ДВУХОБМОТОЧНЫЙ СТАТОР С m=3-ФАЗНЫМИ 2p=4·k- и 2р=6·k-ПОЛЮСНЫМИ ПЕТЛЕВЫМИ ОБМОТКАМИ В z=72·k ПАЗАХ Российский патент 2009 года по МПК H02K17/14 H02K3/04 H02K3/28 

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 y_k, 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].

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=4·k- и 2р₂=6·к-полюсных петлевых обмоток статора при z=72·k пазах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для статора с m=3-фазными 2p₁=4·k- и 2р₂=6·k-полюсными петлевыми обмотками в z=72·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(г)К к 2р₁-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=3 ее соседними 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 с q'₂=2 ее соседними катушками в каждой, при этом все катушки имеют нечетный шаг по пазам, равный y_k=13 или y_k=15, где k=l, 2, 3 при q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемых обмоток двухобмоточного статора при z=72 (k=l), y_k=13 для z/2=63 пазов с номерами пазов 1…36 снизу, катушек 1K…36K сверху с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y слоев для 2p₁=4-полюсной обмотки при q'₁=3 (нечетные катушки), A'-Z'-B'-X'-C'-Y' для 2р₂=6-полюсной обмотки при q'₂=2 (четные катушки) и сверху показаны лобовые части катушек 1К и 2К; на фиг.2 по чередованиям фазных зон фиг.1 и треугольной сетке (при ее стороне в две единицы длины) построены многоугольники МДС для 2p₁=4 (наружный), 2р₃=6 (внутренний) с нумерацией первых q₁=6 и q₂=4 пазовых точек с единичными векторами токов зон A-Z-B-X-C-Y в центре; на фиг.3, подобно фиг.2, построены многоугольники для шага катушек y_k=15. При k=2 -2p₁=8, 2р₂=12 и z=144, а при k=3 -2p₁=12, 2p₂=18 и z=216.

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=4-полюсная обмотка фиг.1 при q₁=z/6p₁=6, q'₁=3, τ_п=z/2p₁=18, y_k=13 имеет коэффициенты: укорочения катушек K_y=sin(90°y_k/τ_п)=sin(65°), распределения полугрупп K_p=0,5/3sin10, обмоточный К_об=К_уК_р=0,8699. По наружному многоугольнику МДС фиг.2: R² _j=8²+4²+8·4=112 для j=l, 5; R² _j=8²+2²+8·2=84 для j=2, 4; R² _j=10²=100 для j=3; R² _j=3·6²=108 для j=6 и R² _д=∑R² _j/6=100, по (1) R_o=72·0,8699/2π и σ_д%=0,644. Для 2р₂=6 при q₂=z/6p₂=4, q'₂=2, τ_п=12 по внутреннему многоугольнику МДС фиг.2: K_y=sin97,5°, K_p=0,5/2sin15°, К_об=0,9577, R² _д=∑R² _j/4=54, R_o=72·0,9577/3π и σ_д%=0,89. При шаге y_k=15 по многоугольникам фиг.3 подобным образом определяются: для 2p₁=4-K_об=K_yK_p=0,9271, R² _д=680/6, σ_д%=0,415; для 2p₁=6-К_об=К_уК_р=0,8924, R² _д=47, σ_д%=1,124, т.е. выбор шага y_k=13 или 15 определяется условиями проектирования и мощностями двухскоростного АД.

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 электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения статоров с двумя трехфазными обмотками, предназначенных для двухскоростных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Сущность изобретения состоит в том, что в двухобмоточном статоре с m=3-фазными 2p₁=14- и 2р₂=6·k-полюсными петлевыми обмотками в z=72·k пазах, каждая из которых выполнена симметричной m'=6-зонной из равномерно смещенных катушек, уложенных в пазах в два слоя, согласно данному изобретению из К=z катушек с номерами от 1К до (z)K к 2p₁-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с нечетными номерами 1К, 3К,…,(z-1)К, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп с q'₁=3 ее соседними катушками в каждой, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с четными номерами 2К, 4К,…,(z)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q'₂=2 ее соседними катушками в каждой, при этом все катушки имеют нечетный шаг по пазам, равный у_k=13, или у_k=15, где k=1, 2, 3 при q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂. Технический результат - упрощение изготовления двухобмоточных статоров двухскоростных асинхронных двигателей, улучшение использования активных материалов при одновременном снижении расхода изоляционных материалов, а также улучшение электромагнитных параметров обмоток предлагаемых статоров путем уменьшения пазового и дифференциального рассеяния, по сравнению с обычными раздельными разнополюсными одно- и двухслойными обмотками. 3 ил.

Двухобмоточный статор с m=3-фазными 2p₁=4·k- и 2р₂=6·k-полюсными петлевыми обмотками в z=72·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=3 ее соседними катушками в каждой, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K,…, (z)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q'₂=2 ее соседними катушками в каждой, при этом все катушки имеют нечетный шаг по пазам, равный y_k=13, или y_k=15, где k=1, 2, 3 при q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂.