166782. lajstromszámú szabadalom • Tekercselés egyen- és váltakozóáramú kommutátoros villamosgépekhez
166782 A találmány szerinti differenciáltekercselési eljárás bemutatásához az ábrák szolgálnak. Példaképpen az 1. és 2. ábrán két azonos nagyságú vastest van ábrázolva. Az 1. ábra szerinti vastestet például egyetlen menet veszi körül. A vastest Y oldala legyen 5 cm, és az X oldala 10 cm, akkor a vastest területe 50 cm2. A vastestet körülvevő N huzal hossza 30 cm. Ugyanezt a vastestet a 2. ábra szerinti Z hornyokkal látjuk el. A hornyok legyenek elhanyagolható szélességűek. így 5 db 5 x2 cm-es Ax területeket kapunk. Tekercseljük körül a Ax vastestterületeket a 3. ábra szerint szintén egy menettel. A 3. ábrán a vastest külön nincs feltüntetve. A 3. ábra szerinti differenciális tekercselés egy An menete 10 cm2 vastestet, az egész vastest 1/ 5 -ét fogja körül. Így az egész vastest körültekercseléséhez 76 cm huzal szükséges a tekercsek bekötésére számított további 6 cm-rel együtt. Ez megközelítőleg 2,5-szer hosszabb huzal, mint az 1. ábrán levő huzal hossza. Példaképpen folyjon az 1. és 2. ábra szerinti vastest körül 100 amper áram. Az 1. ábra szerinti elrendezésnél 1 cm2 felületre 2 ampermenet/cm2 , míg a 2. ábra szerinti elrendezésnél 10 ampermenet/cm2 adódik. A 3. ábra szerinti elrendezésnél ezért ötször "nagyobb ampermenetszám adódik. Ahhoz, hogy a 2. ábra szerinti megoldásnál is négyzetcentiméterenként 2 ampermenet legyen, az áramot 100 amperről 20 A-ra kell csökkenteni. Azonos keresztmetszetű huzalt használva, az I2 R veszteség a következőképpen alakul, ha a huzal ellenállását példaképpen 10 cm-enként 0,01 £i-nak veszszük. Az 1. ábra szerinti elrendezésnél 100 A esetében 300 Watt és a 2. ábra szerinti elrendezésnél 20 amper áramnál 31 Watt. Vagyis egy nagyságrenddel kisebb a veszteség a 3. ábra szerinti differenciáltekercseléssel. Ha a 2. ábra szerinti 10 ampermenet/cm2 gerjesztést vesszük alapul és az 1. ábra szerinti tekercselésnél a gerjesztést 10 ampermenet/cm2 -re emeljük, az áramot (100 A) megtartva, a tekercs menetszámát 5-re kell emelni és így az ellenállása 0,15 Q lesz, a veszteségi teljesítmény pedig 1500 Watt. A 2. ábra szerinti elrendezésnél, ha az áram 100 amper, a veszteség 760 Watt. A 4. ábrának megfelelő elrendezésben egy kísérleti modellen vizsgáltuk a kommutációs helynek a pólusok alá való áthelyezését és az alábbiakat mértük. A 4. ábrán sematikusan egy rotor hurkos tekercselés egy része van egy É és D pólusok alatt elhelyezve. Az A és V tekercsrészek a semleges zónában az F és G kefékkel vannak rövidrezárva. Feltételezve, hogy az E és D pólusokban keltett fluxus iránya megfelelő, akkor a Lenz-törvény szerint az A, B, C, H, V tekercsrészekben a nyilakkal jelzett irányban elektromotoroserő indukálódik. Ha a pólusok fluxusát úgy állítjuk be, hogy (egy ideális mezőeloszlást feltételezve) az A tekercsben —4 V indukálódik, a V tekercsben +4 V lesz az indukált feszültség. B tekercsben — 3 + 1 = — 2, C tekercsben — 2 + 2=0 és H tekercsben — 1 + 3 = + 2 V elektromotoroserő keletkezett. A, B, C és H tekercsek eredő elektromotoros ereje — 2 + 0 + + 2 = 0-t ad, vagyis a kefék valóban az A és V tekercseket a semleges zónában zárják rövidre. Könynyen megállapítható az, hogy ha a keféket egy kollektorszelettel balra toljuk, a nem rövidrezárt te-5 kérésekben indukált feszültség — 4 — 2 + 0 = = — 6 V lesz. A semleges zóna körül a feszültségváltozás nagy. A 4. ábra szerinti pólusokat megtartva, az A, B, C, H és V tekercsek szélességét legalább a fe-10 lére csökkentve, az 5. ábra szerinti elrendezést kapjuk. Ha az előbbi feltételeket biztosítjuk, akkor az A tekercsben, mivel az É pólus felét fogja át, —2 V indukálódik. B tekercsben —1,5, C tekercsben — 1 + 1 = 0, H tekercsben +1,5 V és V te-15 kercsben +2 V, B, C és H tekercsekben indukált elektromotoroserő —1,5 + 1,5 = 0, vagyis az F és C kefék ismét a semleges zónában vannak. Látható az is, hogy a találmány szerinti differenciális tekercseléssel a példa esetében, ha a kefék egy kom-20 mutatorszelettel balra tolódnak, a keféken mérhető feszültség —2 — 1,5 + 0 + 1,5 = — 2 V. Ez 1/ s -n az előbbi példának és ezzel igazolható, hogy a feszültségváltozás a semleges zóna körül nem túlságosan meredek. Ez lehetővé teszi 4—5 kW-os se-25 gédpólusok nélküli gépek gyártását is. Az 5. ábra szerinti tekercselés még más formában is megoldható. A differenciáltekercselés találmány szerinti megoldásának lényege, hogy a kommutátor egymás-30 után következő szeletei között levő tekercsek, tekercsrész (ek) van(nak) kapcsolva oly módon, hffgy az egymást követő kommutátorszeletek közötti tekercsrész(ek) a gerjesztendő vastestből maximálisan 90 elektromos fokot fognak át. Továbbá a ta-35 lálmány szerint a tekercselés úgy van elrendezve a 90 elektromos fokon belül, hogy a vasmag hornyaiban levő tekercs(ek) menetei egyes fogakat és/vagy egyszerre több fogat is átfognak. Ez elsősorban attól is függ, hogy a 90 elektromos fokon belül hány ho-40 rony, illetve fog van a rotor vasmagjában. A találmány szerinti differenciáltekercseléssel megépített villamos gépek kommutációja nem a semleges zónában, hanem a pólusok legnagyobb vagy közel a legnagyobb 0 mágneses mezejében történik. Ez 45 azért előnyösebb, mert A0/At változás itt sokkal kisebb mint a semleges zóna közvetlen közelében. Ugyanakkor a kommutálás ebben a zónában azért lehetséges, mert a kommutáláskor rövidrezárt, egymás mellett fekvő kommutátorszeletek azonos, il-50 letve közel azonos feszültségen vannak. Ez a megoldás a konstrukció kialakításánál is több előnyt biztosít. Ilyen előny például, hogy a semleges zóna villamos gépeknél ismert kiszélesítése nem szükséges, a pólusok felületét 80—90%-ra lehet növelni, 55 továbbá több kilowattos gépeknél sem kell segédpólusokat alkalmazni, mert a pólustérben levő mezőváltozás viszonylagosan sokkal kisebb mint a pólusszéleken. A találmány szerinti tekercselésnél olyan meg-60 oldás is kialakítható, hogy a vasmag hornyaiban levő tekercsek, illetve tekercsrészek menetei több fogat vagy vegyesen egy és több fogat átlapolással úgy fognak át, hogy az előző, illetve következő tekercs menetei által is átfogott egy vagy több fogat 65 szintén átölelnek. Az átlapolás maximálisan fél 2
