Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів
Розглянутий стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів, його конструктивні та електромагнітні особливості і відмінності в порівнянні з серійним стартер-генератором. Рассмотрен стартер-генератор постоянного тока с неявнополюсным статором для тепловозов, его конструкт...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143251 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів / В.Д. Лущик, А.Ю. Варванський // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 21-24. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859838297999671296 |
|---|---|
| author | Лущик, В.Д. Варванський, А.Ю. |
| author_facet | Лущик, В.Д. Варванський, А.Ю. |
| citation_txt | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів / В.Д. Лущик, А.Ю. Варванський // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 21-24. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Розглянутий стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів, його конструктивні та електромагнітні особливості і відмінності в порівнянні з серійним стартер-генератором.
Рассмотрен стартер-генератор постоянного тока с неявнополюсным статором для тепловозов, его конструктивные и электромагнитные особенности и отличия в сравнении с серийным стартер-генератором.
A diesel locomotive DC starter-generator with an implicit-pole stator is considered, its design and electromagnetic characteristics and distinctions compared with a production starter-generator.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:36:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 21
УДК 621.313
В.Д. Лущик, А.Ю. Варванський
СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР ПОСТІЙНОГО СТРУМУ З НЕЯВНОПОЛЮСНИМ
СТАТОРОМ ДЛЯ ТЕПЛОВОЗІВ
Розглянутий стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів, його конструктивні
та електромагнітні особливості і відмінності в порівнянні з серійним стартер-генератором.
Рассмотрен стартер-генератор постоянного тока с неявнополюсным статором для тепловозов, его
конструктивные и электромагнитные особенности и отличия в сравнении с серийным стартер-генератором.
В свій час були виготовлені і дослідженні
декілька двигунів постійного струму різної
потужності, в яких якір залишався без змін, а статор
виконувався неявнополюсним (використовувалось
статорне залізо асинхронних машин) з несиметрично
розміщеною на половинах полюсних ділень між
поздовжньою і поперечною віссю обмоткою
послідовного збудження, яка вмикалась так, щоб
статорна обмотка разом із якірною обмоткою
створювали основний магнітний потік. Незважаючи
на те, що використовувались якорі серійних машин,
що не є оптимальним рішенням, ці неявнополюсні
двигуни показали вражаючі переваги перед своїми
серійними аналогами [1, 2, 3].
В зв’язку з неможливістю збільшити потужність
стартер-генератора 5ПСГ для тепловозів з 62кВт до
70кВт в тих же габаритах, як того вимагає замовник,
керівництво ВАТ "Електромашина", м. Харків, в 2008
р. прийняло рішення виготовити експериментальний
стартер-генератор з неявнополюсним статором. На
сьогодні такий стартер-генератор виготовлений і
досліджується.
Для розуміння відмінностей експериментального
стартер-генератора від серійного наведем деякі дані
серійного стартер-генератора.
Серійний стартер-генератор має довжину сталі
якоря, основних і додаткових полюсів 205=δl мм,
діаметр якоря 294=aD мм, діаметр корпуса 580 мм,
зазор під основними полюсами 2=δ мм, під
додатковими полюсами ( )27 +=δ мм. Число полюсів
і паралельних віток якоря 422 == ap . На основних
полюсах розміщена обмотка послідовного збудження
для стартерного режиму вагою 12кГ і обмотка
незалежного збудження – 45 кГ. Обмотка додаткових
полюсів має вагу 37 кГ, всього на статорі 94 кГ міді.
Число пазів якоря 46=aZ , число колекторних
пластин 138=k , секції одновиткові, число активних
провідників 276=aN .
При пусковому струмі, який повинен бути не
більшим ніж ,A2100=aI стартер-генератор створює
пусковий момент 2000=nM Нм.
Магнітний потік при цьому
,10167,2
21002276
2220002 2 Bб
pIN
M
Ф
aa
−⋅=
⋅⋅
π⋅⋅=π⋅α⋅=
Індукція в повітряному зазорі
719,0
5,204,29
10210167,210 424
=
⋅
⋅⋅⋅=
⋅
⋅⋅=
−
δ
δ lD
pФ
B
a
Тл.
В експериментальному стартер-генераторі
довжина заліза залишилась незмінною, діаметр якоря
збільшився до 332,4мм, число пазів якоря 48=aZ ,
число колекторних пластин 144=k , секції
одновиткові, число активних провідників 288=aN .
Число полюсів і паралельних віток 622 == ap ,
повітряний зазор 3,1=δ мм. Залізо статора – з
асинхронного двигуна ВАО5П280L4, внутрішній
діаметр 340=iD мм, зовнішній діаметр 520=
з
D мм.
На рис. 1 показана принципова електрична схема.
Рис. 1. Принципова електрична схема
стартер-генератора
При замиканні контакту К2 стартер-генератор
працює в стартерному (двигуновому) режимі. Струм
протікає по обмотці статора Д5-0, яка має активних
провідників 30
ст
=′N (двополюсна частина схеми
показана на рис. 2), а також по обмотці статора 0-А2
Рис. 2. Стартерна обмотка
22 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6
(рис. 3, обмотка зображена жирними лініями, напрям
струму в стартерному режимі показаний стрілками в
нижній частині пазів). Обмотка 0-А2 має активних
провідників 18
ст
=′′N .
При розмиканні контакту К2 і замиканні К1
стартер-генератор переходить в генераторний режим
роботи. Напрям струму змінюється в якірній обмотці і
в статорній обмотці 0-А2 (на рис. 3 напрям струму в
генераторному режимі показаний стрілками у верхній
частині пазів), а також протікає по статорній обмотці
Д2-Д1 (рис. 3). Обмотка Д2-Д1 має активних
провідників 30
ст
=N .
Рис. 3. Генераторна обмотка
Для підтримування незмінною напруги на
якірних генераторних виводах А1-Д1 при зміні
навантаження чи швидкості обертання якоря служить
обмотка незалежного збудження F1-F2 (рис. 4), яка,
щоб використовувати серійний реле-регулятор
напруги, повинна мати такий же опір збудження Rзб.,
як і в серійній машині.
Рис. 4. Обмотка незалежного збудження
В стартерному режимі роботи основний
магнітний потік, який направлений на поздовжній вісі
d, створюється спільною дією МРС обмотки якоря і
МРС стартерної статорної обмотки, яка складається із
двох обмоток: обмотки Д5-0 та обмотки 0-А2.
Максимальне значення МРС якірної обмотки
maxaqF :
2222222max ⋅⋅
⋅
=
⋅
⋅π⋅
⋅π⋅⋅
⋅
=τ⋅=
pa
IN
p
D
Da
IN
AF aaaa
aq (1)
Обмотковий коефіцієнт якірної обмотки,
оскільки вона рівномірно розподілена по всьому
полюсному діленню, вираховується як відношення
діаметра до половини довжини кола:
636,0
2
.об =
⋅π
⋅=
R
R
K
а
(2)
Діюче значення МРС якірної обмотки:
=⋅
⋅⋅
⋅
=⋅= 636,0
222.обmax pa
IN
KFF aa
аaqaq
a
a I
I
⋅=⋅
⋅⋅
⋅
544,2636,0
266
288
(3)
Максимальне значення МРС стартерної обмотки
– max.ст
F :
22
ст
max.ст ⋅
⋅
=
p
IN
F a (4)
Обмотковий коефіцієнт стартерної обмотки, яка
займає тільки половину полюсного ділення,
вираховується як відношення хорди чверті кола до
четвертини довжини кола:
9,0
45sin
2
об.ст =
⋅π⋅
⋅=
R
R
K
o
(5)
Діюче значення МРС стартерної обмотки:
( )
×
⋅
⋅+
=
=⋅
⋅
⋅
=⋅=
22
22
``
ст
`
ст
об.ст
ст
об.стст.maxст
p
INN
K
p
IN
KFF
a
a
( )
a
a I
I
K ⋅=⋅
⋅
⋅+
=× 6,39,0
26
1830
об.ст (6)
Вектори МРС якірної aqF і стартерної обмоток
ст
F утворюють між собою кут 135˚. Сума цих
векторів дає нам результуючу МРС повздовжньої дії
(по вісі d) dFF =рез. , яка й утворює основний
магнітний потік Ф0.
=⋅⋅=⋅=== 707,06,345sinст.рез a
o
aqd IFFFF
aI⋅= 544,2 (7)
На рис. 5 на 20-и зубцях статора (подвійне
полюсне ділення,
3
60
20 1 ==
p
Z
) показані напрями
струму aI стартерної обмотки і обмотки 0-А2 в
стартерному режимі.
Рис. 5. Стартерний режим
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6 23
Пази, в яких знаходяться 2 активних провідники,
позначені жирними лініями. На 16-и зубцях якоря
(
3
48
16 ==
p
Za ), які знаходяться під зубцями статора,
указані напрями струму якірної обмотки. Так як в
кожному пазу якоря лежить UП=6 активних
провідників, по яким протікає струм
62
aa
a
I
a
I
i == , то
в кожному пазу якоря маємо:
a
a
aап
I
I
iUF =⋅=⋅=
6
6П.
На рис. 5 у відповідності з напрямами струмів і
кількістю активних провідників в пазах побудовані
МРС якірної обмотки
аqF , МРС стартерної обмотки
ст
F і результуюча МРС dFF =рез , яка є
геометричною сумою магніторушійних сил
аqF і
ст
F .
В мить пуску, при n=0, згідно з ТЗ, струм стартер-
генератора не повинен перевищувати пусковий струм
серійного стартер-генератора, тобто І
а ≤ 2100А.
Використовуючи (7):
АFd 53422100544,2 =⋅=
Індукція в повітряному зазорі під час пуску:
Тл162,1
3,16,27,18,0
105342
8,0
10 3
мм
3
=
⋅⋅⋅
⋅=
δ⋅⋅⋅
⋅
=
−
μδ
−
δ kk
F
B d ,
де δk – коефіцієнт повітряного зазору, δk =1,7;
μk – коефіцієнт, що враховує збільшення опору
магнітопроводу, μk =2,6.
Магнітний потік в мить пуску:
Bб
p
lD
ВФ
a 2
44
1064,2
3
105,2024,33
162,1
10 −
−−
δ
δ ⋅=⋅⋅⋅=
⋅⋅
⋅=
Електромагнітний момент при пуску:
м254221001064,2
2
3
3
288
2
2 ⋅=⋅⋅⋅
π
⋅=⋅⋅
π
⋅= −
НIФ
p
a
N
M a
Експериментальні дослідження підтверджують ці
дані, пусковий момент збільшився порівняно з
серійною машиною на 27%.
В генераторному режимі роботи працюють
статорні обмотки А2-0 і Д2-Д1 (рис. 1). Обмотка А2-0
виконує роль компенсаційної обмотки, обмотка Д2-
Д1 працює частково теж як компенсаційна обмотка, а
також і як генераторна обмотка, роль якої полягає у
створенні основного магнітного потоку. Призначення
компенсаційної обмотки – обмежити появу
надмірного основного магнітного потоку і тим самим
зменшити величину ЕРС обмотки якоря при високій
частоті обертання якоря.
На кожному подвійному полюсному діленні
обмоток А2-0 і Д2-Д1 є 12 активних провідників для
компенсації якірної МРC – це симметрично розміщені
провідники по всьому полюсному діленні в пазах 1-
10, 3-8, 5-6, і на іншому полюсному діленні в пазах
11-20, 13-18, 15-16 (рис. 6). Провідники, що
залишаються в пазах 3-4 і 13-14 (всього 4
провідників) створюють МРС Fген., яка по
відношенню з нескомпенсованою МРС якоря Faq
знаходиться під кутом α=144˚ (рис. 6).
Рис. 6. Активні провідники в пазах статора і якоря
Тому, аналогічно (6):
=⋅
⋅
⋅
=⋅= .об.ген
.ген
.об.генmaxгенген 22
К
p
IN
KFF a
a
a I
p
Iр
⋅=⋅
⋅
⋅⋅
= 9,09,0
22
4
При номінальному генераторному струмі якоря
aI =682 А, аналогічно (7):
( ) =⋅⋅=−⋅== 59,09,0144180sinгенрез ad IFFF oo
АIa 337531,0 =⋅=
На рис. 7 на 20-и зубцях статора показані
напрями струму І
а
(пази, в яких знаходяться 2
активних провідники, позначені жирними лініями),
який створює МРС Faq, на 16-и зубцях якоря показані
напрями струму якірної обмотки, який створює МРС
Faq, і показана результуюча МРС dFF =рез .
Індукція в повітряному зазорі:
Тл173,0
3,11,17,18,0
10337
8,0
10 3
мм
3
=
⋅⋅⋅
⋅=
δ⋅⋅⋅
⋅
=
−
μδ
−
δ kk
F
B d
Тут μk =1,1.
Магнітний потік:
=⋅⋅⋅=
⋅⋅
⋅=
−−
δ
δ 3
105,2024,33
173,0
10 44
p
lD
ВФ
a
δ
−⋅= B210388,0
Рис. 7. Генераторний режим
24 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №6
ЕРС
а
Е в обмотці якоря при максимальній
швидкості обертання стартер-генератора:
.3,6210388,0
3
288
60
33003
60
2
ВФ
a
Nnp
Ea =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= −
Підтримування напруги генератора (U=110В)
незмінною при будь-якому навантаженні і при зміні
швидкості від n=1050 об/хв. до 3300 об/хв. забезпечує
обмотка незалежного збудження з допомогою реле-
регулятора напруги.
Обмотка незалежного збудження (рис. 4)
виконана із 2р концентричних котушкових груп, по
дві котушки в групі. Великі котушки кроком у1=7
мають число витків wk1=90, малі котушки кроком у2=5
виконані числом витків wk2=50. Така обмотка має
обмотковий коефіцієнт коб=0,9 і створює МРС F0,
показану на рис. 7. Навантаження на обмотку
незалежного збудження значно менше в
модернізованому стартер-генераторі порівняно з
серійним завдяки меншому повітряному зазору, а
також завдяки тому, що частина основного магнітного
потоку створюється спільною дією МРС обмотки
якоря і генераторної статорної обмотки.
В електричній схемі стартер-генератора
передбачені одновиткові котушки обмотки
додаткових полюсів 0-В1, які створюють МРС Fдод.
(рис. 7), необхідна величина якої експериментально
досліджується.
Загальна вага мідного проводу в статорі – 33 кГ,
тобто майже в три рази менша, ніж в серійній машині.
Потужність в експериментальній машині
збільшується до 70 кВт за рахунок збільшення
кількості комплектів щіток в півтора рази, а також
завдяки зменшенню електричних втрат в обмотках.
Так, для порівняння, втрати в обмотці якоря і
додаткових полюсів в серійній машині при струмі
,564AIa = 4333=
м
p Вт, а в експериментальній
втрати в обмотці якоря і обмотці А2-0 і Д2-Д1
3774=
м
p Вт, тобто на 13% менші.
В експериментальному стартер-генераторі
відсутній негативний вплив реакції якоря, який в
серійних машинах спотворює магнітний потік в
повітряному зазорі і діє розмагнічуючим способом.
Відпадає необхідність в додаткових полюсах.
Величину повітряного зазору приймають мінімально
можливою, виходячи з механічних умов надійності
обертання якоря.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Лущик В.Д. Двигатели постоянного тока с
неявнополюсным статором // Электротехника. – 1992. – № 8
– 9. – с. 14-17.
2. Лущик В.Д. Суміщені електричні машини та апарати .
К.: Техніка, 1993.-203 с. Мова рос.
3. Лущик В.Д. Електричні машини постійного струму з
новою системою електромагнітного збудження //
Електротехніка і електромеханіка. – 2008. – №2. – с. 39-41.
Поступила 20.08.2009
Лущик В’ячеслав Данилович, д. т. н., професор
Донбаський державний технічний університет,
кафедра "Електричні машини і апарати"
Україна , 94204, Алчевськ, пр. Леніна, 16
тел. 80964387409, e-mail:info@dmmi.edu.ua
Варванський Артем Юрійович
ВАТ "Електромашина", СКБ
Україна, 61016, Харків, вул. Муранова, 106
V.D. Luschik, A.Yu. Varvansky
A diesel locomotive DC starter-generator with an
implicit-pole stator
A diesel locomotive DC starter-generator with an implicit-pole
stator is considered, its design and electromagnetic
characteristics and distinctions compared with a production
starter-generator.
Key words – diesel locomotive, DC starter-generator,
implicit-pole stator, design and electromagnetic
characteristics
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143251 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:36:05Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Лущик, В.Д. Варванський, А.Ю. 2018-10-27T14:13:33Z 2018-10-27T14:13:33Z 2009 Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів / В.Д. Лущик, А.Ю. Варванський // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 6. — С. 21-24. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143251 621.313.17 Розглянутий стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів, його конструктивні та електромагнітні особливості і відмінності в порівнянні з серійним стартер-генератором. Рассмотрен стартер-генератор постоянного тока с неявнополюсным статором для тепловозов, его конструктивные и электромагнитные особенности и отличия в сравнении с серийным стартер-генератором. A diesel locomotive DC starter-generator with an implicit-pole stator is considered, its design and electromagnetic characteristics and distinctions compared with a production starter-generator. uk Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів A diesel locomotive DC starter-generator with an implicit-pole stator Article published earlier |
| spellingShingle | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів Лущик, В.Д. Варванський, А.Ю. Електричні машини та апарати |
| title | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_alt | A diesel locomotive DC starter-generator with an implicit-pole stator |
| title_full | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_fullStr | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_full_unstemmed | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_short | Стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| title_sort | стартер-генератор постійного струму з неявнополюсним статором для тепловозів |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143251 |
| work_keys_str_mv | AT luŝikvd startergeneratorpostíinogostrumuzneâvnopolûsnimstatoromdlâteplovozív AT varvansʹkiiaû startergeneratorpostíinogostrumuzneâvnopolûsnimstatoromdlâteplovozív AT luŝikvd adiesellocomotivedcstartergeneratorwithanimplicitpolestator AT varvansʹkiiaû adiesellocomotivedcstartergeneratorwithanimplicitpolestator |