ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKI EJ S e r i a : ELEKTRYKA z . 28
_________1972 Nr k o l . 357
UERZY KUBEKl. TADEUSZ ŚLINKA I n s t y t u t M e t r o l o g i i
i Maszyn E le k t r y c z n y c h
UNIWERSALNY SILNIK KOMUTATOROWY MAŁEJ MOCY Z GŁADKIM WIRNIKIEM
S t r e s z c z e n i e . V a r t y k u l e przedstawiono k o n s tr u k o ję i c h a r a k t e r y s t y k i s i l n i k a KASB 70/3'0 z gładkim w i r n ik ie m .ic tó - r y j e s t wykorzystany do napędu mechanizmów sty o z n ik a APU50, ponadto przeprowadzono porównanie parametrów 1 c h a r a k t e r y sty k e le k tro m ec h a n ic z n y c h s i l n i k a KASB 7 0 / 3 0 z w irnikiem żłobkowym i w irn ik ie m g ładkim .
1 . C h a r a k te r y s ty c z n e oeohy maszyn prądu s t a ł e g o z gładkim w irnikiem
Z a in t e r e s o w a n ie maszynami prądu s t a ł e g o z gładkim w i r n i k i e m ,d z i ę k i loh doskonałym w ła sn o ścio m , j a k i c h n ie p o s i a d a ją maszyny w wykonaniu normal
nym z w irn ikie m żłobkowym j e s t c o r a z t o w i ę k s z e . Pomysł stosow ania te g o r o d z a ju maszyn b y ł znany od dawna [ 1 ] , z o s t a ł jednak zarzuoony głównie z powodu t r u d n o ś o i mooowania i iz o lo w a n ia uzwojeń na gładkim c y l i n d r z e w ir
n i k a . Nowe wymagania staw iane maszynom prądu s t a ł e g o , znajdującym z a s t o sowanie w układaoh a u to m aty czn ej r e g u l a c j i odnośnie s z y b k o ś c i d z i a ł a n i a , z ak re su 1 d o k ł a d n o ś c i r e g u l a c j i p r ę d k o ś c i ob rotow ej oraz niezaw odności pracy ze względu na k o m u ta o ję , ja k również rozw ój t e c h n o l o g i i m ateriałów i z o l a c y j n y c h {włókna s z k l a n e , masy p l a s t y c z n e , l a k i e r y epoksydowe l t p . ) u m o ż liw ia ją c y c h k l e j e n i e uzw ojenia na w i r n i k u , spowodował ponowne z a i n t e re sow an ie s i ę zapomnianym ju ż pomysłem maszyny prądu s t a ł e g o z gładkim w i r n ik ie m .
- Rozwój maszyn e l e k t r y c z n y c h te g o typu zapoczątkowała firm a ja p ońska Y as- kawa, k t ó r a w yp u ściła na rynek c a ł ą s e r i ę maszyn prądu s t a ł e g o m ałej mocy z gładkim w irnikiem typu M i n e r t i a [ 2 ] , [ 3 ] , [ 4 ] ( t a b e l a 1 >.
Za J a p o n i ą p o szło c a ł y s z e r e g fir m w ZSRR, USA i k r a j a c h Europy Zachod
n i e j budująo ju ż maszyny zn a cz n ie w ię k sz e j mocy-do 1200 kw[5] .Również I w P o l s c e , w Zakładaoh K o nstrukoyjno-D ośw iadozaln ych Przemysłu Maszyn E le k t r y c z n y c h KOMEL były prowadzone próby z maszyną tego typu ś r e d n i e j mocy
318 J . Kubek, T . Glinka
T a b l i c a 1
Typ ' MM-304 MM—6 EM MM-19EM MM-25M MM-0 'mm-ioo MM—200
Pn kW © ,09 0 , 1 8 0 , 3 9 0 , 7 5 1 , 5 3 , 0 6 , 0
n Q obr/m in 3000 3000 30 00 3000 3000 3000 30 00
saS2 0 , 2 9 0 , 5 8 1 ,2 4 2 , 4 4 , 8 9 ,6 19
Un 7 25 3 4 , 5 6 3 83 1 4 6 ,5 1 0 6 ,5 108
*n A 5 , 7 7 , 1 7 , 8 1 0 , 8 1 1 , 8 3 1 , 8 6 1 , 1
I t mH 0 , 1 6 0 , 2 1 0 , 5 9 0 , 4 4 0 , 4 4 0 , 6 7 0 , 4 6
GD2 kGom2 2 , 4 5 6 , 2 5 16 31 7 6 , 3 172 530
T/elfie oh m3 4 , 9 4 , 4 4 , 9 4 , 0 4 , 4 4 , 4 4 , 9
i? % 6 3 7 3 , 5 79 84 8 7 ,4 8 8 ,4 91
masa kg 10 18 26 32 50 75 115
U w a g i bez w e n t y l a c j i ‘ z w e n ty l a o ją
Główną z a l e t ą maszyn z gładkim w irn ikie m j e s t bardzo mala e le k tro m e c h a n i c z n a s t a ł a czasowa ( Te i meCh < 5 a s ) oraz duża p r z e c i ą ż a l n o ś ć momentem dochodząca do 10 M^. G ład k i w ir n ik s tw a r z a możliwość konstruow ania maszyn o m n i e j s z e j o b j ę t o ś c i w i r n i k a przy zn aczn ie mniejszym stosu nku je g o ś r e d n i c y do d ł u g o ś c i bez obawy p o g o rs z e n ia warunków k o m u t a c j i . Z m n iejsz en ie ś r e d n i c y o b n iż a w sposób zasa d n icz y moment b ezw ład ności m aszyny,a tym s a mym i e le k tr o m e c h a n ic z n ą s t a ł ą czasową.
Wydłużenie w irn ik a spowodowałoby w maszynie o normalnym wykonaniu pogor
s z e n ie w ł a s n o ś c i komutaoyjnyoh wskutek zw iększenia l n d u k c y jn o ś c i zezwo- Jów komutująoyoh.
W maszynie z gładkim w irnikiem indukoyjnośó zezwojów komutujących z powo
du braku zębów j e s t je d n ak bardzo m ała, d z i ę k i czemu s t r e f a b e z is k ro w e j kom u tao ji j e s t 2 - 4 ra z y s z e r s z a n i ż u maszyn z w irnikiem żłobkowym [7] « W tyo h warunkach względy komutacyjne nie l i m i t u j ą d ł u g o ś c i tw o r n ik a . Do
bre w ł a s n o ś c i komutacyjne u m o ż liw ia ją dopuszczenie dużych p r z e c i ą ż e ń ma
szyny.
W maszynach prądu s t a ł e g o z gładkim w irnikiem p rak ty o zn ie nie w ystępu ją p u l s a o j e s t r u m i e n i a , a tym samym i momentu. Posiada to s z c z e g ó l n i e duże zn a cz e n ie d la pracy s i l n i k a przy m ałej p rę d k o ś c i o b r o t o w e j, kiedy zależy na dokładnym u sta w ie n iu tw ornika w dowolnym p o ło ż e n i u .
Duża s z c z e l i n a w maszynach z gładkim wirnikiem powoduje z j e d n e j stro n y małe z n i e k s z t a ł c e n i a pola pod biegunami głównymi wskutek oddziaływania tw o r n i k a , z d r u g i e j jednak stro n y wymaga dużego przepływu magnesującego
Uniwersal ny s i l n i k komutatoroviy malej mocy z gładkim wi rni kiem_________ 319
s t o j a n a ©w, zn aczn ie większego n iż w maszynaoh z w irnikiem żłobkowym. W k onsekw enoji tego z n i e k s z t a ł c e n i e pola pod biegunami głównymi J e s t n i e w i e l k i e . Maksymalne n a p i ę c i e międzywyolnkowe J e s t o około 20® m n ie jsz e n i ż u maszyn w normalnym wykonaniu.
Wskutek b a r d z i e j równomiernego r o z ł o ż e n i a p o t e n o ja ł u na kom utato rze oraz d z i ę k i lepszym własnośoiom komutaoyjnym z a k r e s r e g u l a c j i p rę d k o ś o l obro
tow ej w maszynaoh z gładkim w irnikiem J e s t w ię k sz y .
W iele z ja w is k w ystępu jąoych w maszynaoh prądu s t a ł e g o z gładkim w irnikiem r ó ż n i s i ę od a n a l o g i c z n y c h z ja w is k zachodzących w maszynach z w irnikiem żłobkowym. Przy I c h p ro je k to w a n iu n a t r a f i a s i ę więc na n a s tę p u ją o e zagad
n i e n i a , k t ó r e wymagają J e s z o z e odpowiedniego r o z p ra c o w a n ia :
a ) wybór n a j b a r d z i e j odpowiedniego sposobu 1 t e c h n o l o g i i wykonania uzwo
j e n i a ,
b ) z a b e z p i e c z e n i a m echanicznej w y trzy m ało ści uzw ojenia ułożonego na g ła d kim w i r n i k u ,
o ) u w zg lę d n ien ie n i e j e d n o r o d n o ś c i przytwołnlkowego pola magnetycznego w s t r e f i e międzybiegunówej na s t r a t y dodatkowe w m iedzi uzw ojenia itwornlł*- k a ,
d ) wybór op tym alnej g e o m e t r i i w irn ik a ( d ł u g o ś c i 1 ś r e d n i o y l ,
e ) o b l i c z a n i e In d u k o y jn o ś o l zwojów komutująoyoh 1 zap ro je k to w a n ie p r z e p ł y wu biegunów pomoonlozyoh.
Z podanego k r ó t k i e g o przeglądu n le k t ó r y o h w ł a s n o ś c i maszyn prądu s t a ł e g o wynika oelowośó stosow ania te g o r o d z a ju k o n s t r u k o j l w maszynaoh m ałej mo- oy głównie z powodu uzyskan ia dobryoh w ła s n o ś o l dynamloznyoh, um ożliwia
j ą c y c h stoso w an ie l o h w układaoh autom atyoznej r e g u l a c j i , a w maszynaoh dużej mooy z powodu z a s a d n lo z e j poprawy lo h w ła s n o ś o l kom utaoyjnyoh.
P rzed staw io no sposoby zmian w ła s n o ś o l maszyny przez zastoso w anie g ł a d k i e go w irn ik a zamlaat żłobkowego na p r z y k ł a d z ie s i l n i k a komutatorowego u n i w ersalnego o szeregowym p o łą c z e n iu uzwojeń wzbudzenia 1 tw o r n lk a , z a s t o sowanego do napędu s t y c z n i k a APU50. Stosowany dotyohozas do tego oelu s l >
n lk typu KASB 7 0 / 3 0 , p rtjd u k o jl Zakładu BESEL w Grzegu, n ie s p e ł n i a ł Ju ż warunków d o ty c z ą c y c h czasu z a ł ą o z a n l a s t y c z n i k a .
2 . K o n s t r u k c ja s i l n i k a z gładkim w irnikiem o raz porównanie oharakterystyk.
z s i l n i k i e m w wykonaniu klasycznym
K o n st r u k o ję s i l n i k a z gładkim w irnikiem - z uwagi na je g o prze zn acze
n ie - o p a rto na s i l n i k u KASB 7 0 / 3 0 . Je g o elementy t a k i e J a k : s t o j a n , ko
m u ta to r , t a r c z e łożyskow e, w ałek^ło żyska determ inowały więo główne wymiary s i l n i k a . Można b y ło zmleniaó je d y n i e długośó s z c z e l i n y , a tym samym 1 ś r e d n i c ę w i r n i k a .
Na r y s . 1 podano wymiary b lao h s t o j a n a 1 w irnika nowego s i l n i k a .
- Do obydwu s t r o n p a k i e t u w irn ik a d o k lejo n o użłubkowane k r ą ż k i t e k s t o l l - towe ( r y s . 2 ) , k t ó r e iz o lo w a ły w y j ś c i e o z ó ł uzw ojenia od p a k i e t u b laoh w i r n i k a , a j e d n o c z e ś n i e sta n o w iły r o d z a j szablonu do układ an ia u z w o je n ia .
320 J . Kubek, T . Glinka
R y s . 1 . B la ch a s t o j a n a i w irn ika s i l n i k a KASB 7 0 / 3 0 z w irnikiem gładkim
'v M ~ i
Uzwojenie twornika z o s t a ł o p r z y k le jo n e do warstwy i z o l a c y j n e j o g r u b o ś c i 0 , 2 mm n a ło ż o n e j na gładkim c y l i n d r z e w i r n i k a . Rozm ieszczenie uzw ojenia na obwodzie wir
nika i u k s z ta łto w a n ie o z ó ł podano na r y s . 3 . Z d j ę c i e uzwojonego w irn ik a przed za
bandażowaniem przedstawiono na r y s . 4 . Na uzwojony w irn ik nałożono 3 warstwy banda
ża szklanego o ł ą o z a e j g r u b o ś c i 0 , 6 mm.
W c e l u porównania w łaśo iw o śo i s i l n i k a KASB 70/3© w wykonaniu klasyoznym i z
;ładkim w irnikiem wykonano o a ły s z er e g pomiarów l a b o r a t o r y j n y c h , z k t ó -
•yoh w y n ik a ją n a s t ę p u ją c e w n io s k i :
I. E lektrom agnetyczna s t a ł a czasowe uzwojenia tw ornika z m n i e js z y ła s i ę po zastoso w aniu w irn ik a g ła d k ie g o z 2 , 7 ms do 0 , 6 ms.
R y s . 2 . Żłobkowany preszpan słu żąoy ja k o sz a b lo n do u ło ż ę
n ia uzw ojenia w irn ik a •
Uniwersal ny s i l n i k komutatorowy mał ej ¡nocy z gładkim wi rni ki em 321
z = »
R y s . 3 . U k sz ta łto w a n ie uzwojeń na pow ierzch n i w irn ik a
2 . Elektro m agnetyczna s t a ł a czasowa uzw ojenia s t o j a n a ( z w =
= 500 zwojów Rw = 1 5 , 5 £ ł ) z w irn ik ie m żłobkowym wynosi 9 , 4 ms, a z w irnikiem gładkim 3 , 2 ms.
3 . Moment rozruchowy s i l n i k a z gładkim w irn ik ie m w z r ó s ł o 0- k o ło 2 0 $ . Wzrost te n spowodowany j e s t wzrostem prądu r o z ruchowego (o około 5555) zm niejszen iem k ą ta p r z e d u n l ę c ia fazowego między prądem tw ornlka i s tr u m ie n ia wzbudzenia ( z m n i e js z y ł s i ę z 3 0 ° na 3 ° ) . P rz e z z m n i e js z e n ie r e z y s t a n c j i uzw ojenia wzbudzenia można uzyskać ró w nież w zrost mo
mentu rozruchow ego. 1 ta k np. z m n i e js z e n ie r e z y s t a n c j i do połowy (Rw = 7 ,7 £ 2 ) przy t e j samej l i c z b i e zwojów d a je w zrost momentu rozruohowego o 6 0 $ .
4 . J a k wynika z c h a r a k t e r y s t y k I ( t ) i n ( t ) z d j ę t y c h d la oby
dwu wykonań w irn ik a s i l n i k a n ie o b c ią ż o n e g o i obciążonego mechanizmem s t y c z n i k a APU50 przy skokowym z a ł ą o z e n iu na
p i ę c i a z a s i l a n i a ( r y s . 5 , 6 ) , w ł a s n o ś c i dynamiczne s i l n i ka z w irn ik iem gładkim są znaoznle l e p s z a . W r e z u l t a o i e te g o przez z a s t o sowanie s i l n i k a z w irnikiem gładkim u zy sk u je s i ę s k r ó c e n i e czasu z a ł ą c z e n i a s ty o z n i k a o o ko ło 2 0 $ .
R y s . 4 Uzwojony
w irn ik
322 J . Kubek, T . Ś l i n k a
R y s . 5 . C h a r a k t e r y s t y k i rozruchowe I ( t l i n ( t ) przy z a s i l a n i u napięciem przemiennym 220 V 1 przy s i l n i k u nieobolążonym. C h a r a k t e r y s t y k i dotyozą s i l n i k a o parametraoh uzw ojenia wzbudzenia zfl = 500 zwojów* Rw = 1 5 ,5 Q
Uniwersalny s i l n i k komutatorowy mał ej mocy z gł adki m wi rni ki em 323
R y s . 6 . C h a r a k t e r y s t y k i rozruchowe I ( t ) 1 n i t l przy z a s i l a n i u napięciem przemiennym 220 V 1 przy s i l n i k u obciążonym meohanizmami s ty c z n ik a APU50.
C h a r a k t e r y s t y k i d o ty czą s i l n i k a o param etrach uzw ojenia wzbudzenia z =
= 500 zwojów, Rw = 1 5 , 5 0
LITERATURA
1 . Arnold E . , La Cour J . L . : - Gleiohstrom m asohin e D r i t t e A uflage V e rla g
•von S p r i n g e r i n B e r l i n 1927 r .
2 . Serwomotory prądu s t a ł e g o z besżłobkowym w ir n ik ie m . Min er t l a firmy ł a s kawa, Moskwa 1952 r .
3 . Fokuda T e r y y u k i : M i n e r t i a m otor. I r . d u s t r . E l e c t r . 1 9 6 3 , nr 6 .
4 . Moteur M i n e r t i a - l e moteur a GD^ e xtrem en t f ä l b l e . P ro sp ek t 3rown-Bo- v e r i 3aden 6 , 1 9 6 4 , 3
.
1 - 9 .3 2 4
J . Kubek, T . Gl inka 5 . iaÜHmTaÜH M.E. - Mamana DocToaHHoro ToKa 6oJibmofl mohihoctm c raajtKHM a x opeu. flHCcepTauHa KTH. JleHHHrpaj; 1 9 7 0 , HayaHc HCCJieÄOBaTejibHHä mhcth- TyT 3jieKTpOMeXaHHKH.
6 . Roch P . , Spyrka A .s.T w o rn ik maszyny prądu s t a ł e g o z uzwojeniem umiesz
czonym na p r a k t y c z n ie g ł a d k i e j c y l i n d r y c z n e j pow ierzch n i.I& ten t nr 5997.
7 . Eopymieo B . C . , TojixyHOB B „ n . f Gjikchhc B.W. - MamMHbi noCTOHHHoro TOKa c HsuarHHTHUM aKTHBHbiu cjio e u . SaeKTpoT'exHMKa 1966 N° 1,
yHMBEPCAJIbHLÍl KOJIJIEKTPOHÜM 3JIEK TPO Ä BH rA TEJIb MAJIOM MOUHOCTM 0 rJIAflKMM flKOPEM
P e 3 u M e
B C T a T b e n p e x c T a B J i e H L i K O H C T p y K m i a u x a p a K T e p a c T H K n j B K r a T e j i a uaaofi Mom- HOCTH KASB 70/30 c raajKHM a x o p e u , KOTopuił H cn oabsy eT ca jpna npHBOja uexaHHB- ua BhiKJicaaTeaa A P U -5 G . Kpc u e s To ro npaBe^eHo cpaBHeuae saeETpoMexauawec- KKX x a p sK T epHCTHE jBHraTejiH KASB 7 0 / 3 0 c rJiajKHM axopeu h anopeu c na3a»in.
THE UNIVERSAL SMALL COMMUTATOR MOTOR WITH SMOOTH ROTOR
S u m m a r y
C o n s t r u c t i o n and c h a r a c t e r i s t i c o f the KASB 7 0 /3 0 motor w ith smooth ro
t o r i s p r e s e n te d in th e p a p e r . The motor i s employed f o r d r i v i n g APU 50 o o n ta o t o r mechanisms. P a ra m e te rs and e le c t r o - m e o h a n i o a l o h a r a o t e r l s t i o s o f th e KASB 7 0 / 3 0 motor w ith smooth r o t o r and s l o t r o t o r a r e compared.
