Многофазная обмотка ротора двухскоростного асинхронного двигателя (ее варианты) Советский патент 1984 года по МПК H02K17/14 

S

SS

SJ

СО

СО

5 5

S:} §; ёЗ

йй

2. Многофазная обмотка ротора двухскоростного асинхронного двигателя, каждая фаза которой состоит из соединенных между собой двух частей, точка соединения которых выведена на контактные кольца, и содержит группу шаблонных катушек, причем расстояние между соседними сторонами катушек равно полюсному делению для большего числа полюсов, а число катушек в каждой фазе равно большему числу пар полюсов, отличающаяся тем, что, с целью

улучшения использования обмоточного провода, шаг катушки равен сумме или разности полюсных делений для меньи.его и большего чисел полюсов, общее число размещенных последовательно и попеременно подключаемых к разным частям фазной обмотки груп катушек равно , а каждая группа катушек содержит Р2/2р согласно соединенных катушек, где р и Pj - соответственно меньшее и большее число пар полюсов.

1. Многофазная обмотка ротора двухскоростного асинхронного двигателя, каждая фаза которой состоит из соединенных между собой двух частей, точка соединения которых выведана на контактные кольца, и содержит группы катушек, состоящие из попеременно подключаеь ж к разным частям концентрических катушек, шаг внутренней из которых и расстояние между соседними сторонами катушек равны полюсному делению для /Зольшего числа полюсов, а число катушек в каждой фазе равно большему числу пар полюсов, отличающаяся тем, что, с целью улучшения использования обмоточного проЕода,общее число размещенных последовательно групп катушек равно 2р , каждая группа катушек содержит катушек , где р и р2 соответственно меньшее и большее число пар полюсов, Р S шаг внешней катушки каждой группыравен разности полюсных делений для (Л меньшего и большего чисел полюсов, причем принадлежащие к соседним группам катушки с одинаковым шагом включены в разные части фазной об- р мотки, а включенные в одну часть катушки соседних групп соединены встречно.

1

Изобретение относится к многоскоростным асинхронным электродвигателям и может быть использовано для электропривода механизмов с регулированием скорости, например крановых механизмов.

Известен двухскоростной асинхронный двигатель с фазным ротором, содержащим двухскоростные полюснопереключаемые обмотки с независимыми входами по Каждой из полюсностей tlJНедостатком этого двигателя явля ется наличие шести выводов от роторных обмоток (шести контактных колец вместо трех в обычной обмотке фазного ротора ).

Известна также обмотка ротора двухскоростного асинхронного двигателя, каждая фаза которой состоит из катушек, включенных в две параллельные ветви, и выполнена с числом катушек, соответствующим большему число полюсов Z,

Недостатком обмотки является ее применимость при соотношении чисел полюсов 2:1, что определяет небольшой диапазон регулирования скорости двигателя.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является обмотка ротора двухскоростного асинхронного двигателя, в которой каждая фаза состоит из соединенных между собой двух частей, точка соединения которых выведена на контактные кольца, и содержит группы катушек, состоящие из попеременно подключаемых к разным частям концентрических катушек, шаг внутренней из которых и расстояние между соседними сторонами катушек равны полюсному делению для большего числа полюсов, а число катушек в каждой фазе равно большему числу пар полюсов 3J.

Недостатком известной обмотки является недоиспользование обмоточного провода. Каждая из двух частей фазной обмотки имеет разное сопротивление из-за неодинаковой длины лобовых частей групп катушек, включенных в разные части. Вследствие этого токи во включенных в разные части проводников будут отличаться один от другого, что вызывает неравномерный нагрев, т.е. недоиспользование по нагреву тех проводников, по которым протекают меньшие токи. Кроме того, лобовые части обмоток имеют повышенную длину, что вызывает повышенный расход обмоточного провода.

Цель изобретения - улучшение использования обмоточного провода.

Указанная цель достигается тем, что согласно первому варианту в многофазной обмотке ротора двухскоростного асинхронного двигателя, каждая фаза которой состоит из соединенных между собой двух частей, точка соединения которых выведена на контактные кольца, и содержит группы катушек, состоящие из попеременно подключаемых к разным частям концентрических катушек, шаг внутренней из котбрых и расстояние между соседними сторонами катушек равны полюсному делению для большего числа полюсов, а число катушек в каждой фазе равно большему числу пар полюсов, общее число размещенных последовательно групп катушек равно 2 р, каждая группа катушек содержит р2 /2р катушек,где р и p,j - соответственно меньшее и большее число пар полюсов, 1ьаг внешней катушки каждой группы равен разности полюсны делений для меньшего и большего чисе ,,полюсов, причем принадлежащие к соседним группам катушки с одинаковым шагом включены в разные части фазной обмотки, а включенные в одну часть катушки соседних групп соединены встречно.

Кроме того, согласно второму варианту в многофазной обмотке ротора двухскоростного асинхронного двигателя, каждая фаза которой состоит из соединенных между собой двух частей, точка соединения которы с выведена на контактные кольца, и содержит группы шаблонных катутиек, причем расстояние между соседними сторонами катушек равно полюсному делению для большего числа полюсов, а число катушек в каждой фазе равно большему числу пар полюсов, шаг катушки равен сумме или разности полюсных делений для меньшего и большего чисел полюсов, общее число размещенных последовательно и попеременно подключаемых к разным частям фазной обмотки групп катушек равно 2р , а каждая группа катушек содержит pj /2р согласно соединенных катушек, где р и р - соответственно меньшее и большее число пар полюсов На фиг. 1 показана используемая для чисел полюсов обмотки статора 4 и 16 схема концентрической обмотк одной фазы ротора с числом пазов 48 при выполнении внешних катушек с шагом, равным разности полюсных делений для меньшего и большего чисел полюсов; на фиг. 2 и 3 - отно сявдиеся к схеме на фиг. 1 кривые распределения магнитной индукции в зазоре и злектродвижущие силы провод ников одной фазы ротора для чисел полюсов 4 и 16 соответственно; на фиг. 4 и 5 - схемы соединения часте обмотки и направления электродвижущ сил в проводниках фазы ротора, отно сящиеся к схеме на фиг. 1, для чисел полюсов 4 и 16 соответственно на фиг. 6 - схема соединения частей обмотки фаз ротора с параллельным подключением этих частей в каждой фазе; на фиг. 7 - используемая для чисел полюсов обмотки статора 4 и 2 схема шаблонной обмотки одной фазы ротора с числом пазов 72 при выполнении катушек с шагом, равным сумме полюсных делений для меньшего и боль шего чисел полюсов; на фиг. 8 - используемая для чисел полюсов обмотки статора 4 и 32 схема шаблонной обмот ки одной фазы ротора с числом пазов 96 при выполнении катушек с шагом, равным разности полюсных делений для меньшего и большего чисел полюсов; на фиг. 9 - используемая для чисел полюсов обмотки статора 2 и 24 схема концентрической обмотки одной фазы ротора с числом пазов 72 при выполнении внешних катушек с шагом, равны разности полюсных делений для меньше го и большего чисел полюсов; на фиг. 10 - используемая для чисел по люсов обмотки статора 2 и 12 схема шаблонной обмотки одной фазы ротора с числом пазов 72 в случае расположения сторон каждой .подгруппы катушек с шагом, равным разности полюсны делений для меньшего и большего чисел полюсов; на фиг. 11 - используемая для чисел полюсов обмотки статора 4 и 16 схема концентрической обмотки фазы ротора с числом пазов 48 при вып и-ении внешних катушек с шагом, равным сумме полюсных делений для меньшего и большего чисел полюсов . Б пазах 1-48 (фиг. l) размещены проводники обмотки ротора, при этом обмотка одной фазы размещена в пазах 1,4,7,10,13,16,19,22,25,28, 31,34,37,40,43 и 46 и выполнена Б виде последовательно размещенных 2р 4 групп концентрических кату1иек, а каждая группа содержит - 2P1 4 2 катушки, где и Pj 8 - соответственно меньшее и большее число пар полюсов обмоток статора. Шаги всех внутренних катушек первой, второй, третьей и четвертой групп, размещенных в пазах, 4,7,16,19,28,31, 40 и 43 соответственно, равны трем, что совпадает с полюсным шагомt2 3 для большего числа полюсов, согласно формуле т -2 2р. где г - число пазов ротора. Шаги всех внешних катушек первой второй, третьей и четвертой групп, размещенных в пазах 1,10,13,22,25,34, 37 и 40 соответственно, равны девяти, что совпадает с разностью полюсных шагов соответственно для меньшего и большего чисел полюсов. Расстояние между сторонами катушек равно полюсному шагу Tj 3 для большего числа полю Указанная фазная обмотка разделена на две части, при этом первая часть содержит последовательно соединенные внешнюю катушку первой, внутреннюю катушку второй, внешнюю катушку третьей и внутреннюю катушку четвертой групп соответственно, а вторая часть включает в себя последовательно соединенные оставшиеся катушки. Внешние катушки в каждой части включены согласно между собой и встречно с внутренними катушками. Зажимы первой части катушек обозначены индексами и к S ,а зажимы второй части - индексами виг. Зажимы Б и г соответственно первой 49 и второй 50 частей обмотки первой фазы объехшнены и через контактное кольцо 51 и присоединен к добавочному резистору 52 (фиг. 6 Аналогичным образом объединены зажимы 6 и г первой 53 и второй 54 частей обмотКи второй фазы, а такж зажимы 5 и г первой 55 и второй 56 частей обмотк.и третьей фазы. Указанные объединенные зажимы через контактные кольца 57 и 58 соответственно присоединены к добавочным резисторам 59 и 60, соединенным с резистором 52 по трехфазной схеме. Зажимы с и в соответственно обмото первой, второй и третьей фаз объед нены между собой. Кроме приведенной на фиг, 6 схемы соединения частей обмотки ротора, возможно соединение этих частей по мостовой схеме или по схеме треугольника, В пазах 61-132 (фиг. 7) размеще ны проводники обмотки ротора, при этом обмотка одной фазы расположена в пазах 61,64,67,70,73,76,79,82,85 88,91,94,97,100,103,106,109,112, 115,118,121,124,127 и 130 и выполнена в виде двенадцати равномерно распределенных по окружности ротор шаблонных катушек 133 - 144, т.е. число катушек равно большему числу pj 12 пар полюсов. Расстояние межд одинаковыми /например, между левыми сторонами катушек равно - 6 шагом по пазам, а расстоя 12 ние между соседними сторонами кату шек равно полюсному шагу 3 для большего числа подцосо где - число пазов ротора. Шаги :всех катушек одинаковые и равны 21 что совпадает с суммой полюсных шагов 2. 3 - 4 , ,. соответственно для меньшего и большего 2 чисел полюсов. Вс Катушки объединены в группы, PI 12 каждая из которых содержит 2р 4 3 катушки, соединенные последовательно и согласно. При этом катушки 133-135 образуют первую катушки 136 138 - вторую, а катушки 139 - 141 и 142 - 144 - соответственно третью и четвертую группы. Первая и третья группы катушек соединены последовательно и согласно между собой и образуют одну из частей обмотки фазы с зажимами а и 5 . Вторая и четвертая группы катушек образуют вторую часть обмотки данной фазы с згшимами в и г . Обе части обмотки фазы соединены с аналогичными частями обмотки двух других фах по схеме (фиг. 6). В пазах 145 - 240 (фиг. 81 размещены проводники обмотки ротора, при этом обмотка одной фазы расположена в пазах 145,148,151,154,157,160,163, 166,169,172,175,178,181,184,187,190, 193,196,199,202,205,208,211,214,217, 220,223,226,229,232,235 и 238 и выполнена в виде шестнадцати равномерно распределенных по окружности ротора шаблонных катушек 241 - 256. Расстояние между одинаковыми (например, левымиJ сторонами катушек равно 2 96 - . п- г 6 шагам по пазам, а расстоГ2яние между соседними сторонами катушек равно полюсному шагу 2 96 - 3 дупя большего числа 2р 32 ПОЛЮСОВ, где - число пазов ротора. Шаги всех катушек одинаковы и равны 21, что совпадает с разностью полюсных шагов -. -4г - - соответственно для меньшего и большего чисел полюсов. Все катушки объединены в 2 р -4 группы/ РЗ 16 каждая из которых содержит j 4 4 катушки, соединенных последовательно и согласно. При этом катушки 241-244 образуют первую, катушки 245-248 - вторую, а катушки 249-252 и 253 - 256 - соответственно третью и четвертую группы. Первая и третья группы катупюк соединены последовательно и согласно между собой и образуют одну из частей обмотки фазы с зажимами ч и 6 . Вторая и четвертая группы катушек образуют вторую часть обмотки данной фазы с зажимами б и г , В пазах 61-132 (фиг. 9)размещены проводники обМотки ротора, при этом обмотка одной фазы размещена в пазах 61,64,67,70,73,76,79,82,85,88,91,94, 97,100,103,106,109,112,115,118,121, 124,127,и 130 и выполнена в виде последовательно размещенных 2р-, 2 групп концентрических катушек, а PI 12 ,каждая группа содержит :у--- - -- катушек, где и - соответственно меньшее и большее число пар полюсов обмотки статора. Первая и вторая группы содержат по шесть концентрических катушек 257-262 и 263268 соответственно(обозначены, начиная от внутренней катушки). Шаги внутренних катушек 257 и 263 равны трем, что совпадает с полюсным шагом 2 12 -- 3 для большего числа 2р2 24 полюсов, где т 72 - число пазов ротора. Шаги внешних катушек 262 и 268 равны 33, что совпадает с разностью полюсных шагов т: - ,1- - II - .fi 1- 2р, - 2 и Т2 3 соответственно для меньшего и больше го чисел полюсов, а расстояние межд соседними сторонами катушек равно полюсному шагу Tj 3 для большего чис ла полюсов. Соединенные согласно меж ду собой катушки 262,260 и 258 с четными номерами первой группы и соединенные согласно между собой катушки 267,265 и 263 с нечетными номерами второй группы соединены по следовательно и навстречу одна друг и образуют одну из частей обмотки фазы с зажимами а и 5 . Аналогично соединены между собой катушки 268, 266 и 264 с четными номерами второй группы и катушки 261, 259 и.257 с нечетными номерами первой группы, образуя вторую часть обмотки данной фазы с зажимами в и г . В пазах 61 - 132 (фиг. 10)размещены проводники обмоткн ротора, при этом обмотка одной фазы расположена в пазах 61,62,67,68,73,74,79,80.85, 86,91,92,97,98,103,104,109,110,115, 116,121,122,127 и 128 и выполнена в виде шести равномерно распределен ных по окружности катушечных подгру 269 - 274, каждая из которых состои их двух шаблонных катушек. Расстоян между серединами одинаковых (например, левых/ сторон катушечных под г. 72 групп равно -г- - 12 шагам по Г2 Ь пазам, а расстояние между серединам сторон соседних катушечных подгрупп - 2 72 , равно полюсному шагу для большего числа полюсов, где - число пазов ротора. Шаги всех катушечных подгрупп одинаковы и равны 30, что совпадает с разност полюсных шагов .,. ,1- 2|.зб „ 2 6 . 2Pi2 соответственно для меньшего и большего чисел полюсов. Все катушки объединены в группы, каждая из которых содержит 6-2 3 катушечных подгрупп, соединенных последовательно.и согласно. Одна из этих групп включает в себя катушечные подгруппы,269 - 271 и образует одну из частей обмотки фазы с зажимами а и Б . Катушечные подгруппы 272 - 274 образуют другую часть обмотки данной фазы с зажимами в иг . Для ...:сел полюсов обмоток статора 4 и 16 и в случае концентрической обмотки внешние концентрические катушки могут быть выполнены с шагом, равным сумме полюсных делений для меньшего и большего чисел полюсов (фиг. Ill. В пазах 1 - 48 (фиг. lit размещены проводники обмотки ротора, при этом обмотка одной фазы размещена в пазах 1,4,7,10,13,16,19,22,25, 28,31,34,37,40,43 и 46 и выполнена в виде 2р, 4 групп концентрических катушек, а каждая группа содержит р о ---, 2 катушки, где рт 2 и т соответственно меньшее и большее числа пар полюсов. Первая, вторая, третья и четвертая груйпы содержат пары KaTyujeK 275,,. 278;279,280 и 281,282 (внутренние катушки обозначены нечетными, а внешние - четными номерами К Шаги внутреннихкатушек равны трем,что совпадает с полюсным шагом i 7 Л R II :3 для большего числа полюсов, где 2 48 - число пазов ротора. Шаги внешних катушек равны 15, что совпадает с суммой полюсных шагов 12 и 2 соответственно для меньшего н большего чисел полюсов, а расстояние между соседними сторонами катушек равно полюсному шагу для большего числа полюсов. Все катушки разделены на две части, одна из которых с зажимами « и 5 образована последовательным и согласным соединением между собой катушек 276 и 275 первой и катушек 280 н 279 третьей групп. Аналогично другая часть с зажимами виг образована последовательным и согласным соединенным катушек 278 и 277 второй и катушек 282 и 281 четвертой групп. Принцип действия схемы (фиг. 1) заключается в следующем. Если обмотка статора двигателя обеспечивает число полюсов магнитного поля, равное 4, то магнитная индукция распределена по зазору двигателя по синусоидальному закону (фиг. 2). При этом, поскольку электродвижуюцие силы (ЭДС в каждом : проводнике ротора пропорциональны магнитной индукции в месте расположения этого проводника, то векторы (фиг. 2 ) с индексами, е , е ,. . . ,е характеризуют ЭДС в проводниках 1,4,..,,46 соответственно.

В случае, когда число полюсов обмотки статора равно 16, распределение магнитной индукции по зазору двигателя имеет вид кривой (фиг, .3, где изображены также -векторы ЭДС el,, е,,.,, проводника 1,4/.,.,46 соответственно.

Для числа полюсов, равного 4, ЭД в проводниках каждой части включены последовательно и согласно, при этом ЭДС в первой части проводников направлены от зажима а к зажиму 5 , ; а во второй части - от зажима г, к зажиму 8 (фиг. 4). При числе полюсов равном 16, ЭДС в проводниках каждой части также включены последовательн но в данном случае в отличие от предыдущегр, ЭДС во второй части проводников изменили свое направление на противоположное и.направлены от зажима в к зажи-му г (фиг, 5) , что вызывает изменение направления тока в одной из частей проводников. Указанные направления ЭДС.(фиг, 6, сплошные стрелки) в обеих частях проводников для случая числа полюсо равного 4, вызывают протекание фазногб тока только по фазной обмотке, поскольку вследствие того, что величины ЭДС и сопротивлений частей 49 и 50 соответственно одинаковы, ток в цепи резистора 52 равен нулю. Следовательно, в данном случае обмотка ротора оказывается замкнутой накоротко. Для направлений ЭДС в 49 и 50 (фиг, 6, пунктирные стрелки)при числе полюсов, равном 16, токи в этих частях фазной обмотки замыкаются через контактное кольцо 51 и резистор 52, т.е. в данном случае обмотка ротора является фазной, когда роторный ток протекает через контактные кольца к внешней цепи - добавочным резисторам 52, 59,60.

Если в схеме (фиг 6)переключить зажимы одной из частей проводников Кс1ждой фазы (например, в первой фазе к общей точке подключить зажим б , а зажим « подсоединить к контактному кольцу 51), то в противоположность предьгдуадехиу случаю, при числе полюсов, равном 4, ротор буде фазным, а при числе полюсов, равном 16, ротор будет короткозамкнутым.

Кроме схема, приведенной на фиг. 6, возможным является также соединение частей проводников по мостовой схеме или по схеме треугольника.

Принцип действия схем обмоток ротора (фиг. 7 - 11) аналогичен описанному для схемы (фиг. 1) .

Предлагаемое устройство дает улучшение использования обмоточного провода по сравнению с известным, так как обеспечивает меньшую длину

1 лобовых частей обмоток и характеризуется одинаковым выполнением обеих частей обмоток, вызывающим их равномерный нагрев.

Изобретение обеспечивает высокий диапазон регулирования скорости двигателя. Создание электроприводов с двухскоростными асинхронными двигатлями , снабженными предлагаемыми фазными обмотками на роторе, дает возможность при наличии контактных колец получить электропривод с высокими регулировочными свойствами при использовании простых и дешевых , управляющих средств. Это обуславливает высокие технико-экономические показатели устройств.

Включение в роторную цепь двигателя дополнительных элементов (в простейшем случае добавочных резистров ) обеспечивает дополнительные возможности по регулированию скорости и дальнейшему повьт ению ее диапазона регулирования.

Изобретение целесообразно в больших масштабах использовать для крановых механизмов, где для обеспечения точной установки грузозахватного органа требуются малые скорости его движения и желательно (в силу массовости крановых установок и необходимости простого их обслуживания в условиях эксплуатации) применение наиболее простых систем электропривода.

Изобретение следует использовать как в механизмах подъема, так и в механизмах передвижения кранов, где оно обладает большими технико-экономическими преимуществами перед известными двухскоростными двигателями с короткозамкнутым ротором. Последние, например, в ряде случаев целесообразно использовать в механимах передвижения, которые обладают большим значением приведенного к валу двигателя момента инефции, .вызывающим затянутый во времени пус механизма и возможный перегрев обмоток двигателя. Предлагаемьле схемы обмоток ротора при подключении к сети высокоскоростной обмотки статора и включении в ротор дополнительных резисторов дают возможность осуществить плавный и благоприятный по нагреву обмоток реостатный дуск двигателя. В то же время в таком двигателе при подключении к сети кизкоскоростной обмотки статора роторная обмотка будет замкнута накоротко, а при этом обеспечивается стабильная работа электропривода на пониженной скорости, что дает повышенную точность установки груза и увеличивает производительность работы крана.

g« r e;, ;, , ,.

-IVlll

M eiff

w n egs ett

Фиг. 2 . B« .

bi