скими и электрическими свойствами. Все паяные соединения в обмотке сделаны твердым припоем и расположены в зонах, где радиальная составляющая магнитного поля минимальна. Для обеспечения качественной пайки всех элементов обмотки из высокочастотного провода разработаны специальный технологический процесс и комплект технологических приспособлений, обеспечивающих все операции пайки и ее контроль.

Особое внимание при проектировании обмотки якоря обращено на повышение ее механической прочности и жесткости, что характерно для разработок КЭМ. Для этого расстояние между стержнями обмотки в лобовой части сделано минимально возможным (с учетом технологичности и допустимого нагрева обмотки якоря). Между стержнями обмотки в лобовой части установлены клинья, снаружи лобовой части наложен бандаж из стеклоткани. Повышение жесткости обмотки достигнуто уменьшением ширины зубца пакета якоря. Принятые конструктивные решения обеспечили достаточно высокую прочность и жесткость конструкции обмотки.

Система охлаждения обмотки якоря - воздушная принудительная с разомкнутым циклом вентиляции. При разработке якоря с обмоткой, выполненной из высокочастотного провода, и с сердечником из титана возникла необходимость значительно интенсифицировать систему охлаждения якоря по сравнению с принятой системой охлаждения в обычных машинах. В связи с этим в схеме вентиляции обмотки якоря кроме аксиальных каналов в листах предусмотрено непосредственное охлаждение обмотки якоря потоком охлаждающего воздуха, проходящим аксиально в подпазовых вентиляционных каналах.

Интересны попытки создать конструкцию вращающегося якоря с использованием неметаллических материалов для корпуса якоря и вала. В этом случае можно избавиться от добавочных потерь, возникающих в корпусе якоря под действием вихревых токов в металле. Был изготовлен и успешно испытан под нагрузкой якорь генератора переменного тока мощностью 100 кВт, 3000 об/мин [1.9]. Бочка ротора этой КЭМ сделана из стеклопластика. Для укладки обмотки в теле ротора выфрезерованы пазы. Система аксиальных каналов позволила обеспечить охлаждение обмотки жидким азотом. Для восприятия центробежных сил на наружной поверхности якоря наматывался стеклобандаж. Концевая часть вала с помощью шлицево-го соединения сочленялась со стальными цилиндрическими 2Й

Рис. 1.11. Якорь униполярной КЭМ дискового типа

насадками, вращающимися в подшнпннках качения. Ротор успешно преодолевал критическую частоту вращения 1600 об/мин и с допустимыми вибрациями устойчиво работал при номинальной угловой скорости.

Якорь униполярных КЭМ может иметь различное конструктивное исполнение. На рис. 1.11 показана конструкция якоря дискового типа [1.10] электродвигателя мощностью 100 кВт, 1500 об/мин.

Для увеличения ЭДС диск 1 разделен на элементы, включенные последовательно. Диск изготовлен из титанового сплава, по обе стороны которого на изоляционных прокладках в радиальном направлении расположены 104 медных стержня. Концы стержней выведены на контактные пластины 2, размещенные на ва-лу и периферии якоря, как в обычных коллекторах. В варианте униполярной КЭМ цилиндрического типа согласно [1.10] якорь имеет 12 пар стержней, расположенных вдоль образующих и выполненных из меди прямоугольного сечения. С торцевых сторон якоря установлены контактные кольца, число которых равно количеству стержней. С помощью щеток пары стержней соединены последовательно.

1.2.5. Скользящий контакт

Подвижные контакты служат важными составными конструктивными элементами КЭМ. В схеме с вращающимся криостатом необходимо передавать на ротор ток возбуждения сверхпроводниковой обмотки. В этом случае применяют контактную пару, разработанную для турбогенераторов традиционной конструкции. Контактные кольца для повышения износостойкости обычно изготавливают из стали, используют угольно-графитные щетки. Следует иметь в виду, что ток возбуждения в КЭМ, выбираемый по условиям оптимизации токоввода и сверхпроводнико-вой обмотки, в настоящее время не превосходит 2000 А. Однако для работы скользящего контакта в цепи сверхпроводниковой обмотки выдвигаются дополнительные требования, которые не допускают возникновения пульса-ционных ЭДС из-за неровности поверхности контакта или биения щеток. Как показали исследования, такие пульсации напряжения в цепи возбуждения могут приводить к ложному срабатыванию системы защиты сверхпроводниковой обмотки ротора.

В КЭМ с неподвижной обмоткой индуктора необходимо передавать через контакты полную мощность вращающегося якоря. Наибольшие значения токов, достигающие 24

сотен килоампер, имеют униполярные машины, так как их номинальные напряжения ниже, чем у разноименно-полюсных машин такой же мощности. В частности, размеры контактного узла в крупных униполярных двигателях становятся значительными и создание надежного скользящего контакта представляет серьезную научно-техническую проблему.

Конструкция униполярных машин предопределяет необходимость работы скользящего контакта в условиях воздействия сильного магнитного поля, что может приводить к увеличению потерь и износа.

Наиболее разработаны контактные устройства для униполярных генераторов, роторы которых вращаются с постоянной угловой скоростью. Разработаны контактные системы с использованием сплава жидких металлов натрия и калия [1.11].

Для тихоходных и реверсивных двигателей затруднительно использовать центробежный эффект, на основе которого работает жидкометаллический контакт, поэтому поиски конструкторов и исследователей были направлены на создание контактной пары на основе твердых скользящих элементов.

Работы, проведенные в СССР и за рубежом в последние годы [1.12-1.14], привели к созданию скользящего контакта с плотностью тока на порядок выше, чем у обычных электрографитных щеток.

Наиболее сложной оказалась задача обеспечения надежной работы твердой контактной пары в магнитном поле напряженностью более 160 кА-м. Наличие внешнею магнитного поля обусловливает существенную неравномерность распределения тока по сечению щеток, возникающие при этом высокочастотные механические колебания способствуют их повышенному износу.

Были разработаны щетки новых конструкций: роликовые, углеволокнистые, металлические, эластичные п металлические монолитные. Основные параметры разработанных контактных пар приведены в табл. 1.1.

Наиболее перспективным можно считать металлический скользящий контакт с активной смазкой (бальзамом), который разрабатывался специально для КЭМ. Работа контактной пары основана в нем на принципе образования в контактной зоне высокоэлектропроводных пленок, возникающих из-за взаимодействия материала контактных элементов и смазок с активными присадками. Конструкция контактного устройства с металлическими щетками прак-

Таблица 1.1. Параметры контактных пар для КЭМ

тически не отличается от обычной. Контактная смазка может подаваться по специальным канавкам или с помощью .смачиваемых манжет из фетра или пористого материала. Расход бальзама при работе контакта незначительный.

Для тихоходных электродвигателей с окружной скоростью скользящей поверхности до 20 м/с могут быть рекомендованы металлические монолитные щетки из меди или ее сплавов. Для криотурбогенераторов, в том числе и униполярных, целесообразно применять металлические эластичные щетки, выполненные из пучков медной проволоки. Контактные кольца в этом случае следует делать стальными.

При создании КЭМ постоянного тока с коллектором возникает задача подбора контактной пары с высокой коммутирующей способностью, так как в КЭМ желательно обойтись без добавочных полюсов, чтобы не увеличивать расстояние между сверхпроводниковой обмоткой возбуждения и обмоткой якоря и повысить магнитную индукцию. Проведенные исследования [1.12] показали, что такую задачу следует решать с помощью щеток с углево-локнистыми накладками. Накладки толщиной 1,5-2,0 мм, расположенные на сбегающем и набегающем краях щетки, обладая различной проводимостью по продольной и поперечной осям, увеличивают сопротивление коммутирующего контура, не меняя общего сопротивления щетки по продольной оси. Такая конструкция щеток в сочетании с малой индуктивностью коммутирующих секций (из-за отсутствия ферромагнитных сердечников и зубцов на якоре) позволяет отказаться от применения добавочных полюсов.

1.2.6. Криостат

Для неподвижного криостата в ряде исполнений КЭМ типична конструкция, реализованная в электродвигателе постоянного тока 200 кВт (рис. 1.12). Криостат со сверхпроводниковой обмоткой возбуждения показан в разрезе на рис. 1.13. Он состоит из соосно расположенных цилиндров из нержавеющей стали, образующих корпус / криостата, заполненный жидким гелием -сосуде с размещенными в нем . сверхпроводниковы м и катушками 3 системы возбуждения, и систему экранно-вакуумной тепловой изоляции, включающей азотный экран и вакуумные промежутки. Азотный экран расположен между гелиевым сосудом 2 и 7<орпусом криостата 1 и состоит из двух частей: заливной ванны 4 и дисков 5, соединенных с мед-

Рнс. 1.12. Криостат двигателя постоянного тока

Рис. 1.13. Криостат со сверхпроводниковой обмоткой возбуждения