ДВУХОБМОТОЧНЫЙ СТАТОР С m=3-ФАЗНЫМИ 2p=10·k- И 2р=12·k-ПОЛЮСНЫМИ ПЕТЛЕВЫМИ ОБМОТКАМИ ПРИ z=108·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]. Например, обмотка при 2р=10 и q′=9/5=1+4/5 имеет группировку по ряду 22221, 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=10·k- и 2р₂=12·k-полюсных петлевых обмоток статора при z=108·k пазах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для статора с m=3-фазными 2p₁=10·k- и 2р₂=12·k-полюсными петлевыми обмотками в z=108·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 в 6p₁ катушечных полугрупп при q′₁=9/5 и группировке их катушек по ряду 22221, 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 при q′₂=3/2 в 6р₂ чередующихся двух- и однокатушечных полугрупп, при этом все катушки имеют шаг по пазам y_к=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=108 (k=1), у_к=9 для z/2=54 пазов с номерами пазов 1…54 снизу, катушек 1K, 2K, … сверху с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y слоев для 2p₁=10-полюсной обмотки при q′₁=9/5 (нечетные катушки), A′-Z′-B′-X′-C′-Y′ для 2р₂=12-полюсной обмотки при q′₂=3/2 (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 2p₁=10 (фиг.2) и 2р₂=12 (фиг.3) с нумерацией первых q₁=18 (для q₁=z/6p₁=18/5) и q₂=3 пазовых точек с единичными векторами токов зон A-Z-B-X-C-Y в центре. При k=2 имеем 2p₁=20 и 2р₂=24 полюсов при z=216 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

(1)

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=10-полюсная обмотка фиг.1 при q₁=z/6p₁=18/5, q′₁=9/5, τ_п=z/2p₁=10,8, у_к=9 имеет коэффициенты: укорочения катушек K_у=sin(90°у_к/τ_п)=sin75°, распределения K_p=0,5/9sin(30°/9) и обмоточный K_об=K_уK_p=0,9229. По многоугольнику МДС фиг.2: R² _j=4²+4²+4·2=28 для j=1, 2, 4, 5; R² _j=6²=36 для j=3, 6, 10, 14, 18; R² _j=6²+2²+6·2=52 для j=7, 9, 11, 13, 15, 17; R² _j=3·4²=48 для j=8, 12, 16 и R² _д=∑R² _j/18=748/18 по (1) R_o=108·0,9229/5π и σ_д%=3,21. Для 2р₂=12 при q₂=z/6p₂=3 и τ_п=9 по многоугольнику МДС фиг.3: K_у=1,0, K_p=0,5/3sin10°, K_об=0,9598, R² _д=∑R² _j/3=92/3, R_o=108·0,9598/6π и σ_д%=1,405, 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=10·k и 2р₂=12·k-полюсными петлевыми обмотками в z=108·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 2р₁-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с нечетными номерами 1K, 3K, …, (z-1)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп при q′₁=9/5 и группировке их катушек по ряду 22221, повторяемому шесть раз. К 2р₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K, …, (z)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых при q′₂=3/2 в 6р₂ чередующихся двух- и однокатушечных полугрупп. Все катушки имеют шаг по пазам у_k=9, где k=1, 2 при q′₁=z/12p₁ и q′₂=z/12p₂. 3 ил.

Двухобмоточный статор с m=3-фазными 2p₁=10·k- и 2р₂=12·k-полюсными петлевыми обмотками в z=108·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 при q′₁=9/5 и группировке их катушек по ряду 22221, повторяемому шесть раз, а к 2р₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K, …, (z)K, содержащих по w_k2 витков и соединяемых при q′₂=3/2 в 6р₂ чередующихся двух- и однокатушечных полугрупп, 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.