ДВУХОБМОТОЧНЫЙ СТАТОР С m=3-ФАЗНЫМИ 2p=8·k- И 2р=10·k-ПОЛЮСНЫМИ ПЕТЛЕВЫМИ ОБМОТКАМИ В z=120·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 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].

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 2р₁=8·k- и 2р₂=10·k-полюсных петлевых обмоток статора при z=120·k пазах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для статора с m=3-фазными 2р₁=8·k- и 2р₂=10·k-полюсными петлевыми обмотками в z=120·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 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 при q'1=5/2 в 6р₁ чередующихся трех- и двухкатушечных полугрупп, 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 ее соседними катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=15, где k=1, 2 при q'1=z/12р₁ и q'₂=z/12p₂.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемых обмоток двухобмоточного статора при z=120 (k=1), у_к=15 для z/2=60 пазов с номерами пазов 1…60 снизу, катушек 1K, 2K, … сверху с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y слоев для 2р₁=8-полюсной обмотки при q'1=5/2 (нечетные катушки), A'-Z'-B'-X'-C'-Y' для 2р₂=10-полюсной обмотки при q'2=2 (четные катушки) и сверху показаны лобовые части катушек 1K, 2K; на фиг.2 и 3 по чередованиям фазных зон фиг.1, треугольной сетке (при ее стороне в две единицы длины) построены многоугольники МДС для 2р₁=8 (фиг.2) и 2р₂=10 (фиг.3) с нумерацией первых q₁=z/6р₁=5 и q₂=z/6p₂=4 пазовых точек с единичными векторами токов зон A-Z-B-X-C-Y в центре. При k=2 обмотки имеют 2р₁=16 и 2р₂=20 полюсов при z=240 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_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.

2р₁=8-полюсная обмотка, фиг.1, при q₁=z/6р₁=5, τ_п=z/2р₁=15=у_к имеет коэффициенты: укорочения катушек K_у=1,0, распределения K_p=0,5/5sin6° и обмоточный K_об=K_уK_р=0,9567. По многоугольнику МДС, фиг.2, R² _j=8²+2²+8·2=84 для j=1, 4; R² _j=6²+4²+6·4=76 для j=2, 3; R² _j=10²=100 для j=5 и R² _д=ΣR² _j/5=84, по (1) R_o=120·0,9567/4π и σ_д%=0,645. Для 2р₂=10 при q₂=z/6p₂=4, q'₂=2, τ_п=12 по многоугольнику МДС фиг.3: K_у=sin(90°у_к/τ_п)=sin112,5°, K_p=0,5/3sin10°, K_об=0,8924, R² _д=ΣR² _j/4=47, R_o=120·0,8967/5π и σ_д%=1,124, т.е. предлагаемые обмотки двухобмоточного статора имеют высокие K_об 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 электротехнике, 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 и коэффициентов дифференциального рассеяния. Каждая из 3-фазных обмоток с 2p₁=8·k- и 2р₂=10·k-полюсными петлевыми обмотками в z=120·k пазах двухобмоточного статора асинхронного двигателя 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 2p₁-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с нечетными номерами 1K, 3K, …, (z-1)K, содержащих по w_к1 витков и соединяемых при

q₁=5/2 в 6p₁ чередующихся трех- и двух катушечных полугрупп, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K, …, (z)K, содержащих по w_к витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q′₂=2 ее соседними катушками в каждой. Все катушки имеют шаг по пазам у_к=15, 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 в z=120·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_к1 витков и соединяемых при q′₁=5/2 в 6p₁ чередующихся трех- и двух катушечных полугрупп, 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 ее соседними катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=15, где k=1, 2 при q′₁=z/12p₁ и q′₂=z/12p₂.