ТРЕХФАЗНАЯ ДВУСЛОЙНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА Российский патент 1994 года по МПК H02K17/14 H02K3/28 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к полюсопереключаемым обмоткам электрических машин переменного тока, и может быть использовано при создании двухскоростных электрических машин.

Известна трехфазная полюсопереключаемая обмотка с отношением чисел пар полюсов P₁/P₂ = 5/6, состоящая из одинаковых катушек, число которых кратно 108 ^. P₁/5, соединенных в 50 катушечных групп и образующих в каждой фазе три ветви, причем во второй и третьей ветвях всех трех фаз катушечные группы соединены последовательно, а в первых ветвях - в две параллельные полуветви. Номера катушечных групп каждой ветви и числа катушек в катушечных группах заданы числовыми рядами. От начала первых ветвей и от концов вторых и третьих ветвей каждой фазы выполнены выводы. (авт.св. СССР N 964875, кл. H 02 K 17/14, 1981). Область применения этой обмотки ограничена числом катушек, кратным . Для подключения к сети и переключения чисел полюсов требуется три трехфазных выключателя с соответствующей блокировкой между ними.

Известна также трехфазная двухслойная полюсопереключаемая обмотка с отношением чисел полюсов 2P₁/2P₂ = 20/24, состоящая из одинаковых катушек, число которых равно · K, из P₁/10 одинаковых частей, содержащих каждая 96 катушечных групп, соединенных в 12 ветвей, в первой, второй, третьей ветвях катушечные группы соединены в две параллельные ветви, в ветвях с четвертой по двенадцатую катушечные группы соединены последовательно. Число катушек в катушечных группах, номера катушечных групп в ветвях обмотки заданы числовыми рядами. Обмотка соединена в звезду с шестью выводами, выполненными от начал первой, второй и третьей ветвей и от соединенных между собой по три вместе концов четвертой, седьмой и десятой ветвей, пятой, восьмой и одиннадцатой ветвей, шестой, девятой и двенадцатой ветвей [1].

В данной обмотке подключение к сети и переключение чисел полюсов обеспечивается двумя трехфазными выключателями, что упрощает схему электроснабжения и повышает ее надежность по сравнению с обмоткой, требующей использование трех трехфазных выключателей.

Область применения этой обмотки ограничена соотношением чисел полюсов 2P₁/2P₂ = 20/24 и числом катушек 81 · ·K.

Целью изобретения является расширение области применения полюсопереключаемой обмотки путем получения отношения чисел полюсов 2P₁/2P₂ = 10/12 и уменьшения амплитуд высших гармонических в кривой магнитодвижущей силы.

Для достижения этой цели трехфазная двухслойная полюсопереключаемая обмотка, состоящая из катушек, соединенных в 12 ветвей, причем начала четвертой, пятой, шестой ветвей соединены с концом первой ветви, начала седьмой, восьмой, девятой ветвей - с концом второй ветви, начала десятой, одиннадцатой, двенадцатой ветвей - с концом третьей ветви, в первой, второй и третьей ветвях катушечные группы соединены в две параллельные ветви, в ветвях с четвертой по двенадцатую катушечные группы соединены последовательно, от начал первой, второй и третьей ветвей и от соединенных между собой по три вместе концов четвертой, седьмой и десятой ветвей, пятой, восьмой и одиннадцатой ветвей, шестой, девятой и двенадцатой ветвей выполнены выводы, обмотка выполняется из L одинаковых катушек и N одинаковых частей, содержащих каждая 69 катушечных групп, причем числа катушек в катушечных группах, начиная с первой, соответствуют трижды повторенному ряду (4К,4К,2К,2К,2К, К,К,4К,К,К,К,К,2К,4К,4К,4К,К,3К,2К,К,К,К,К), соседние катушечные группы 2 и 3, 4 и 5, 5 и 6, 6 и 7, 8 и 9, 9 и 10, 11 и 12, 12 и 13, 17 и 18, 19 и 20, 20 и 21, 22 и 23, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28, 28 и 29, 29 и 30, 31 и 32, 32 и 33, 34 и 35, 35 и 36, 40 и 41, 42 и 43, 43 и 44, 45 и 46, 46 и 47, 48 и 49, 50 и 51, 51 и 52, 52 и 53, 54 и 55, 55 и 56, 57 и 58, 58 и 59, 63 и 64, 65 и 66, 66 и 67, 68 и 69, 69 и 1 включены согласно, все остальные соседние катушечные группы включены встречно, при N более 1 одноименные ветви всех частей обмотки соединены последовательно между собой, образуя 12 ветвей обмотки, от начал первой, второй и третьей ветвей обмотки выполнены выводы 2U1,2V1,2W1 для числа полюсов 2P₂, кратного 12, от соединенных между собой по три вместе концов четвертой, седьмой и десятой ветвей обмотки, пятой, восьмой и одиннадцатой ветвей обмотки, шестой, девятой и двенадцатой ветвей обмотки выполнены выводы 1U1,1V1,1W1 для числа полюсов 2P₁, кратного 10, упомянутые ветви содержат катушечные группы с порядковыми номерами в каждой части:
1-я ветвь - 40,63,17,52,29,6
2-я ветвь - 46,23,69,35,12,58
3-я ветвь - 55,9,32,66,20,43
4-я ветвь - 25,18,14,7,5
5-я ветвь - 2,64,60,53,51
6-я ветвь - 28,30,37,41,48
7-я ветвь - 47,45,39,36,34,26
8-я ветвь - 3,11,13,16,22,24
9-я ветвь - 49,57,59,62,68,1
10-я ветвь - 54,56,61,65,67,4
11-я ветвь - 50,44,42,38,33,31
12-я ветвь - 27,21,19,15,10,8, величины L и N рассчитываются по следующим формулам:
L =
N = , где 2Р₁ и 2Р₂ - числа полюсов обмотки; К - целое положительное число.

Изобретение иллюстрируется на примере трехфазной двухслойной полюсопереключаемой обмотки 2Р₁ = 10, 2Р₂ = 12, с числом катушек L 144, шаг катушки Y = 15.

На фиг. 1-6 представлена развернутая схема соединения данной обмотки (для удобства чтения схемы ряды соединительных перемычек обозначены номерами с 1 по 14); на фиг.7 - принципиальная схема соединения обмотки; на фиг.8 - принципиальная схема подключения обмотки к сети и переключения чисел полюсов.

Трехфазная двухслойная полюсопереключаемая обмотка с числом полюсов 2Р₁ = 10, 2Р₂ = 12 выполнена из L одинаковых катушек, где L = = = 144 , т.е. К = 1, число катушечных групп 69. На фиг.1-6 проставлены номера катушек с 1 по 144.

Поскольку К = 1, числа катушек в катушечных группах, начиная с первой, соответствуют трижды повторенному ряду 4,4,2,2,2,1,1,4,1,1,1,1,2,4,4,4,1,3,2,1,1,1,1.

На фиг.1-6 в зоне лобовых частей проставлены номера катушечных групп с 1 по 69.

Согласно изобретению соседние катушечные группы 2 и 3, 4 и 5, 5 и 6, 6 и 7, 8 и 9, 9 и 10, 11 и 12, 12 и 13, 17 и 18, 19 и 20, 20 и 21, 22 и 23, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28, 28 и 29, 29 и 30, 31 и 32, 32 и 33, 34 и 35, 35 и 36, 40 и 41, 42 и 43, 43 и 44, 45 и 46, 46 и 47, 48 и 49, 50 и 51, 51 и 52, 52 и 53, 54 и 55, 55 и 56, 57 и 58, 58 и 59, 63 и 64, 65 и 66, 66 и 67, 68 и 69, 69 и 1 должны быть включены между собой согласно, все остальные соседние катушечные группы - встречно.

На фиг. 1-6 катушечные группы, обозначенные номерами со штрихом, включены встречно с группами, имеющими номера без штрихов. Катушечная группа 1 (фиг. 1) обозначена номером без штриха. Группы 1 и 2 должны быть включены встречно, поэтому группа 2 (фиг.2) обозначена со штрихом. Группы 2 и 3 должны быть включены между собой согласно, поэтому группа 3 обозначается номером со штрихом. Группы 3 и 4 должны быть включены встречно, группа 4 обозначена номером без штриха. Группы 4 и 5 должны быть включены согласно, поэтому группа 5 обозначена номером без штриха. Далее на фиг.1-6 расставлены номера остальных катушечных групп со штрихами и без них по 69-ю группу включительно.

С учетом вышеуказанного включения катушечных групп выполнено их соединение в 12 ветвей (фиг.7).

Первая ветвь состоит из катушечных групп с номерами 40,63,17,52,29,6, причем группы 40,63,17 соединены в одну, а группы 52,29,6 - в другую параллельную ветвь.

Вторая ветвь состоит из катушечных групп с номерами 46,23,69,35,12,58, причем группы 46,23,69 соединены в одну, а группы 35,12,58 - в другую параллельную ветвь.

Третья ветвь состоит из катушечных групп с номерами 55,9,32,66,20,43, причем группы 55,9,32 соединены в одну, а группы 66,20,43 - в другую параллельную ветвь.

Ветви с четвертой по двенадцатую состоят из последовательно соединенных между собой катушечных групп со следующими порядковыми номерами:
4-я ветвь - 25,18,14,7,5
5-я ветвь - 2,64,60,53,51
6-я ветвь - 28,30,37,41,48
7-я ветвь - 47,45,39,36,34,26
8-я ветвь - 3,11,13,16,22,24
9-я ветвь - 49,57,59,62,68,1
10-я ветвь - 54,56,61,65,67,4
11-я ветвь - 50,44,42,38,33,31
12-я ветвь - 27,21,19,15,10,8.

Конец первой ветви соединен с началом четвертой, пятой и шестой ветвей, конец второй ветви - с началом седьмой, восьмой и девятой ветвей, конец третьей ветви - с началом десятой, одиннадцатой и двенадцатой ветвей.

От начал первой, второй и третьей ветвей выполнены выводы 2U1,2V1,2W1, а от соединенных между собой по три вместе концов четвертой, седьмой и десятой ветвей, пятой, восьмой и одиннадцатой ветвей, шестой, девятой и двенадцатой ветвей выполнены выводы 1U1,1V1,1W1.

При подключении к трехфазной сети выводов 1U1,1V1,1W1 обеспечивается режим работы с числом полюсов 2Р₁ = 10, при подключении выводов 2U1,2V1,2W1 - режим работы с числом полюсов 2Р₂ = 12 (фиг.8).

При числе полюсов 2Р₂ = 12 в схему включены все катушки, сопряжение фаз - звезда, шесть катушек в каждой фазе соединены в две параллельные ветви, остальные - в три параллельные ветви.

При числе полюсов 2Р₁ = 10 катушки, соединенные в две параллельные ветви, оказываются обесточенными, в схему включены оставшиеся 126 катушек, соединенные в каждой фазе в три параллельные ветви. Сопряжение фаз - звезда.

В контурах из катушек, соединенных в две параллельные ветви, уравнительные токи отсутствуют при обоих числах полюсов.

При 2Р₁ = 10 обмотка симметрична по фазам, при этом имеется небольшая несимметрия эдс по параллельным ветвям (угол между векторами эдс параллельных ветвей составляет менее 1 электрического градуса). Указанная несимметрия практически не влияет на характеристики машины.

При 2Р₂ = 12 обмотка полностью симметрична по фазам и параллельным ветвям.

Обмоточные коэффициенты распределения для основной гармоники составляют: К_Р10 = 0,918; К_Р12 = 0,898. Обмотка обеспечивает оптимальное использование активной зоны машины - отношение индукций в воздушном зазоре Вб₁₀/Вб₁₂ = 0,91.

Предлагаемая обмотка имеет лучший гармонический состав намагничивающей силы: амплитуды МДС высших гармоник, создающих провалы в кривой вращающего момента, опасные для запуска двигателя, в предлагаемой обмотке не превышают 6% от амплитуды МДС основной гармоники.

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет создать трехфазную полюсопереключаемую обмотку с соотношением чисел полюсов 2Р₁/2Р₂ = 10/12, с достаточно хорошим гармоническим составом кривой МДС при обоих числах полюсов, с высокими обмоточными коэффициентами.

Применение данной обмотки дает хорошие результаты в электродвигателях для привода механизмов с вентиляторным характером нагрузки (вентиляторы, насосы). Для этих механизмов требуемая мощность в режиме меньшей частоты вращения снижается по сравнению с мощностью в режиме большей частоты вращения пропорционально кубу отношения частот вращения. Вследствие этого плотность тока в катушках, включенных в две параллельные ветви в режиме 2Р₂ = 12 приблизительно равна плотности тока в катушках, включенных в три параллельные ветви в режиме 2Р₁ = 10. Обмотка может выполняться из одинаковых катушек, что упрощает производство мощных двухскоростных машин.

Машина с предлагаемой обмоткой имеет шесть концов, переключаемых двумя трехфазными выключателями, что повышает надежность схемы электроснабжения и удобство эксплуатации (особенно для высоковольтных электрических машин).

Таким образом предлагаемое техническое решение позволяет расширить область применения полюсопереключаемых обмоток и создать двухскоростные электрические машины с высокими технико-экономическими показателями.

Использование: при создании двухскоростных электрических машин. Сущность изобретения: обмотку выполняют из нескольких одинаковых катушек и нескольких одинаковых частей, включающих 69 катушечных групп. Числа катушек в указанных катушечных группах, начиная с первой, трижды повторены в виде ряда /4K, 4K, 2K, 2K, 2K K, K, 4K, K, K, K, K, 2K, 4K, 4K, 4K, K, 3K, 2K, K, K, K, K/. Соседние катушечные группы 2 и 3,4 и 5,5 и 6,6 и 7,8 и 9,9 и 10, 11 и 12, 12 и 13, 17 и 18, 19 и 20, 20 и 21, 22 и 23, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28, 28 и 29, 29 и 30, 31 и 32, 32 и 33, 34 и 35, 35 и 36, 40 и 41, 42 и 43, 43 и 44, 45 и 46, 46 и 47, 48 и 49, 50 и 51, 51 и 52, 52 и 53, 54 и 55, 55 и 56, 57 и 58, 58 и 59, 63 и 64, 65 и 66, 66 и 67, 68 и 69, 69 и 1 включены согласно, а остальное соседние катушечные группы - встречно. Одноименные ветви всех частей обмотки могут быть соединены между собой последовательно с образованием 12 ветвей. Три вывода обмотки для числа полюсов 2p₁ , кратного 10, образованы соединенными по три вместе концами 4-й, 7-й и 10-й ветвей, 5-й, 8-й и 11-й ветвей, 6-й, 9-й и 12-й ветвей обмотки. Для числа полюсов 2p₂ , кратного 12, выводы обмотки образованы началами 1-й, 2-й и 3-й ветвей. 8 ил.

ТРЕХФАЗНАЯ ДВУСЛОЙНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА двухскоростной электрической машины, состоящая из катушек, соединенных в 12 ветвей, при этом начала четвертой - шестой ветвей соединены с концом первой ветви, начала седьмой - девятой ветвей - с концом второй ветви, начала десятой - двенадцатой ветвей - с концом третьей ветви, в первой - третьей ветвях катушечные группы соединены в две параллельные ветви, в ветвях четвертой - двенадцатой - катушечные группы соединены последовательно, от начал первой - третьей ветвей и от соединенных между собой по три вместе концов четвертой, седьмой и десятой ветвей, пятой, восьмой и одиннадцатой ветвей, шестой, девятой и двенадцатой ветвей выполнены выводы, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения полюсопереключаемой обмотки путем получения отношения чисел полюсов 2p₁/2p₂ = 10/12 и уменьшения амплитуд высших гармонических в кривой магнитодвижущей силы, обмотка выполнена из L одинаковых катушек и N одинаковых частей, содержащих каждая 69 катушечных групп, причем числа катушек в катушечных группах, начиная с первой, соответствуют трижды повторенному ряду (4К, 4К, 2К, 2К, 2К, К, К, 4К, К, К, К, К, 2К, 4К, 4К, 4К, К, 3К, 2К, К, К, К, К), соседние катушечные группы 2 и 3, 4 и 5, 5 и 6, 6 и 7, 8 и 9, 9 и 10, 11 и 12, 12 и 13, 17 и 18, 19 и 20, 20 и 21, 22 и 23, 23 и 24, 25 и 26, 27 и 28, 28 и 29, 29 и 30, 31 и 32, 32 и 33, 34 и 35, 35 и 36, 40 и 41, 42 и 43, 43 и 44, 45 и 46, 46 и 47, 48 и 49, 50 и 51, 51 и 52, 52 и 53, 54 и 55, 55 и 56, 57 и 58, 58 и 59, 63 и 64, 65 и 66, 66 и 67, 68 и 69, 69 и 1 включены согласно, все остальные соседние катушечные группы - встречно, при N > 1 одноименные ветви всех частей обмотки соединены между собой последовательно, образуя 12 ветвей обмотки, от начал первой - третьей ветвей обмотки выполнены выводы 2U₁, 2V₁, 2W₁ для числа полюсов 2p₂, кратного 12, от соединенных между собой по три вместе концов четвертой, седьмой и десятой ветвей обмотки, пятой, восьмой и одиннадцатой ветвей, шестой, девятой и двенадцатой ветвей обмотки выполнены выводы 1U₁, 1V₁, 1W₁ для числа полюсов 2p₁, кратного 10, упомянутые ветви содержат катушечные группы с порядковыми номерами в каждой части: первая ветвь - 40,63,17,52,29,6; вторая - 46,23,69,35,12,58; третья - 55,9,32,66,20,43; четвертая - 25,18,14,7,5; пятая - 2,64,60,53,51; шестая - 28,30,37,41,48; седьмая - 47,45,39,36,34,26; восьмая - 3,11,13,16,22,24; девятая - 49,57,59,62,68,1; десятая - 54,56,61,65,67,4; одиннадцатая - 50,44,42,38,33,31; двенадцатая - 27,21,19,15,10,8, а величины L и N рассчитываются по следующим формулам: L = 144 · p₁ · K/5; N = p₁/5, где K - целое положительное число.