Трехфазная полюсопереключаемая обмотка Советский патент 1985 года по МПК H02K17/14 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электромашиностроении для создания двухскоростных асинхронных электродвигателей.

Многоскоростные асинхронные двигатели широко применяются в различ- ных областях народного хозяйства. На железнодорожном транспорте изобрете ние. может найти применение в асинхронных тяговых двигателях, двигателях привода эскалаторов метрополитена, двигателях привода насосов и вентиляторов на подвижном составе.

Цель изобретения - расширение области применения обмотки.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемой обмотки при S 1 и Z 45; на фиг. 2 и 3 - секторные диаграммы . пазовых ЭДС; на фиг. 4 - схема предлгаемой обмотки.

Через А,, А, А,, В, , В., В, С , С, С обозначены девять частей обмотки, а через П1, П2 - трехполюс- ные переключатели (переключаювще контакторы) , с помощью которых производится переключение числа пар полюсов

Верхнему положению переключателей обозначенному Р1 , соответствует включение обмотки на три пары полюсов, а нижнему, обозначенному Р2, - включние обмотки на пять пар полюсов.

В состав фаз А, В и С при различных числах пар полюсов (фиг. 1) вхо.дят катушечные группы, номера которых указаны в табл. 1.

Табл. 1 содержит три строки и три столбца, причем в строках 1-3 указаны номера катушечных групп, входящих . в состав фаз А, В и С при включении обмотки на три пары полюсов, а в столбцах 1 - 3 указаны номера катушек, входящих в состав фаз А, В и С при включении обмотки на пять пар полюсов

На фиг. 1 видно, что при переходе от схемы с Р Р, 3 к схеме с Р Pj 5. А,, В , С, остаются в сое- ставе прежних фаз, части А, В , С, переключаются в соседние фазы спра- ва (из фазы А -в фазу В, из В - в С, из С - в А), а части Aj, Bj, С переключаются в соседние фазы слева (из фазы А - в фазу С, изС-вВи из В - в А). Тем самым обеспечивает- 55 ся при верхнем положении переключателей максимальное значение амплиту ды пространственной гармоники ЙДС

с периодом , нВ/3, т.е. обмотка создает вращающееся поле с .тремя парами полюсов (Р, р), а при нижнем положении пространственной гармоники МДС с периодом 2() 7в/5, т. обмотка создает вращающееся поле с 5 парами полюсов (Р 5).

На фиг. 2 и 3 изображены векторны диаграммы пазовых ЭДС предлагаемой обмотки, состоящей из сорока пяти катушек (S 1, Z 45), причем фиг. 2 относится к схеме с тремя парами полюсов, а фиг. 3 - к схеме с пятью парами полюсов. Цифрами 1 ,45 на фиг. 2 и 3 обозначены номера 1катушек, к которым относятся соответствующие векторы ЭДС. Одним,- двумя и тремя штрихами на фиг. 2 и 3 отмечены векторы ЭДС катушек, входящих в соста.в фаз А, В, С соответственно.

Предлагаемая обмотка (фиг. 2 и 3) при обоих числах пар полюсов является симметричной, имеет сплошные фаные зоны шириной 2Х/3 эл; рад, а также одинаковое число катушек под разными, полюсами, т.е. обмотка является целой и не создает низших гармоник МДС.

На фиг. 4 для примера показана схема-развертка предлагаемой обмотки при ,, цифрами 1-45 на фиг. 4 обозначены номера пазов, а буквами И и К обозначены начала и концы девяти соотвествующих частей обмо/ки.

Предлагаемая обмотка работает следующим образом.

При установке переключателей П1 и П2 в положение, обозначенное Р , замыкаются цепи между верхними и среними контактами переключателей, и катушечные группы распределяются по фазам А, В и С так, как указано в строках 1-3 табл. 1. При подключении обмотки к трехфазной сети по ней протекают синусоидальные токи и обмотка создает в воздушном зазоре асинхронного двигателя магнит.ное поле с Р парами полюсов, которое вращается с угловой скоростью

60 f, , n,f р-- об/мин,

где f - частота сети.

При переключении переключателей П1 и П2 в положение Pg замыкаются цепи между нижними и средними контактами переключателей, и катушечные группы распределяются по фазам А, В, С обмотки так, как указано в столбцах 1 - 3 табл. 1. При включении в трехфазную сеть такая обмот ка создает в воздушном зазоре магнитное поле с Р парами полюсов, ко торые враощются с угловой скоростью 60f, . r:об/мин в том же направлении, что и в перво случае. Тем самым обеспечивается ступенчатое регулирование угловой скорости двигателя. Сравнение полюсопереключаемых об моток, как известно, производится .по следующим параметрам. По энергетическим характеристикам асинхронного двигателя с обмоткой данного типа, которые оцениваются минимальными значениями момента, полезной мощности и коэффициента пропорциональности (Кд) в формул момента нагрузки вентиляторного типа (М Кд, $г) при одинаковых допустимых максимальных значениях индукции в воздушном зазоре (В g . 5доп действующего значения iUtoT ности тока в проводах ъбмотки (j), допустимого по условиям нагрева двигателя. По фильтрующим свойствам обмотки, которые оцениваются относительными значениями обмоточных коэффициентов o&a/ o&l ™ ° мощью коэффициента дифференциальног рассеяния Кд а(). Отдельно оценивается наличие низших простран ственных гармоник с кривой МДС Р(к) которые являются нежелательными, та как ухудшают условия работы двигателя и снижают его надежность. По сложности схемы управления чи лом пар полюсов, которая оцениваетс числом коммутационнных аппаратов ил числом пар их контактов. По сложности изготовления обмотки, о которой судят по числу различающихся между собой катушек. По величине тока холостого хода двигателя, которая зависит от произведения обмоточного коэффициента на коэффициент использования обмотки Используя известные формулы для определения ЭДС статорной обмотки (Е и,р) амплитуды ЩС трехфазной обмотки (Р|ддак(,) и электромагнитного 874 момента, получают в относительных единицах м - в; ,„,,. к S t исп5 t PU/PS MVP; К к«/к«8 ТЛ t tf t f f rt 8 SMOIICC Me - базисное значение электромагнитного момента, равное MS ().( X sin/j, где D Ij - диаметр и расчетная длина якоря двигателя;Z, Q соответственно число пазов, площадь паза и коэффициент заполнения паза статора ме-, дью; j - плотность тока; А. (§5,0 1 + 4,, 5ln/5 cosq,, P8Mg$ijO--i,Sis.co,--2iff.,K;,) -скольжение; -отношение числа включенных катушек к их полному числу. . Значения величин D, 1, (), S и cos ср при расчете приняты одинаковыми для двигателей со сравниваемыми статорными обмотками, хотя в отношении величин К 1р и cos ср, предлагаемая обмотка имеет некоторое преимущество перед обмоткой по аналогу. Значение коэффициента распределения Kpi определяется на основе векторных диаграмм пазовых ЭДС. Расчет характеристик двигателей производится для различных значений шага обмотки у, при этом для сравнения принимаются наивыгоднейшие значения шага. Результаты расчетов приведены в табл. 2. Из табл. 2 видно, что несмотря на различие чисел полюсов, предлагаемая обмотка сохраняет высокие электромагнитные свойства известной обмотки. В частности, предлагаемая обмотка имеет практически такое же значение обмоточного коэффициента .. По сравнению с известной обмоткой, имеюей такие же числа пар полюсов, что и предлагаемая обмотка, последняя обеспечивает увеличение допустимой по словиям нагрева нагрузки в приводах остоянной мощности („ const) на

0,165/0,131

/Р

12,6%: Р

npeAi

гаи

1,126; обеспечивает уменьшение тока холостого хода двигателя при вклю1ении обмотки на 5 пар полюсов, что объясняется увеличением обмоточного коэффициента с 0,655 до 0,959; простота изготовления обмотки благодаря вдвое меньшему числу катушек (45 вместо 90) и применению однотипных катУшек вместо катушек с 3 различными числами витков; полная симметрия обА1, 2, 3, 19, 20 В10, 21, 37, 38, 39 С11, 12, 28, 29, 30

мотки и отсутствие обратного поля при обоих числах пар полюсов, что обеспечивает улучшение характеристик двигателя при включении обмотки статора на 5 пар полюсов.

В отношении схемы управления и фильтрующих свойств предлагаемая и известная обмотки практически равноценны - обе они не создают низших пространственных гармоник МДС, Таблица 1 4, 5, 31, -32, 3316, 17, 18, 34, 35 6, 22, 23, 24, 40 7, 8, 9, 25, 36 13, 14, 15, 41, 42 26, 27, 43, 44, 45

ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОКМОТКА с целым числом катушек в катушечной группе, двухслойная, соединенная в звезду при обоих числах пар полюсов, состоящая из одинаковых равномерно распределенных катушечных групп, соединенных в девять частей А,, А2, А„, В, , Е, Bj, С,, Cj, Cj, и двух трехполюсных переключателей, каждый из которых имеет три группы выводов, по три вывода в каждой группе - верхний, средний и нижний, и замыкает в каждой группе одну цепь между средним и верхним (при Р Р| ) или между средним и нижним (при Р Pj) выводами, причем начала частей А, А , А соединены с внешними выводами обмоток А, В и С соответственно, а их концы - с первым, вторым и третьим верхними выводами первого переключателя, начала частей А, В, С соединены с первым, вторым и третьим средними выводами первого переключателя, а их концы - с первым, вторым и третьим верхними выводами второго переключателя, начала частей с номерами Aj, 83, С, соединены с первым, вторым и третьим средними выводами второго переключателя, а их концы соединены между собой, кроме того, переключатели снабжены перемычками, соединяющими первый нижний с вторым верхним, второй нижний с третьим верхним и третий нижний с первьЕм верхним выводами каждого переключателя, отличающаяс я тем, что с целью расширения области применения, она выполнена из сорока пяти катушечных групп, причем катушечные группы с номерами 1, 2, 3, 19, 20 включены последова(Л тельно согласно в часть А, катушечные группы с номерами 4, 5, 31, 32, 33 включены последовательно-согласно в часть А, катушечные группы с номерами 16, 17, 18, 34, 35 включены последовательно в часть А, катушечные группы с номерами 10, 21, 37, 38, 39 включены последовательно-согласно в часть В, катушечные группы с ; 4 00 номерами 6, 22, 23, 24, 40 включены последовательно согласно в часть В| , Ч катушечные группы с номерами 7, 8, 9, 25, 36 включены последовательносогласно в часть Bj, катушечные группы с номерами 11, 12, 28, 29, 30 включены последовательно-согласно в часть С, катушечные группы с номерами 13, 14, 15, 41, 42 включены последовательно-согласно в часть С, катушечные группы с номерами 26, 27, 43, 44, 45 включены последовательносогласно в часть Ci.

Таблица 2

(pwe./ 28,/J 25 3 8 ifO / 3 3$ 38 Фиг. 2

Продолжение табл.2 22 37

&