ДВУХОБМОТОЧНЫЙ СТАТОР С m=3-ФАЗНЫМИ 2p=8·k- и 2р=10·k-ПОЛЮСНЫМИ ПЕТЛЕВЫМИ ОБМОТКАМИ В z=96·k ПАЗАХ Российский патент 2009 года по МПК H02K3/04 H02K17/12 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам статора двухскоростных АД (асинхронных двигателей) с короткозамкнутым ротором.

Известны симметричные петлевые двухслойные (однослойные) m=3-фазные 2р-полюсные обмотки, выполняемые в z пазах из m'p катушечных групп (полугрупп) с шагом их катушек по пазам у_к, близким к полюсному делению τ_п=z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/m'p и фазных зон на пару полюсов m'=6 (зоны A, Z, B, X, C, Y) [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.393]. При целых числах q каждая катушечная группа содержит q соседних катушек, а при дробных q=z/m'p=N/d=b+c/d (для чисел d не кратных m) числа катушек в группах соответствуют группировке обмотки в виде числового ряда, определяемого по дробной части c/d числа q [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.224]. Например, обмотка при 2р=10, q'=8/5=1+3/5 имеет группировку по ряду 22121, повторяемому 6p/d=6 раз.

На статоре двухскоростных АД при отношении скоростей 2:3, 3:4 и т.д. применяются обычно две отдельные разнополюсные трехфазные обмотки, выполняемые в виде обычных петлевых двухслойных, образующих после укладки четыре пазовых слоя, что увеличивает расход изоляционных материалов и повышает пазовое рассеяние обмотки, располагаемой в нижних пазовых слоях. Обе обмотки могут выполняться и подобно однослойным цепным при расположении их пазовых и лобовых частей в два слоя [Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1970, с.450-453].

В изобретении ставится задача упрощения изготовления и повышения использования активных материалов при снижении расхода изоляционных материалов, пазового и дифференциального σ_д% рассеяния m=3-фазных 2p₁=8·k- и 2р₂=10·k-полюсных петлевых обмоток статора при z=96·k пазах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для статора с m=3-фазными 2p₁=8·k- и 2p₂=10·k-полюсными петлевыми обмотками в z=96·k пазах, каждая из которых выполнена симметричной m'=6-зонной из равномерно смещенных катушек, уложенных в пазах в два слоя: из K=z катушек с номерами от 1К до (z)K к 2р₁-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с нечетными номерами 1К, 3K,…,(z-1)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп с q'₁=2 соседними ее катушками в каждой, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с четными номерами 2К, 4K,…,(z)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп при q'₂=8/5 и группировке их катушек по ряду 22121, повторяемому шесть раз, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_k=9, где k=1, 2 при q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемых обмоток двухобмоточного статора при z=96(k=1), у_k=9 для z/2=48 пазов с номерами пазов 1…48 снизу, катушек 1К, 2К,… сверху с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y слоев для 2p₁=8-полюсной обмотки при q'₂=2 (нечетные катушки), A'-Z'-B'-X'-C'-Y' для 2р₂=10-полюсной обмотки при q'₂=8/5(чётные катушки) и сверху показаны лобовые части катушек 1К, 2К; на фиг.2, 3 по чередованиям фазных зон фиг.1, треугольной сетке (при ее стороне в две единицы длины) построены многоугольники МДС для 2p₁=8 (фиг.2), 2р₂=10 (фиг.3) с нумерацией первых q₁=4 и 16 (для q₂=z/6p₂=16/5) пазовых точек с единичными векторами токов зон A-Z-B-X-C-Y в центре. При k=2 обмотка имеет 2p₁=16 и 2p₂=20 полюсов при z=192 пазах.

Обмотки по фиг.1 соединяются обычным для m'=6-зонных обмоток образом, т.е. полугруппы зон X, Y, Z включаются в фазах встречно относительно полугрупп зон А, В, С, а их фазы следует сопрягать звездой. Стороны катушек занимают на фиг.1 половину каждого паза, но могут иметь сечения большие для одной и соответственно меньшие для другой обмотки при различных числах витков w_k и сечений проводников их катушек. Такие обмотки, подобные цепным однослойным, получаются как бы встроенными одна в другую при двух слоях для их пазовых и лобовых частей, что уменьшает расход изоляционных материалов и снижает пазовое рассеяние. Для крупных АД соединения катушек разнополюсных частей могут выполняться на противоположных сторонах статора.

Коэффициент дифференциального рассеяния σ_д% определяется из многоугольника МДС обмотки с использованием треугольной сетки [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по их многоугольникам МДС // Электричество, 1997, №9, с.53-55] по соотношениям

где R² _д - квадрат среднего радиуса для j=1…N=q·d пазовых точек одной повторяющейся части многоугольника; R² _j определяются по теореме косинусов.

2р₁=8-полюсная обмотка фиг.1 при q₁=z/6p₁=4, q₁'=2, τ_п=z/2p₁=l2, у_к=9 имеет коэффициенты: укорочения катушек К_у=sin(90°у_к/τ_п)=sin67,5°, распределения К_р=0,5/2sin15° и обмоточный К_об=К_уК_р=0,8924. По многоугольнику МДС фиг.2:R² _j=6²+2²+6·2=52 для j=1, 3; R² _j=6²=36 для j=3; R² _j=3·4²=48 для j=4 и R² _д=ΣR² _j/4=47, по (1) R_o ⁼96·0,8924/4π, σ_д%=1,124. Для 2p₂=10 при q₂=z/6p₂=16/5, q'₁=8/5, τ_п=9,6 по многоугольнику МДС фиг.3: K_y=sin84,375°, K_p=0,5/8sin3,75°, K_об=0,9510, R² _д=ΣR² _j/16=34,75, R_о=96·0,9510/5π и σ_д%=2,87, т.е. предлагаемые обмотки двухобмоточного статора имеют высокие обмоточные коэффициенты при низких коэффициентах дифференциального рассеяния.

Применение предлагаемых обмоток на статоре двухскоростных АД с короткозамкнутым ротором позволяет упрощать изготовление, снижать расход изоляционных материалов, улучшать электромагнитные параметры обмоток из-за уменьшения их пазового и дифференциального рассеяния в сравнении с обычными раздельными разнополюсными одно- и двухслойными обмотками.

Изобретение относится к области электромашиностроения. В изобретении ставится задача упрощения изготовления и повышения использования активных материалов при снижении расхода изоляционных материалов и коэффициентов дифференциального рассеяния σ_д% m=3-фазных 2p₁=8·k- и 2р₂=10·k- полюсных петлевых обмоток статора при z=96·k пазах. Сущность изобретения состоит в том, что для двухобмоточного статора асинхронного двигателя с m=3-фазными 2p₁=8·k- и 2p₂=10-k-полюсными петлевыми обмотками в z=96·k пазах, каждая из которых выполнена симметричной m'=6-зонной из равномерно смещенных катушек, уложенных в пазах в два слоя, согласно данному изобретению из K=z катушек с номерами от 1К до (z)K к 2p₁-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с нечетными номерами 1К, 3K,…,(z-l)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп с q'₁=2 соседними ее катушками в каждой, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с четными номерами 2К, 4K,…,(z)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп при q'₂=8/5 и группировке их катушек по ряду 22121, повторяемому шесть раз, при этом шаг катушек по пазам равен у_к=9, где k=1, 2 при q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂. 3 ил.

Двухобмоточный статор с m=3-фазными 2p₁=8·k- и 2р₂=10·k-полюсными петлевыми обмотками z=96·k пазах, каждая из которых выполнена симметричной m'=6-зонной из равномерно смещенных катушек, уложенных в пазах в два слоя, отличающийся тем, что из K=z катушек с номерами от 1K до (z)K к 2p₁-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с нечетными номерами 1K, 3K,…, (z-1)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп с q'₁=2 соседними ее катушками в каждой, а к 2p₂ -полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K,…, (z)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп при q'₂=8/5 и группировке их катушек по ряду 22121, повторяемому шесть раз, при этом шаг катушек по пазам равен y_k=9, где k=1, 2 при q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂.