ОБМОТКА ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ К ИЗМЕНЯЕМЫМ ЧИСЛОМ ПОЛЮСОВ Российский патент 1998 года по МПК H02K3/28 H02K17/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройству обмоток однофазных двигателей с изменяемым числом полюсов, и может быть использовано при создании асинхронных двигателей со ступенчатым регулированием частоты вращения.

Известна обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, выполненная полюсно-переключаемой с отношением чисел пар полюсов P₁:P₂ 1:2 и уложенная в пазы статора [1]
Недостаток заключается в том, что полюсно-переключаемая обмотка однофазных двигателей выполнена двухслойной. Изготовление двухслойной статорной обмотки очень трудоемкий технологический процесс, трудно механизируемый. От общих трудовых затрат 30-40 идет на изготовление такой обмотки. Кроме того, пазы, в которых укладывается обмотка, имеют за счет установки межслойной изоляции в пазу меньшее содержание меди, что увеличивает расход материалов.

Известна также обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, которая наиболее близка к изобретению и является прототипом. В пазах статора этого двигателя уложены одна над другой две фазы полюсно-переключаемой обмотки с числом пар полюсов P₁:P₂ 1:2, каждая из которых выполнена однослойной, что позволяет механизировать укладку обмотки [2]
Тем не менее, укладка двух слоев обмотки в пазу остается трудоемкой технологической операцией, а заполнение паза медью не улучшается, что определяет потребность в большем расходе материалов.

Задачей изобретения является создание обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, которая имеет более простую технологию изготовления и меньший расход материалов.

Это достигается тем, что обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, выполненная двухфазной и имеющая соотношение пар полюсов P₁:P₂ 1:2, выполнена однослойной из двух частей на каждой паре P₁ полюсов первой и второй, образующих соответственно по две части обмотки первую и вторую, каждая часть обмотки на паре полюсов содержит по две катушечной группе первую и вторую, в катушечную группу включено q катушек и катушечная группа выполнена по типу однослойной обмотки со средним шагом y_ср

где Z₁ 8qP₁ число пазов статора, τ₂ величина полюсного деления, первыми катушечными группами в каждой из двух частей обмотки образована первая фаза обмотки, а вторыми катушечными группами в каждой из двух частей обмотки вторая фаза обмотки, при этом P₁ полюсность образована встречным включением катушечных групп первой и второй частей обмотки, а полюсность P₂ их согласным включением.

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов может быть выполнена с числом катушек q₁ в первых катушечных группах и q₂ во вторых катушечных группах различным, при этом

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов может быть выполнена из двух ветвей, первая ветвь образована катушечными группами входящими в первую часть обмотки, вторая ветвь катушечными группами, входящими во вторую часть обмотки, при этом обмотка выполнена с тремя основными выводами, первый вывод начало первой части обмотки, третий вывод - конец второй части обмотки, а второй вывод образован концом первой и началом второй части обмотки, внутри каждой ветви выполнен дополнительный отвод между первыми и вторыми катушечными группами, к каждому из этих выводов подсоединен конденсатор одним концом, а другой конец каждого конденсатора соединен с одним из основных выводов обмотки.

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов может быть выполнена из четырех ветвей, первая ветвь образована первыми катушечными группами первой части обмотки, вторая ветвь вторыми катушечными группами первой части обмотки, третья ветвь первыми катушечными группами второй части обмотки, четвертая ветвь вторыми катушечными группами второй части обмотки, при этом все ветви объединены в мостовую схему с включением во вторую и четвертую ветвь конденсаторов, началами первой и второй ветвей образован первый вход мостовой схемы, концами третьей и четвертой ветвей второй вход мостовой схемы, концом первой и началом третьей ветвей первый выход мостовой схемы, а концом второй и началом четвертой ветвей второй выход мостовой схемы, при этом полюсность P₂ получена первыми и вторыми входами мостовой схемы, а полюсность P₁ образована объединением первого и второго входов, а также объединением первого и второго выходов.

На фиг. 1 изображена схема обмотки; на фиг. 2 схема обмотки с различным числом катушек в катушечных группах; на фиг. 3 электрическая схема включения обмоток с полюсностью P₁ и полюсностью P₂; на фиг. 4 схема обмотки с главными выводами и дополнительными отводами с полюсностями P₁ и P₂; на фиг. 5 мостовая схема обмотки с полюсностями P₁ и P₂.

Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов размещена в пазах статора и выполнена однослойной из четырех катушечных групп 1, 2, 3, 4 на паре полюсов P₁ (фиг. 1, 2).

Катушечные группы 1 и 2 (первая и вторая) образуют первую часть обмотки 5, а катушечные группы 3 и 4, также первая и вторая, вторую часть обмотки 6 статора. Каждая катушечная группа (фиг. 1) 1, 2, 3, 4 включает q последовательно соединенных катушек, расположенных в соседних пазах. При этом катушечная группа выполнена по типу однослойных обмоток с равным шагом y, который равен среднему шагу y_ср

где τ₂ величина полюсного деления;
P₂ большее число пар полюсов обмотки, P₂ 2•P₁;
Z₁ число пазов статора, Z₁ 8•qP₁.

Для случая, представленного на фиг. 1, Z₁ 8•3•1 24, а P₂ 2•1 2 и Y_ср τ₂ 24/(2•2) 6.

Первыми катушечными группами 1 и 3 в каждой из двух частей обмотки 5 и 6 образована первая фаза обмотки U₁U₂, а вторыми катушечными группами 2 и 4 в каждой из двух частей обмотки 5 и 6 образована вторая фаза обмотки V₁V₂. Полюсность обмотки P₁ 1 образована встречным включением катушечных групп 1 и 3 в первой фазе обмотки статора 1U₁ 1U₂ (фиг. 1а) и катушечных групп 2 и 4 во второй фазе обмотки статора 1V₁ 1V₂. Полюсность обмотки P₂ образована согласным включением катушечных групп 1 и 3 в первой фазе обмотки статора 2U₁ 2U₂ (фиг. 1б) и катушечных групп 2 и 4 во второй фазе обмотки статора 2V₁ 2V₂. Матрицы схем обмоток наглядно демонстрируют образование двухфазной системы токов и ЭДС с полюсностью P₁ (фиг. 1а) и полюсностью P₂ (фиг. 1б).

Катушечные группы 1, 2, 3, 4 обмотки статора могут быть выполнены по типу однослойных обмоток с концентрическими катушками разного шага (не показаны) y₁ 4, y₂ 6, y₃ 8, а средний шаг y_ср будет равен диаметральному шагу

Число катушек в первых 1, 3 и вторых 2, 4 катушечных группах могут быть выполнены различной величины, соответственно q₁ и q₂, так, что

На фиг. 2а приведена схема обмотки статора, когда катушки катушечных групп 1 и 3 имеют q₁ 4, а катушечных групп 2 и 4 q ₂= 2, при этом

Такое исполнение обмотки также обеспечивает создание двухфазной системы токов и ЭДС с полюсностью P₁ (фиг. 2б) и P₂ (фиг. 2в), как показано на соответствующих матрицах обмоток.

На фиг. 3 приведена схема подключения катушечных групп 1, 2, 3, 4 к однофазной сети, позволяющая с помощью переключения контактов 7 и 8, обеспечивать встречное и согласное включение, соответственно, катушечных групп 1, 3 и 2, 4. Изменение чередования фаз обмотки статора однофазного асинхронного двигателя при любой полюсности может быть обеспечено переключением конденсатора 9 контактами 10 и 11, из одной фазы U₁U₂ в другую V₁V₂.

Число контактов коммутационной аппаратуры может быть существенно уменьшено (фиг. 4), если обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов будет выполнена из двух ветвей 12 и 13. Первая ветвь 12 образована катушечными группами 1 и 2, входящими в первую часть обмотки 5. Вторая ветвь 13 образована катушечными группами 3 и 4, входящими во вторую часть обмотки 6. Обмотка статора выполняется с тремя основными выводами: первый 14 это начало первой части обмотки 5, третий 15 это конец второй части обмотки 6, а второй вывод 16 образован концом первой 5 и началом второй 6 частей обмотки. Внутри каждой ветви 12 и 13 выполнены дополнительные отводы 17 и 18 между первой и второй катушечными группами 1, 2 и 3, 4.

К каждому из отводов 17, 18 подсоединены конденсаторы 19, 20. Вторые концы конденсаторов 19, 20 соединены с одним из основных выводов 14, 15, 16 обмотки.

Работа на полюсности P₁ или P₂ обеспечивается контактами 7 и 8, а изменение чередования фаз контактами 10 и 11.

Схема включения обмотки статора (фиг. 5) на однофазную сеть с другим соотношением величины напряжения на катушечную группу фазы 1, 2, 3, 4 при переключении пар полюсов может быть обеспечена при выполнении обмотки статора из четырех ветвей: первая ветвь 21 образована первыми катушечными группами 1 первой части обмотки 5, вторая ветвь 22 вторыми катушечными группами 2 первой части обмотки 5, третья ветвь 23 первыми катушечными группами 3 второй части обмотки 6, четвертая ветвь 24 вторыми катушечными группами 4 второй части обмотки 6. Все ветви 1, 2, 3, 4 объединены в мостовую схему с включением во вторую и четвертую ветви конденсаторов 25, 26. Началами первой 21 и второй 22 ветвей образован первый вход 27 мостовой схемы, концами третьей 23 и четвертой 24 ветвей второй 28 вход мостовой схемы, концом первой 21 и началом третьей 23 ветвей первый выход 29 мостовой схемы, а концом второй 22 и началом четвертой 24 ветвей второй 30 выход мостовой схемы.

Полюсность P₂ образуется первым 27 и вторым 28 входами мостовой схемы, а полюсность P₁ -объединением первого 27 и второго 28 входов мостовой схемы, а также объединением первого 29 и второго 30 выходов мостовой схемы, осуществляемым контактами 7 и 8 коммутационной аппаратуры.

Предлагаемая обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, обладая примерно одинаковыми свойствами с известными, позволяет значительно упростить операции по намотке статора однофазных двигателей, повысить производительность труда при выпуске двухскоростных двигателей, механизировать обмоточные работы. При этом в пазу лежит один слой обмотки, что повышает коэффициент заполнения паза медью, уменьшая расход материалов на изготовление.

Изменение частоты вращения осуществляется реверсированием тока в половине катушечных групп, что достигается переключением катушечных групп с согласного на встречное включение и наоборот.

Таким образом, благодаря исполнению обмотки однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов однослойной представляется возможность упрощения технологии изготовления обмотки и уменьшение расхода активных материалов.

Использование: однофазные двигатели с изменяемым числом полюсов. Сущность изобретения: обмотка выполнена двухфазной с отношением пар полюсов P₁:P₂ = 1:2 и содержит две катушечные группы, шаг обмотки диаметральный по полюсности P₂, полюсность P₁ образована встречным включением катушечных групп первой и второй части обмотки, а полюсность P₂ - их согласным включением. Технический результат: упрощение технологии изготовления обмотки и уменьшение расхода активных материалов. 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Обмотка однофазного двигателя с изменяемым числом полюсов, выполненная двухфазной и имеющая соотношение пар полюсов Р₁ Р₂ 1 2, отличающаяся тем, что выполнена однослойной из двух частей на каждой паре Р₁ полюсов первой и второй, образующих соответственно по две части обмотки первую и вторую, каждая часть обмотки на паре полюсов содержит по две катушечной группы первую и вторую, в катушечную группу включено q катушек и катушечная группа выполнена по типу однослойной обмотки со средним шагом

где Z₁ 8 qP₁ число пазов статора;
τ₂ - величина полюсного деления,
первыми катушечными группами в каждой из двух частей обмотки образована первая фаза обмотки, а вторыми катушечными группами в каждой из двух частей обмотки вторая фаза обмотки, при этом Р₁ полюсность образована встречным включением катушечных групп первой и второй частей обмотки, а полюсность Р₂ их согласным включением. 2. Обмотка по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с числом катушек q₁ в первых катушечных группах и q₂ во вторых катушечных группах различным, при этом
q (q₁ + q₂)2. 3. Обмотка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она выполнена из двух ветвей, первая ветвь образована катушечными группами, входящими в первую часть обмотки, вторая ветвь катушечными группами, входящими во вторую часть обмотки, при этом обмотка выполнена с тремя основными выводами, первый вывод - начало первой части обмотки, третий вывод конец второй части обмотки, а второй вывод образован концом первой и началом второй части обмотки, внутри каждой ветви выполнен дополнительный отвод между первыми и вторыми катушечными группами, к каждому из этих выводов подсоединен конденсатор одним концом, а другой конец каждого конденсатора соединен с одним из основных выводов обмотки. 4. Обмотка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что она выполнена из четырех ветвей, первая ветвь образована первыми катушечными группами первой части обмотки, вторая ветвь вторыми катушечными группами первой части обмотки, третья ветвь первыми катушечными группами второй части обмотки, четвертая ветвь вторыми катушечными группами второй части обмотки, при этом все ветви объединены в мостовую схему с включением во вторую и четвертую ветви конденсаторов, началами первой и второй ветвей образован первый вход мостовой схемы, концами третьей и четвертой ветвей образован второй вход мостовой схемы, концом первой и началом третьей ветвей образован первый выход мостовой схемы, а концом второй и началом четвертой ветвей образован второй выход мостовой схемы, при этом полюсность Р₂ получена первыми и вторыми входами мостовой схемы, а полюсность Р₁ образована объединением первого и второго входов, а также объединением первого и второго выходов.