ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК H02K17/04 

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к однофазным асинхронным двигателям.

Известны однофазные электродвигатели, содержащие магнитопровод статора, в пазах которого размещена однофазная обмотка, состоящая из нескольких смещенных в пространстве частей, соединенных по различным трансформаторным либо автотрансформаторным схемам.

Известен однофазный электродвигатель, на статоре которого размещены главная, пусковая и вспомогательная обмотки, причем угол пространственного смещения осей главной и пусковой обмоток составляет 90 эл. град. а вспомогательная обмотка трансформаторно связана с главной обмоткой [1]
Известен однофазный асинхронный двигатель с двумя пространственно смещенными и трансформаторно связанными обмотками на статоре, причем обмотки статора соединены по схеме автотрансформатора [2, 3]
Известен однофазный электродвигатель, содержащий несколько соединенных электрически и смещенных в пространстве частей и цепочку, шунтирующую несколько частей при пуске, при этом части обмотки расположены в разных фазных зонах, размещены в пазах магнитопровода слоями с наложением друг на друга и соединены в последовательности чередования их фазных зон. Шунтируемые части обмоток принадлежат разным фазным зонам, а в шунтирующую цепочку включена часть обмотки, не принадлежащая фазным зонам шунтированных частей [4]
Основными недостатками выше перечисленных однофазных электродвигателей являются пониженные технико-экономические показатели.

Наиболее близким к изобретению является однофазный электродвигатель, содержащий обмотку, выполненную из соединенных электрически и смещенных в пространстве частей, и пусковую цепь, шунтирующую половину обмотки, причем каждая часть обмотки выполнена из двух соединенных последовательно катушечных групп, причем две части обмотки равномерно размещены на всех пазах и выполнены из катушек с шагом, равным половине полюсного деления (y 0,5 τ), каждая из двух других частей размещена в 2/3 пазов, смещена одна относительно другой на 1/3 τ и выполнена из катушек с шагом y 2/3 τ [5] Недостатком электродвигателя является пониженная кратность пускового момента.

Цель изобретения улучшение технико-экономических показателей.

Указанная цель достигается тем, что в известном однофазном электродвигателе, содержащем статор, в пазах которого размещена обмотка, состоящая из М соединенных электрически и смещенных в пространстве частей, пусковую цепь, шунтирующую части обмотки, и ротор, части обмотки выполнены из N катушечных групп, причем суммарное количество проводников в пазу, принадлежащее катушечным группам, определено ординатой периодической функции распределения проводников в пазах статора в пределах полюсного деления. При этом, в частности, суммарное, округленное до ближайшего целого числа количество проводников в i-том пазу (Wi) в пределах полюсного деления определяется выражением:
W_i= (1) где i номер паза (i 1, 2,Z/2Р);
α_i (2i-1) Р π/Z электрический угол, отсчитываемый от оси первого паза статора;
Р число пар полюсов обмотки;
Z число пазов статора;
W общее число проводников обмотки статора.

На фиг. 1 приведена периодическая функции распределения проводников в пазах статора в пределах полюсного деления W(i), оpдинаты которой, характеризующие собой суммарное количество проводников в пазу, определяются выражением:
W_i= где i номер паза (i 1, 2,Z/2Р);
W общее количество проводников обмотки;
α_i (2i-1)Р π/Z электрический угол, отсчитываемый от оси первого паза статора;
Р число пар полюсов;
Z число пазов статора.

На фиг. 2 приведен вариант распределения проводников в обмотке однофазного электродвигателя при Z 12 и Р 1, состоящей из двух трансформаторно связанных частей. Причем в пределах полюсного деления, содержащего шесть пазов, проводники первой части обмотки размещены с первого по четвертый паз (показаны сплошными линиями), а проводники второй части обмотки размещены с третьего по шестой паз (показаны штрих-пунктирными линиями). Глубина трансформаторной связи частей обмотки определяется количеством пазов, содержащим проводники обеих частей, а коэффициент трансформации между частями выбран из условия равенства общего числа проводников в обеих частях обмотки.

На фиг. 3 показана электрическая схема выполнения обмотки статора однофазного асинхронного двигателя, соответствующая распределению, приведенному на фиг. 2.

Две части обмотки 13-14 (сплошные линии) и 15-16 (штрих-пунктирные линии) включены согласно и последовательно. С помощью шунтирующей цепи 15-18, содержащей ключ 17, образована трехветвевая схема обмотки статора. Однофазное напряжение U подается на зажимы 13 (начало первой части обмотки) и 16 (конец второй части обмотки). Угол пространственного смещения частей 13-14 и 15-16 составляет 120 эл. град. Трансформаторная связь частей осуществляется при наложении их друг на друга в пазах 3,4 и 9,10. В режиме пуска ключ 17 замкнут. Часть обмотки 15-16 шунтирована. Вследствие пространственной и витковой несимметрии, возникающей при трансформаторной связи частей обмотки, протекающие по ним токи имеют временной фазовый сдвиг. Наличие пространственного смещения частей 13-14 и 15-16 и временного сдвига, протекающих по ним токов, приводит к возникновению в воздушном зазоре электродвигателя вращающегося магнитного поля. При достижении ротором подсинхронной скорости, ключ 17 размыкается. Двигатель из пускового режима переходит в рабочий с пульсирующим магнитным полем в воздушном зазоре. При этом его электромагнитная мощность эквивалентна двигателю с двумя последовательно включенными обмотками на статоре при питании его от однофазной сети. Для осуществления реверса электродвигателя достаточно при пуске шунтировать часть обмотки 13-14.

Глубина трансформаторной связи, определяющая пространственный угол смещения частей обмотки и временные углы, протекающих по частям токов, является важным фактором, обеспечивающим пусковые свойства двигателя.

На фиг. 4 приведен другой вариант распределения проводников в обмотке однофазного двигателя при Z 12 и Р 1. Периодическая функция распределения проводников в пазах статора в пределах полюсного деления определена выражением (1).

Электрическая схема выполнения обмотки, соответствующая данному распределению (фиг. 4), приведена на фиг. 5. Трансформаторная связь между частями обмотки обеспечивается наложением их друг на друга в пазах 2-5 и 8-11. Угол пространственного смещения через 13-14 и 15-16 составляет 150 эл. град. что приводит к соответствующему изменению фазовых сдвигов, протекающих по частям токов, а следовательно, к изменению пусковых и рабочих характеристик двигателя.

Таким образом, варьируя глубину трансформаторной связи и коэффициенты трансформации между частями обмотки, возможно получение однофазных электродвигателей с заданными пусковыми свойствами и оптимальными рабочими параметрами, осуществляя их пуск от однофазной сети без применения внешних фазосдвигающих элементов. Сечение проводников, принадлежащих разным частям обмотки, одинаково. Тем самым обеспечивается значительное снижение плотности пускового тока в нешунтированной части обмотки.

Периодическая функция распределения проводников в пазах статора в пределах полюсного деления Wi выбирается из условия оптимальности пусковых и рабочих характеристик электродвигателя. Усилие электромагнитной связи частей обмотки обеспечивает большие возможности регулирования параметров электродвигателя, что позволяет адаптировать его к широкому классу механизмов и приборов.

Так, в частности, на фиг. 6 приведен вариант распределения проводников в обмотке статора однофазного электродвигателя при Z 18 и Р 2. Обмотка статора состоит из трех трансформаторно связанных и смещенных в пространстве частей. При этом первая часть обмотки (сплошные линии) в пределах полюсного деления располагается в пазах 1-5, вторая (штрих-пунктирные линии) в пазах 3-7 и третья (пунктирные линии) в пазах 5-9.

Трансформаторная связь между первой и второй частями обмотки осуществляется наложением их друг на друга в пазах 3-6; между первой и третьей частями обмотки наложением их в пазах 5-6 и между второй и третьей частями обмотки наложением их в пазах 5-7.

Электрические схемы выполнения частей обмотки, пространственные оси которых смещены на углы, кратные целому числу зубцовых делений, приведена на фиг. 7-9, где на фиг. 7 показана электрическая схема выполнения первой части обмотки, а на фиг. 8 и фиг. 9 электрические схемы выполнения второй и третьей частей обмотки соответственно. Схема соединения частей обмотки представлена на фиг. 10, где для обеспечения симметричного реверса электродвигателя введена дополнительная шунтирующая цепь 21-19, содержащая ключ 26.

Условия возникновения вращающегося магнитного поля при питании рассматриваемого электродвигателя от однофазной сети выполняются автоматически поскольку обеспечивается пространственное смещение частей обмотки и временной сдвиг протекающих по ним токов.

Экспериментальные исследования опытного образца электродвигателя с описанными выше обмотками статора, выполненного на базе серийно выпускаемого однофазного асинхронного электродвигателя типа АД 180, подтверждают улучшение его технико-экономических показателей.

Использование: электромашиностроение, в частности бытовые электроприборы. Сущность изобретения: в однофазном электродвигателе части обмотки статора выполняются в пазах, содержащих N групп проводников (N≅ M где M количество соединенных электрических и смещенных в пространстве частей обмотки статора). Суммарное количество проводников в пазу определяется как ордината периодической функции распределения проводников в пазах статора в пределах полюсного деления, а количество проводников в группе коэффициентом трансформации между частями обмотки. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор, в пазах которого размещена обмотка, состоящая из M соединенных электрически и смещенных в пространстве частей, пусковую цепь, шунтирующую части обмотки, и ротор, отличающийся тем, что части обмотки выполнены из N катушечных групп, причем суммарное количество проводников в пазу, принадлежащее катушечным группам, определено ординатой периодической функции распределения проводников в пазах статора в пределах полюсного деления. 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что суммарное, округленное до ближайшего целого числа, количество w_i проводников в i-м пазу в пределах полюсного деления определено выражением

где i номер паза (i 1, 2, z/2p);
α₁= (2i - 1) pπ/z электрический угол, отсчитываемый от оси первого паза статора;
p число пар полюсов обмотки;
z число пазов статора;
w общее количество проводников обмотки статора.