ДВУХОБМОТОЧНЫЙ СТАТОР С m=3-ФАЗНЫМИ 2p=10- И 2р=14-ПОЛЮСНЫМИ ПЕТЛЕВЫМИ ОБМОТКАМИ В z=168 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 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, при р=5, q'=14/5=2+4/5 обмотка имеет группировку катушек по ряду 33332, повторяемому 6p/d=6 раз.

На статоре двухскоростных АД при отношении скоростей 3:2, 4:3 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=10- и 2р₂=14-полюсных петлевых обмоток статора при z=168 пазах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для статора с m=3-фазными 2p₁=10- и 2р₂=14-полюсными петлевыми обмотками в z=168 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 1K до (z)K к 2р₁-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с нечетными номерами 1K, 3K, …, (z-1)K, содержащих по w_к1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп при q'₁=14/5 с группировкой их катушек по ряду 33332, повторяемому шесть раз, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K, …, (z)K, содержащих по w_к2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q'₂=2 соседними ее катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=13, где q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемых обмоток двухобмоточного статора при z=168, у_к=13 для z/2=84 пазов с номерами пазов 1…84 снизу, катушек 1K, 2K, … сверху с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y слоев для 2p₁=10-полюсной обмотки с q₁=28/5 (нечетные катушки), A'-Z'-B'-X'-C'-Y' для 2р₂=14-полюсной обмотки при q₂=4 (четные катушки) и сверху показаны лобовые части катушек 1K и 2K; на фиг.2 и 3 по чередованиям фазных зон фиг.1 и треугольной сетке (при ее стороне в две единицы длины) построены их многоугольники МДС для

2p₁=10 (фиг.2), 2р₂=14 (фиг.3) с нумерацией первых 28 (для q₁=z/6p₁=28/5) и q₂=z/6p₂=4 пазовых точек с единичными векторами токов фазных зон А-Z-B-X-C-Y в центре.

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_к 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.

На фиг.1 2р₁=10-полюсная обмотка при q₁=z/6p₁=28/5, q'₁=14/5, τ_п=16,8 и у_к=13 имеет коэффициенты: укорочения катушек K_у=sin(90°у_к/τ_п)=sin(90°13/16,8), распределения K_p=0,5/14sin(30°/14) и обмоточный K_об=K_уK_р=0,8955. По многоугольнику МДС (фиг.2): R² _j=6²+4²+6·4=76 для j=1, 2, 6, 7; R² _j=8²+2²+8·2=84 для j=3, 5, 8, 10, 14, 16, 20, 22, 26, 28; R² _j=8²=64 для j=4; R² _j=10²=100 для j=9, 15, 21, 27; R² _j=8²+4²+8·4=112 для j=11, 13, 17, 19, 23, 25; R² _j=3·6²=108 для j=12, 18, 24 и R² _д=ΣR² _j/28=93, по (1) R_o=168·0,8955/5π и σ_д%=1,385. Для 2р₂=14 при q₂=z/6p₂=4, q'₂=2, τ_п=12 по многоугольнику МДС (фиг.3): K_у=sin97,5°, K_р=0,5/2sin15°, K_об=0,95766, R² _д=ΣR² _j/4=54, R_o=168·0,95766/7π и σ_д%=0,89.

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 электротехнике, к электромашиностроению и может использоваться в трехфазных двухскоростных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. Технический результат состоит в упрощении изготовления и повышении использования активных материалов при снижении расхода изоляционных материалов, пазового и дифференциального рассеяния обмоток. Каждая из 3-фазных обмоток с m=3-фазными 2p₁=10- и 2р₂=14-полюсными петлевыми обмотками в z=168 пазах двухобмоточного статора асинхронного двигателя 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 1K до (z)K к 2p₁-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с нечетными номерами 1K, 3K, …, (z-1)K, содержащих по w_к1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп при q′₁=14/5 с группировкой их катушек по ряду 33332, повторяемому шесть раз, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K, …, (z)K, содержащих по w_к2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q′₂=2 соседними ее катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=13, где q′₁=z/12p₁ и q′₂=z/12p₂. 3 ил.

Двухобмоточный статор с m=3-фазными 2p₁=10- и 2р₂=14-полюсными петлевыми обмотками в z=168 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 no w_к1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп при q′₁=14/5 с группировкой их катушек по ряду 33332, повторяемому шесть раз, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K, …, (z)K, содержащих по w_к2 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q′₂=2 соседними ее катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=13, где q′₁=z/12p₁ и q′₂=z/12p₂.