмір паза стає меншим, паз 6,9х21.
При незмінності зовнішнього діаметру станини
(Дст=500 мм) діаметр якоря можна збільшити до
Д=325 мм, що дозволяє одержувати індукцію в зазорі
Вδ=1,25 Тл, повітряний зазор δ=1,7 мм (при менших
значеннях δ зменшується максимально необхідна
швидкість обертання). Опір обмотки якоря Rа˚=0,02
Ом, компенсаційної обмотки Rк°=0,02 Ом. Сумарні
втрати в обмотці якоря, в компенсаційній обмотці і в
обмотці збудження при максимальному збудженні –
4480 Вт. вага провідникової міді в статорі і в якорі –
45 кг, а з врахуванням додаткової компенсаційної об-
мотки для реверсу – 50 кг.
В серійній машині сумарні втрати в обмотці яко-
ря, в обмотці головних полюсів і додаткових полюсів
– 7730 Вт. Вага провідникової міді в статорі і в якорі –
100 кГ.
Коефіцієнт корисної дії неявнополюсної машини
на 2-2,5% більший.
ЛІТЕРАТУРА
1. Пат. №51 – 516 Япония, кл. 55А23, М. кл. Н02К 23/22.
Машина постоянного тока.
2. Заявка № 2628334. ФРГ, М. кл. Н02К 1/16. Машина по-
стоянного тока.
3. Лущик В.Д. Двигатели постоянного тока с неявнопо-
люсным статором //Электротехника. – 1992. - №8 – 9.
С. 14 – 17.
4. Лущик В. Д. Суміщені електричні машини та апарати. –
К.: Техніка, 1993. – 203 с. Мова рос.
Надійшла 03.09.2007
|