ДВУХОБМОТОЧНЫЙ СТАТОР С m=3-ФАЗНЫМИ 2p=4·k- И 2р=6·k-ПОЛЮСНЫМИ ПЕТЛЕВЫМИ ОБМОТКАМИ ПРИ z=144·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 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=4·k- и 2р₂=6·k-полюсных петлевых обмоток статора при z=144·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=144·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 (z)K к 2p₁-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с нечетными номерами 1К, 3К,…, (z-1)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп с q′₁=6 соседними ее 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=4 соседними ее катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам y_k=29, где k=1, 2; q′₁=z/12p₁, и q′₂=z/12p₂.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемых обмоток двухобмоточного статора при z=144(k=1), y_k=29 для z/2=72 пазов с номерами пазов 1…72 снизу, катушек 1 К, 2К,… сверху с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y слоев для 2р₁=4-полюсной обмотки с q₁=12 (нечетные катушки), A′-Z′-B′-X′-C′-Y′ для 2р₂=6-полюсной обмотки при q₂=8 (четные катушки) и сверху показаны лобовые части катушек 1 К, 2К; на фиг.2 по фазным зонам фиг.1, треугольной сетке (при ее стороне в две единицы длины) построены их многоугольники МДС для 2p₁=4 (наружный), 2р₂=6 (внутренний) с нумерацией первых q₁=z/6p₁=12 и q₂=z/6p₂=8 пазовых точек с единичными векторами токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y в центре многоугольников. При k=2 обмотки имеют 2p₁=8 и 2р₂=12 при z=288.

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 бóльшие 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=12, q′₁=6, τ_п=36, y_k=29 имеет коэффициенты: укорочения катушек K_y=sin(90°y_к/τ_п)=sin72,5°, распределения полугрупп K_p=0,5/6sin5°, обмоточный К_об=К_уК_р=0,9119. По наружному многоугольнику МДС фиг.2: R² _j=10²+14²+10·14=436 для j=1, 3; R² _j=3·12²=432 для j=2;

R² _j=16⁸+8²+16·8=448 для j=4, 12; R² _j=18²+6²+18·6=468 для j=5, 11; R² _j=18²+4²+18·4=412 для j=6, 10; R² _j=20²+2²+20·2=444 для j=7, 9; R² _j=20²=400 для j=8, R² _д=ΣR² _j/12=1312/3, по (1) R_о=144·0,9119/2π, σ_д%=0,127. Для 2p₂=6 (q₂=z/6p₂=8, τ_п=24) по внутреннему многоугольнику МДС фиг.2: K_y=sin 108,75°, K_p=0,5/4sin7,5° и К_об=0,90684, R² _д=ΣR² _j/8=192,5, R_о=144·0,90684/3π и σ_д%=0,274, т.е. предлагаемые обмотки имеют высокие коэффициенты К_об при пониженных 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 области электротехники и электромашиностроения и может использоваться в трехфазных двухскоростных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. Сущность изобретения состоит в том, что для двухобмоточного статора асинхронного двигателя с m=3-фазными 2p₁=4·k- и 2р₂=6· k-полюсными петлевыми обмотками в z=144·k пазах, каждая из которых 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 1К до (z)K к 2p₁-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с нечетными номерами 1К, 3К,…, (z-1)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп с q'₁=6 соседними ее катушками в каждой, а к 2p₂-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с четными номерами 2К, 4K,…, (z)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q'₂=4 соседними ее катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам y_k=29, где k=1, 2; q'₁=z/12p₁ и q'₂=z/12p₂. Технический результат - упрощение изготовления и повышение использования активных материалов при одновременном снижении расхода изоляционных материалов, а также повышение коэффициентов дифференциального рассеяния σ_д% данных обмоток двухобмоточного статора при z=144·k пазах. 2 ил.

Двухобмоточный статор с m=3-фазными 2p₁=4·k- и 2р₂=6·k-полюсными петлевыми обмотками в z=144·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 1К до (z)K к 2p₁ - полюсной обмотке относятся К/2 катушек с нечетными номерами 1К, 3К,…(z-1)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6p₁ катушечных полугрупп с q'₁=6 соседними ее катушками в каждой, а к 2p₂-полюсной обмотке относятся К/2 катушек с четными номерами 2К, 4К,…, (z)K, содержащих по w_k1 витков и соединяемых в 6р₂ катушечных полугрупп с q'₂=4 соседними ее катушками в каждой, при этом все катушки имеют шаг по пазам у_k=29, где k=1, 2; q'₁=z/12р₁ и q'₂=z/12p₂.