Классификация бесконтактных электрических машин и их физическая структура, страница 11

Основной тип каскадных БЭМ—каскадный генератор, элект­рическая схема которого показана на рис. 7.24. Генератор состоит из двух машин: 1) возбуди­теля В—синхронного гене­ратора с явновыраженными полюсами и обмоткой воз­буждения ОВВ на статоре и обмоткой якоря ОЯВ на ро­торе; 2) основного генерато­ра Г, являющегося асинхрон­ным преобразователем час­тоты и содержащего на ро­торе распределенную пер­вичную обмотку ОГ1 и на статоре вторичную распре­деленную обмотку ОГ2. Об­мотки ОЯВ и ОГ1 замкнуты

Рис. 7.24. Электрическая схема каскадного дру ^на ДРУга С перекрещи-генератора              ванием фаз (инверсные об­мотки). Помимо возбудите­ля и генератора в машине обычно имеется подвозбудитель Л с по­стоянными магнитами на роторе и обмоткой якоря ОЯП на стато­ре, которая через выпрямительный блок ВБ и регулятор напря­жения РН питает ОВВ постоянным током.

Работает генератор следующим образом. При вращении ротора наводится ЭДС в ОЯП и по ОВВ течет постоянный ток, благодаря чему наводится ЭДС ОЯВ. Под действием этой ЭДС течет ток ротора в ОЯВ и ОГ1 с частотой:

где рв—число пар полюсов возбудителя; п.—частота вращения.

Ток ротора создает магнитный поток, вращающийся в возбуди­теле с частотой п относительно ОЯВ в сторону, противоположную направлению вращения ротора. Поток, создаваемый ОЯВ, таким образом, будет неподвижен относительно статора, как и в обычных синхронных машинах с внешними полюсами. Тот же ток ротора с частотой /р, протекая по ОГ1, создает поток Ф, вращающийся от­носительно ротора с частотой

За счет перекрестного соединения фаз обмоток ОЯВ и ОГ1 по­ток, создаваемый токами в ОГ1, будет вращаться в ту же сторону, что и ротор, поэтому частота вращения потока Ф относительно статора и обмотки ОГ2

П9(с)=п.ч(у)-\-п==п.(\-{-рв1рг).             (7.50)

Поток наводит в ОГ2 рабочую ЭДС с частотой

/г =/^»(с)/60 =п (рг + рв)/60.              (7.51)

Таким образом, частота /'г определяется суммой рг +рв и может иметь повышенные значения.

Выходная мощность генератора Рг > снимаемая с обмотки ОГ2, получается за счет мощности, передаваемой от ОЯВ через ОГ1 в ОГ2 трансформаторным путем без усиления, и мощности, пере­даваемой из ОГ1 в ОГ2 с усилением благодаря вращению ротора и преобразованию в электроэнергию подводимой механической энер­гии. Электромагитные мощности генератора Рг и возбудителя Рв связаны соотношением

Рв/Рг==Рз/(Рв+Рг).                (7.52)

откуда следует, что рационально иметь рг>рв. > "^ Недостаток конструкции каскадного генератора в цилиндриче­ском исполнении—громоздкость, так как роторы всех каскадов размещаются последовательно на об­щем валу. Это приводит к тому, что удельная масса генератора практиче­ски удваивается по сравнению, напри­мер, с аналогичным однокаскадным синхронным генератором.

Более компактной и легкой являет­ся торцовая конструкция каскадного генератора (рис. 7.25). Ротор генера­тора выполнен в виде диска, на одном торце которого размещается ОЯВ, а на другом ОГ1. Обмотки могут быть вы- рис. 7.25. Эскиз торцового кас-полнены стержневыми и короткозамк-     кадного генератора нутыми с наружной стороны. Роль прочностного и короткозамыкающего элемента выполняет обойма ОБ. Внутренние концы стержней обмоток ОЯВ и ОГ1 соединены короткими перемычками Л с перекрещиванием фаз. К ОЯВ через аксиальный зазор 61 примыкают полюсы возбудителя с ОВВ, а к ОГ1 через зазор 62 — выходная обмотка ОГ2 торцового типа, аналогичная обмотке якоря торцовой БЭМ (рис. 3.16).

Ротор в такой конструкции имеет малую длину и хорошее ис­пользование активных материалов. Благодаря наружной прочност­ной обойме и его малой длине частота вращения может быть боль­шой, что наряду с простотой и компактностью конструкции позво­ляет снизить удельную массу генератора.

Аналогичную конструкцию можно реализовать в цилиндриче­ском исполнении. Обмотка ОГ2 при этом размещается на внутрен­ней цилиндрической поверхности наружного статора, а обмотка ОВВ — на внутреннем статоре. Между наружным и внутренним статорами коаксиально с ними расположен цилиндрической ротор, закрепленный с одной стороны консольно в подшипниках. На его внутренней поверхности находится обмотка ОЯВ, а на наружной— обмотка ОГ1, инверсная по отношению к ОЯВ. Ротор отделен от внутреннего и внешнего статоров радиальными рабочими зазорами. В данном случае удается совместить возбудитель и основной гене­ратор в пределах общей длины активной зоны. Шихтованные сер­дечники генератора изготовляются из обычной листовой стали, в генераторе отсутствуют осевые силы магнитного тяжения. Глав­ный недостаток генератора связан с консольным креплением ро­тора и его невысокими скоростями.]

Каскадные генераторы находят ограниченное применение на транспортных установках и летательных аппаратах.

Генератор для железнодорожных систем, выполненный по типу машины, показанной на рис. 7.24, имеет следующие данные:

рг== 14 кВт; п== 900.. .3600 об/мин; т]=89% (при ?г =7,5 кВт);

т*=22 кг/кВт. Увеличением п можно добиться значительного сни­жения т*.

§ 7.7. Приближенный анализ и расчет асинхронных машин на основе одномерных уравнений электромагнитного поля

Развитый в § 7.4 подход к исследованию асинхронных машин с жидкометаллическим рабочим телом можно распространить на классические модели АМ и, таким образом, разработать не только простой и наглядный метод анализа основных процессов в АМ, но и схемы приближенного расчета основных показателей машин на базе одномерных уравнений электромагнитного поля—уравне­ний Максвелла и закона Ома в дифференциальной форме. При этом в основу описания АМ кладется дифференциальный метод, описы­вающий электромагнитные процессы в каждой точке активной зо­ны машины.