Радиальный индукторный генератор

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам повышенной частоты и может быть использована при изготовлении автономных источников питания сварочной дуги. Задачей полезной модели является уменьшение массы и габаритных размеров при повышении наводимой в силовой обмотке электродвижущей силы. Задача решается тем, что в радиальном индукторном генераторе, содержащем зубчатый пакет сердечника статора, в котором выполнены большие пазы, где размещена обмотка возбуждения, для создания полюсов, являющихся источниками радиально направленного магнитного потока, в малых пазах сердечника статора установлена 3х-фазная силовая обмотка и зубчатый безобмоточный пакет сердечника ротора, дополнительно, относительный шаг катушки силовой обмотки увеличен и необходимый фазовый сдвиг в 120 эл. градусов получен за счет выполнения обмотки каждой фазы из двух соседних катушек, соединенных встречно-последовательно, при этом, каждая из трех пар соседних катушек в пределах одного полюса образует отдельную фазу обмотки, при этом на один полюс приходится три зубца ротора, а на пространство, занимаемое одним большим пазом статора, выделяется половина шага между зубцами ротора. Число пар полюсов может быть равно 4, 5, 6.

Полезная модель относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам повышенной частоты и может быть использована при изготовлении автономных источников питания сварочной дуги.

Известен наиболее близкий к заявляемому (прототип) сварочный генератор (генератор сварочный двухпостовой ГД-2x2505 У2, паспорт НЕЖА 526.864.004 ПС), содержащий сердечник статора имеющий большие пазы, в которые уложены стороны катушек обмотки возбуждения. Этими пазами статор разделяется на ряд дугообразных зон называемых полюсами. На каждом полюсе имеется 5 малых пазов и 6 зубцов, на которых установлены катушки 2х-фазных силовых обмоток. Образованные на статоре полюса являются источниками радиально направленного магнитного потока, который пронизывает силовые обмотки статора и замыкается по сердечникам статора и ротора. Ротор генератора выполнен с зубчатыми пакетом сердечника без обмоток.

Согласно принципу действия индукторных генераторов, вращение зубчатого ротора создает в зубцах статора пульсирующий магнитный поток, наводящий электродвижущую силу в силовых обмотках статора. Сдвиг по фазе между соседними катушками (и между соседними зубцами на полюсе статора) равен 120 электрическим градусам и организован в пределах одного зубцового деления ротора, что позволяет получить 3х-фазную обмотку.

Недостатком прототипа является большое снижение наводимой в катушке электродвижущей силы вследствие принятого традиционного укорочения шага между сторонами катушки. Чтобы получить симметричную 3х-фазную систему на одном зубцовом делении ротора 360 эл. градусов (2 радиан), угол сдвига между сторонами катушки должен быть равен:

=360°/3=120°=2/3

Отношение к полному шагу 180 эл. градусов, соответствующему максимально возможному охвату магнитного потока и максимальной наведенной электродвижущей силе шаг данной катушки составляет

=120/180=2/3=0,67

Коэффициент снижения э.д.с. от укорочения шага обмотки прототипа равен:

k _y=sin0,67/2=0,866.

Следствием снижения наводимой в катушках электродвижущей силы является большие габариты и масса прототипа.

Задачей полезной модели является уменьшение массы и габаритных размеров. Предлагается при сохранении числа малых пазов и зубцов на полюсе аналогично прототипу, увеличить относительный шаг катушки обмотки. Чтобы получить 3х-фазную систему, предлагается накапливать необходимый фазовый сдвиг в 120 эл. градусов не на одном, а на нескольких зубцовых делениях ротора, распределив обмотку каждой фазы на две катушки. Предлагается принять следующий увеличенный угол фазового сдвига между сторонами катушки:

=150°=5/6

При этом относительный шаг:

=150°/180°=5/6=0,833

Коэффициент укорочения шага будет при этом равен:

k_y =sin0,833/2=0,966.

Чтобы получить 3х-фазную систему предлагается распределить обмотку каждой фазы на две соседние катушки, для чего соединить их попарно встречно-последовательно. Каждая из трех пар катушек образует отдельную фазу обмотки. Суммарные вектора электродвижущих сил каждой пары оказываются сдвинутыми между собой на 60 электрических градусов. Средняя фаза должна быть реверсирована на 180° и тогда на протяжении полюсной дуги образуются три обмотки со сдвигом на 1/3 полюсного деления ротора, т.е получается 3х-фазная система.

Так как вектора электродвижущих сил отдельных катушек в фазе сдвинуты между собой на угол -=180°-150°=30°, то при расчете э.д.с. фазы должен быть учтен коэффициент распределения k_p=sin(30°)/2sin(30°/2)=0,966. Итоговый коэффициент снижения э.д.с. (обмоточный коэффициент k_o) в предлагаемом генераторе равен k_o=k _yk_p=0,9660,966=0,933. По отношению к прототипу э.д.с. в обмотке предлагаемого генератора получается больше на (0,933-0,866)/0,866100%=7,7%

На фиг.1 изображен радиальный индукторный сварочный генератор (разнесенное пространственное изображение).

На фиг.2 изображена схема силовой обмотки в пределах пары полюсов.

Предлагаемый радиальный индукторный генератор (фиг.1), содержит зубчатый статорный пакет 1, зубцы 2 которого обращены к рабочему зазору. Зубчатый статорный пакет 1 заключен в клетку, образованную продольными стержнями 3 соединенными с торцевыми кольцами 4. Напротив статорного пакета установлен зубчатый роторный пакет 5, зубцы 6 которого также обращены к рабочему зазору и который имеет возможность вращаться на валу 7 внутри зубчатого статорного пакета 1. Вал 7 опирается на подшипники 8, наружные кольца которых 9 установлены в подшипниковые щиты 10, вставленные в торцевые кольца 4 клетки статора.

Зубчатый статорный пакет 1 имеет равномерно распределенные по окружности большие пазы 11, в которых заложены катушки 12 обмотки возбуждения. Между каждой парой широких пазов 11 образуется отдельный полюс статора, на котором находятся шесть зубцов 2, соответственно S1-S6, каждый из которых охвачен катушкой 13 силовой обмотки статора.

Схема силовой обмотки в пределах пары полюсов приведена на фиг.2. На один полюс приходится три R1-R3 зубца ротора 6, из которых на пространство, занимаемое одним большим пазом статора 11, выделяется половина шага между зубцами ротора 6. Пары катушек 13 одноименных фаз на соседних полюсах генератора противоположны по фазовому углу.

Число пар полюсов как и у прототипа может быть равно 3 или может быть более и равно 4, 5, 6.

Генератор работает следующим образом. При питании постоянным током катушек 12 обмотки возбуждения создаются радиальные магнитные потоки, замыкающиеся между соседними полюсами статора через воздушные зазоры и через ротор 5 в плоскостях перпендикулярных оси вращения. При вращении зубчатого ротора 5 с числом зубцов на пару полюсов шесть, магнитный поток пульсирует в зубцах 2 статора и наводит переменное напряжение в катушках 13 силовой обмотки статора. Частота переменного напряжения при скорости вращения ротора 3000 об/мин и числе пар полюсов три составляет 900 Гц. Повышенная частота сварочного тока, вызываемая этим напряжением, благоприятно отражается на сварочных свойствах генератора. При большем числе пар полюсов будет расти общее число зубцов на роторе и, соответственно, частота. Характер работы каждой пары полюсов одинаков независимо от их числа. Далее переменный ток выпрямляется 3х-фазным выпрямителем и поступает на сварку.

1. Радиальный индукторный генератор, содержащий зубчатый пакет сердечника статора, в котором выполнены большие пазы, где размещена обмотка возбуждения, для создания полюсов, являющихся источниками радиально направленного магнитного потока, в малых пазах сердечника статора установлена 3-фазная силовая обмотка и зубчатый безобмоточный пакет сердечника ротора, отличающийся тем, что относительный шаг катушки силовой обмотки увеличен и необходимый фазовый сдвиг в 120 эл. градусов получен за счет выполнения обмотки каждой фазы из двух соседних катушек, соединенных встречно-последовательно, таким образом, каждая из трех пар соседних катушек в пределах одного полюса образует отдельную фазу обмотки, при этом на один полюс приходится три зубца ротора, а на пространство, занимаемое одним большим пазом статора, выделяется половина шага между зубцами ротора.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что число пар полюсов может быть равно 4, 5, 6.