ДВУХОБМОТОЧНЫЙ СТАТОР С m=3-ФАЗНЫМИ 2p=12- И 2p=14-ПОЛЮСНЫМИ ПЕТЛЕВЫМИ ОБМОТКАМИ В z=144 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 р=7, q'=12/7=1+5/7 имеет группировку катушек по ряду 2221221, повторяемому шесть 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 пазового и дифференциального

σ_д% рассеяния m=3-фазных обмоток статора при 2p₁=12 и 2p₂=14 в z=144 пазах.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для статора с m=3-фазными 2p₁=12-, 2р₂=14-полюсными петлевыми обмотками в z=144 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 1K…(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 с q'₁=2 соседними катушками в каждой, а к 2p₂-полюсной обмотке относятся K/2 катушек с четными номерами 2K, 4K, …, (z)K, содержащих по w_к2 витков и соединяемых при q'₂=12/7 в 6p₂ катушечных полугрупп с группировкой их катушек по ряду 2221221, повторяемому шесть раз, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=11, где q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемых обмоток двухобмоточного статора при z=144, у_к=11 для z/2=72 пазов с номерами пазов 1…72 снизу, катушек 1K, 2K, … сверху с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y слоев для 2p₁=12-полюсной обмотки с q₁=4 (нечетные катушки), A'-Z'-B'-X'-C'-Y' для 2p₂=14-полюсной с q₂=12/7 (четные катушки) и сверху показаны лобовые части катушек 1K и 2K; на фиг.2, 3 по фазным зонам фиг.1, треугольной сетке (при ее стороне в две единицы длины) построены многоугольники МДС для 2p₁=12 (фиг.2), 2р₂=14 (фиг.3) с нумерацией первых q₁=z/6p₁=4 и 24 (для q₂=z/6p₂=24/7) пазовых точек при единичных векторах токов фазных зон A-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 j=1…N=q·d пазовых точек одной повторяющейся части многоугольника; R² _j определяются по теореме косинусов.

Обмотка фиг.1 при p₁=6, q₁=z/6p₁=4, τ_п=12, у_к=11 имеет коэффициенты: укорочения катушек K_у=sin(90°у_к/τ_п)=sin82,5°, распределения K_p=0,5/2sin15°, обмоточный K_об=K_уK_р=0,95766. По многоугольнику МДС фиг.2: R² _j=3·4²=48 для j=1; R² _j=6²+2²+6·2=52 - j-2, 4; R² _j=8²=64 - j=3 и R² _д=ΣR² _j/4=54, по (1) R_о=144·0,9441/6π и σ_д%=0,890. Подобным образом для 2p₂=14, q₂=24/7, τ_п=72/7 по многоугольнику МДС фиг.3: K_у=sin96,25°, K_p=0,5/12sin2,5°, K_об=0,94956, R² _д=ΣR² _j/24=40,0, R_o=144·0,94956/7π, σ_д%=3,463, т.е. предлагаемые обмотки имеют высокие коэффициенты K_об при низких σ_д%.

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, коэффициентов пазового и дифференциального. Каждая из 3-фазных обмоток с m=3-фазными

2p₁=12- и 2р₂=14-полюсными петлевыми обмотками в z=144 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 с q′₁=2 соседними катушками в каждой, 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=12/7 в 6р₂ катушечных полугрупп с группировкой их катушек по ряду 2221221, повторяемому шесть раз, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=11, где q′₁=z/12p₁ и q′₂=z/12p₂. 3 ил.

Двухобмоточный статор с m=3-фазными 2p₁=12- и 2p₂=14-пoлюcными петлевыми обмотками в z=144 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 в 6p₁ катушечных полугрупп с q′₁=2 соседними катушками в каждой, 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=12/7 в 6р₂ катушечных полугрупп с группировкой их катушек по ряду 2221221, повторяемому шесть раз, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_к=11, где q′₁=z/12p₁ и q′₂=z/12p₂.