Стартовая >> Оборудование >> Эл. машины >> Конфигурация лобовых частей обмотки тахогенератора на форму э.д.с.

Конфигурация лобовых частей обмотки тахогенератора на форму э.д.с.

ВЛИЯНИЕ КОНФИГУРАЦИИ ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ ОБМОТКИ БЕСКОНТАКТНОГО ТАХОГЕНЕРАТОРА НА ФОРМУ Э.Д.С.
Я.И.. ЯВДОШАК, ИНЖ., В. М. ГАНДШУ, Н. И. ЛЕБЕДЕВ, кандидаты техн. наук
В настоящее время для получения сигнала обратной связи по частоте вращения в регулируемых приводах станков и роботов все более широкое применение находят синхронные магнитоэлектрические тахогенераторы (ТГ) с трапецеидальной формой фазных э. д. с. При этом для снижения пульсаций э. д. с. в пределах верхнего основания трапеции принимаются специальные меры.
В [1] рассмотрены наиболее перспективные с точки зрения минимальных пульсаций конструкции беззубцовых ТГ и на основе исследования формы распределения индукции в зазоре определены минимальные значения пульсаций э. д. с., которые могут быть получены в каждой конкретной конструкции при заданных соотношениях размеров и числах пар полюсов и фаз ТГ.
Экспериментальные исследования, проведенные на ряде образцов, выполненных по конструкциям [1], показали, что реальные пульсации выпрямленного напряжения ТГ в 2—4 раза превосходят теоретические значения, полученные в результате решения плоской полевой задачи. Наиболее характерные кривые фазных э. д. с. и выпрямленного напряжения, полученные экспериментально на одном из образцов при четырехфазном варианте и одно полупериодном выпрямлении, приведены на рис. 1, откуда видно, что увеличение относительной пульсации выпрямленного напряжения, определяемой по формуле
(1)
где Етах, Еmin — соответственно максимальное и минимальное значения э. д. с. на межкоммутационном интервале, вызвано некоторым наклоном верхнего основания трапецеидальной э. д. с., увеличивающим Емах и смещающим его относительно середины межкоммутационного интервала. Объясняется это тем, что при оперировании столь малыми δе (порядка 1—2 %) становится ощутимым влияние, оказываемое на форму э. д. с. торцевыми потоками рассеяния ротора и конфигурацией лобовых частей обмотки. Рассмотрению этого вопроса и посвящена данная работа.
На рис. 2 приведена конструктивная схема бескорпусного варианта исследуемого ТГ.

Рис. 1. Фазные э. д. с. и выпрямленное напряжение бесконтактного тахогенератора

схема бескорпусного тахогенератора
Рис. 2. Конструктивная схема бескорпусного тахогенератора


Рис. 3. Зависимость пульсаций от отношения 1м/1н при различных l:
1 — 0,8; 2 — 1,2; 3 — 1,4; 4 — 1,6
На немагнитном валу 1 установлены четыре полюса, состоящие из четырех призм тангенциально намагниченных постоянных магнитов 2, расположенных между магнитомягкими полюсами 3. Полюсы и магниты скреплены между собой с помощью немагнитных шайб 4. Статор ТГ содержит шихтованный пакет 5, насаженный на изоляционную гильзу 6, в пазы которой уложена четырехфазная сосредоточенная обмотка 7 с диаметральным шагом.
Как было показано в [1], в ТГ такой конструкции э. д. с. в активной части проводников обмотки повторяет по форме распределение индукции в воздушном зазоре и представляет собой трапецию с такой же шириной верхнего основания. Увеличенный воздушный зазор, характерный для беззубцовых конструкций, а также применение в качестве постоянных магнитов материалов с большой удельной энергией, что продиктовано требованиями высокой крутизны выходной э. д. с. ТГ при возможно меньших габаритах, приводят к тому, что потоки рассеяния в торцевой зоне ротора имеют значительную величину. При этом в зависимости от соотношения размеров 1 (рис. 2) лобовые части обмотки в большей или меньшей степени находятся в поле этих потоков рассеяния.
Экспериментальные кривые, отражающие зависимость относительной пульсации выходной э. д. с. δе от ширины пакета lп и активной длины проводников lа, отнесенных к размеру магнитов индуктора приведены на рис. 3, откуда видно, что при заданной длине активной части проводников lа минимум пульсации δе достигается вблизи точки l. Дальнейшее увеличение ширины пакета приводит к росту индукции в области лобовых частей обмотки и, как следствие, к возрастанию δе. При этом пульсации уменьшаются с ростом активной длины проводников lа, что объясняется как уменьшением потоков рассеяния в зоне лобовых частей, так и снижением относительного вылета лобовых частей lл/lа. Отсюда следует, что одним из способов снижения является вынесение лобовых частей за пределы зоны потоков рассеяния магнитов ротора. Однако это приводит к увеличению аксиальных размеров ТГ, что не всегда приемлемо.
Для поиска других способов снижения δе рассмотрим влияние, оказываемое конфигурацией лобовых частей обмотки при расположении их в зоне потоков рассеяния магнитов ротора, на форму э. д. с. в фазах. В большинстве случаев лобовые участки всыпных обмоток электрических машин имеют весьма сложную, часто заранее не предсказуемую и определяемую технологией процессов укладки, обжима и бандажировки, конфигурацию, что особенно характерно для двухслойных обмоток с шагом по пазам более двух. Поля рассеяния, в которых находятся эти лобовые участки, также имеют сложный характер распределения индукции.
Однако для рассматриваемой конструкции ТГ со степенью точности, пригодной для качественной оценки влияния конфигурации лобовых участков обмотки на э. д. с., наводимую в них, можно считать, как это показано на рис. 4, что лобовые участки лежат на цилиндрической поверхности изоляционной гильзы, а радиальная составляющая В индукции рассеяния имеет прямоугольное распределение в тангенциальном направлении (аксиальная и тангенциальная составляющие индукции рассеяния в данном случае не наводят э. д. с. в лобовых участках обмотки). На рис. 4 изображена лобовая часть одной секции обмотки с диаметральным шагом, которая заменена эквивалентным одиночным проводником, повторяющим ее форму.
Электродвижущая сила, наводимая в элементе длины dl лобового участка от индукции В, при вращении индуктора с частотой ω, определяется выражением
(2)
где D — диаметр цилиндрической поверхности гильзы, на которой расположены лобовые части обмотки; φ — угол между элементом dl и положительным направлением оси Z.
Электродвижущую силу, наводимую по всей длине лобовой дуги, определим с помощью криволинейного интеграла

Рис. 4. Расчетная схема для определения э. д. с. в лобовой части обмотки
(3)
где точки О1 и О2 соответствуют началу и концу лобового участка секции.
Так как было принято прямоугольное распределение радиальной составляющей индукции В, то криволинейный интеграл можно разбить на два участка по путям О1Χ и ХО2, где X — точка, соответствующая перемене знака индукции В и вынести В из под знака интеграла
(4)
Каждый из интегралов в этой сумме представляет собой проекцию соответствующей дуги на ось Z. Вследствие их равенства получаем окончательное выражение
(5)
где Z и а — координаты точки лобовой дуги, соответствующей границе перемены знака индукции В.
При вращении индуктора эта граница последовательно проходит все значения угла а от 0 до π, вследствие чего э. д. с. ед — будет принимать все значения Ζ, соответствующие этим углам, т. е. форма э. д. с., наводимой в лобовой части обмотки, повторит конфигурацию этой лобовой части. В реальном ТГ распределение В ближе к трапеции, а отдельные участки лобовых частей обмотки часто лежат в разных слоях, что требует учета и аксиальной составляющей индукции рассеяния. Эти обстоятельства приводят к некоторому отклонению формы э. д. с. е от конфигурации лобовых частей обмотки.
Проведенные на разных образцах экспериментальные исследования подтвердили правильность приводимых рассуждений. Для этого в пазы гильзы тахогенератора, представленного на рис. 2, была уложена обмотка с уменьшенным числом витков и увеличенным размером лобовых частей для получения возможности придавать лобовым участкам различную конфигурацию и положение в пространстве. Для отдельного исследования влияния радиальной и аксиальной составляющих потока рассеяния лобовые части отгибались и прижимались соответственно к гильзе или пакету статора.
Совпадение форм лобовых частей и э. д. с. имело место и при расположении лобовых участков в радиальной плоскости, т. е. когда они были отогнуты к пакету (в этом случае определялось влияние только аксиальной составляющей индукции рассеяния).
Следует отметить, что лобовые участки секций обмотки имеют, как правило, несимметричную форму с характерной выпуклостью с одной стороны (рис. 4), что обусловлено обычно принятым способом ее укладки. А так как суммарный аксиальный вылет лобовых участков с двух сторон обмотки составляет значительную долю активной длины ее проводников, то это приводит к заметным искажениям формы фазной э. д. с. и увеличению пульсаций (рис. 1,6).
С учетом сказанного лобовым участкам обмотки либо надо придавать симметричную форму, либо так располагать в пространстве, чтобы искажения, вносимые отдельными их участками, были в противофазе и взаимно компенсировались. Одновременно необходимо максимально сокращать отношения. Реально формовка лобовых частей может быть осуществлена с помощью специальной конструкции выступающих частей гильзы 6 (рис. 2), на которых лежат лобовые части обмотки. После укладки секций лобовые части закрепляются в заданном положении с помощью бандажа и пропиточного компаунда. Очевидно, что выполнение данного мероприятия повышает трудоемкость изготовления ТГ, но поскольку выпуск таких высокоточных элементов невелик, это обстоятельство не является определяющим.
Применение рассмотренных мероприятий на опытной партии ТГ с наружным диаметром 45 мм позволило снизить уровень пульсации до долей процента.

ВЫВОДЫ

  1. На пульсации э. д. с. ТГ большое влияние оказывает форма лобовых частей обмотки якоря.
  2. Форма э. д. с., наводимой в лобовых участках обмотки, в значительной степени повторяет конфигурацию этих участков.
  3. Улучшение формы э. д. с. в фазах ТГ и, следовательно, снижение пульсаций могут быть достигнуты за счет придания лобовым участкам обмотки конфигурации, близкой к прямоугольной.

Список литературы
1. Исследование бесконтактных тахогенераторов для электроприводов станков и роботов / Н. И. Лебедев, В. М. Гандшу, С. А. Беляева, Я. И. Явдошак // Бесконтактные электрические двигатели с полупроводниковыми устройствами. Л: ВНИИэлектромаш, 1985.

 
« Контроль качества производства работ при монтаже   Короткозамкнутые асинхронные двигатели с повышенным пусковым моментом »
электрические сети