Трехфазная полюсопереключаемая обмотка на 1 и 3 полюса Советский патент 1985 года по МПК H02K17/14 

Изобретение относится к электрическим машинам и может найти применение в асинхронных короткозамкнутых элекуродвигателях со ступенчатым регулированием угловой скорости путем переключения числа пар полюсов статорной обмотки. Многоскоростные асинхронные электродвигатели широко применяются в различных областях народного хозяйства На железнодорожном транспорте изобретени может найти применение в асинхронных тяговых двигателях, в асинхронных двигателях привода эскалаторов метрополитена и привода вентиляторов и насосов на локомотивах.

Целью изобретения является расширение рбласти применения обмотки, состоящей из девяти частей и двух трехполюсных переключателей, на двухскоростные асинхронные двигатели с отношением чисел пар полюсов Р,.

На фиг, 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемо обмотки при , на фиг. 2 и 3 - диаграммы пазовых ЭДС} на фиг, 4 - схема-развертка предлагаемой обмотки;

Через 411, 412, 413, 422, 423, 421, 433, 431, 432 обозначены номера частей обмотки, а через П и П2 трехполюсные переключатели (переключающие контакторы), с помощью которых производится переключение числа пар полюсов.

Верхнему положению переключателей соответствует включение обмотки на 1 пару полюсов (,1), а нижнему на 3 пары полюсов ().

Из фиг. 1 видно, что в состав фаз. А-, В и С при различных числах пар полюсов входят катушечные группы, указанные в табл. I.

Таблица

Табл, 1 содержит 3 строки и 3 столбца, причем в строках 1, 2, 3 указаны номера катушечных групп.

входящих в состав фаз А, В и С при включении обмотки на 1 пару полюсов, а в столбцах 1, 2, 3 указаны номера катушечных групп, входящих в состав фаз А, Б и С при включении обмотки на 3 пары полюсов.

Из фиг, 1 видно, что при переходе от схемы с ,1 к схеме с части 411, 422 и 433 остаются в составе прежних фаз, части

412,423, 431 переключаются в соседние фазы справа (из фазы А - в фазу В, из В - в С и из С-А), части

413,421 и 432 - в соседние фазы слева (из фазы А - в фазу С, из С-вВиизВ-вА).

Тем самым при верхнем положении переключателей обеспечивается максимальное значение амплитуды пространственной гармоники МДС с периодом 21 70/1, т.е. обмотка создает вращающееся поле с 1 парой полюсов (Р,), а при нижнем положении переключателей обеспечивается максимальное значение амплитуды пространственной гармоники ВДС с периодом )/3, т.е. обмотка создает вращающееся поле с 3 парами полюсов в (Р.)

На фиг, 2 и 3 изображены вектор:ные диаграммы пазовых ЭДС предлагаемой обмотки, состоящей из 36 катушек (, ), причем фиг.2 относится к схеме с 1 парой полюсов , а фиг. 3 - к схеме с 3 парами полюсов. Цифрами 1-36 на фиг, 2 и 3 обозначены номера катушек, к которым относятся соответствующие векторы ЭДС. Одним, двумя и тремя штрихами на фиг. 2 и 3 отмечены векторы ЗДС катушек, входящих в фазы А, В и С соответственно.

На фиг, 2, 3 видно, что предлагаемая обмотка при обоих числах пар полюсов является симметричной, имеет сплошные фазные зоны шириной 2и/3 эл, радиан, 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 1-36 на фиг.4 обозначены номера пазов,а букми И и К обозначены начала и концы соответствующих частей обмотки.

Обмотка работает следующим образом. При установке переключателей 111 и 112 в положение, обозначенное P , замыкаются цепи между верхними и средними контактами переключателей и катушечные группы распределяются по фазам А, В и С так, как указано в строках 1, 2 и 3 табл. 1. При подключении обмотки и трехфазной сети по ней протекают синусоидальны токи и обмотка создает в воздушном зазоре асинхронного двигателя магнитное поле с 1 парой полюсов, кото рое вращается с угловой скоростью 60f,, , ui)р- 1об/мин),| где f, - частота сети. При переключении переключателей П1 и П2 в положение, обозначенное Р-, замыкаются цепи между нижними и средними контактами переключателе и катушечные группы распределяются по фазам А, В и С обмотки так, как указано в столбцах 1,2 и 3 табл. При включении в трехфазную сеть такая обмотка создает в воздушном зазоре магнитное поле, вращающееся в том же направлении, что и при ( с угловой скоростью , bO-i,, N -(ob/wv H) Тем самым и обеспечивается ступенчатое регулирование угловой скорости двигателя. Сравнение полюсопереключаемых обмоток производится по энергетическим характеристикам асинхронного двигателя с обмоткой данного типа, которые оцениваются величинами минимального момента, минимальной мощ ности и коэффициента пропорциональности в формуле момента нагрузки вентиляторного типа SZ) при од наковых допустимых значениях индукции в воздушном зазоре Bg i Е и плотности тока в проводах обмотки допустимой по условиям нагрева, кроме того, по фильтрующим свойства обмотки, которые оцениваются относи тельными значениями обмоточных коэф фициентов , или с помощью коэффициента дифферен циального рассеяния Чf,вW) Отдельно оценивается нгшичие . низших пространственных гармоник с кривой МДС F(X), которые вызывают вибрации и шум при работе асинхронного.двигателя и снижают его надежность; по сложности схемы управления оценивается числом коммутационных аппаратов или числом пар их контактов; по сложности изготовлении обмотки,о которой судят по числу различающихся между собой катушек, входящих в схему обмотки, по величине тока холостого хода двигателя, которая зависит от произведения обмоточного коэффициента на коэффициент использования обмотки ( ) . Используя известные формулы для определения ЭДС статорной обмотки (E;|5;U,,,)j амплитуды МДС статорной обмотки (F, цдо,к(.) и электромагнитного момента М получают в относительных единицах, M M/MS-6j -к К f, Ьмакс 061 } (1) PiPjP. С2) О-Лм/ мГ/л / , 4м,,«/28лоп 8 - базисное значение электромагнитного момента, равное .es(.(,,in(4) где D, 6g - диаметр и расчетная длина якоря двигателя; число пазов, площадь поперечного сечения паза и коэффициент заполнения паза медью, j - действующеезначение плотности тока; /%-(8AF,).ir/2-q,5in р С05 cf, . P28- S- 8( W. где S - скольжениеJ К,.„ - отношение числа включенных катушек к их полному числу. Значения величины D, g, (2Q|,K) S, coscf, при расчете приняты одинаковыми для двигателей со сравниваемыми статорными обмотками, хотя в отношении величин К и cos cf, предлагаемая обмотка имеет некоторое преимущество перед известной обмоткой. Значения коэффициента распределения Кр определяются на основе векторных диаграмм пазовьк ЭДС. При расчете принимались различные зна512003чения шага обмотки У, а для сравнения взяты наивыгоднейшие для различных режимов значения шага. Число пазов для обмотки равно 2: 2wCS где (Р) - наименьшее кратное чисел пар полюсов , 2, 3 - натуральное число. 5 10 2 Для предлагаемой обмотки число пазов равно , Минимальное число пазов и катушек (при ) предлагаемой обмотки вдвое меньше, чем у известной обмотки, но для сравнительных расчетов число пазов 2 для этих обмоток принято одинаковым и равным 36. Результаты расчетов с использованием приведенных вьш1е формул представлены в табл. 2. Т а б л я ц а 2

мркс

1,0 I вар. 1,0

П вар.

М

а, 302

Г вар.

il вар.

0,427

I вар.

0,302 0,427 И вар.

KM

i вар.

0,302 П вар. 0,427 Примем а н и е: Вариант обмотки,

Из табл. 2 видно, что несмотря на различие чисел пар полюсов предлагаемая обмотка обладает такими же высокими электромагнитньми свойствами. В частности, по величине обмоточного коэффициента К и величи-35 не мощности Р в приводах постоянной мощности предлагаемая обмотка равноценна известной (примеры 13, 16 табл. 2). В сравнении с известной обмот-40 кой, имеющей такие же числа пар полюсов, что и предлагаемая обмотка, последняя имеет следующие преимущества:увеличение допустимой по услови-45 ям нагрева мощности двигателя в приводах постоянной мощности на 22,5% п 77Я Го /Р - 1 V peA/S-iB 0,227

1,0

0,672

1,0

0,778 1,0 0,336 1,0

0,484

0,837

0,837 0,278

0,560 0,592 0,591

0,401 (0,464) (0,809)

0,280

0,279

0,278 0,279 0,20 0,197

0,197

0,197

2,24

7,53

0,278

7,53 1,78 1,60 0,197 5,32 уменьшение тока холостого двигателя на 32% при включении обмотки на 3 пары полюсов благодаря увеличению обмоточного коэффициента до 0,837, вместо 0,682 у известной об- - (0,464) (7,2) соединенной по схеме д/V при . мотки; более простое изготовление обмотки благодаря применению однотипных катушек при вдвое меньшем числе последних; полная симметрия обмотки при обоих числах пар полюсов, тогда как известная обмотка при Р 1. не симметрична, что вызывает появление обратной МДС и ухудшение характеристик двигателя. В отношении фильтрующих свойств и схемы управления предлагаемая обмотка практически равноценна известной обмотке. 35JU J

ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКПЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА НА 1 И 3 ПОЛЮСА, двухслойная, с целым числом катушек на фазную зону шириной электрических радиан, соединенная в звезду при обоих числах пар полюсов, состоящая из одинаковых равномерно распределенных катушек, соединенных в девять частей 411, 412, 413, 421, 422, 423, 431, 432, 433 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 , ) или между средним и нижним (при ) выводами, причем начала частей 411, 422, 433 соединены с внешними вьшодами обмотки А, В и С соответственно, а их концы с первым, вторым и третьим верхними вьшодами первого переключателя, начала частей 412 423, 431 соединеныс первым, вторым и третьим средними вьшодами первого переключателя, а их концы - с первьм, вторым и третьим верхними вьгоодами второго переключателя, начала частей 413, 421 и 432 соединены с первым, вторым и третьим средними вьшодами второго переключателя, а их концы соединены между собой, кроме того, переключатели снабжены перемычками, соединяющими первый нижний с вторым верхним, второй нижний стретьим верхним и третий нижний с первым верхним вьшодами- каждого переключателя, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения, обмотка вьтолнена СП из 9 катушечных групп, по 5 последовательно согласно включенных катушек, причем: катушечная группа с номером 1 включена согласно в часть 41IJ катушечная группа с номером 2 включена согласно в часть 412; катушечная группа с номером 3 включена согласно в часть 413; катушечная группа с номером 4 включена согласно в часть 421 , катушечная группа с номером 5 включена согласно в часть 422, катушечная группа с номером 6 включена согласно в часть 423{ катушечная группа с номером 7 включена согласно в часть 431; катушечная группа с номером 8 включена согласно в часть 432, катушечная группа с номером 9 включена согласно в часть 433, где S - натуральное число.