Трехфазная полюсопереключающая обмотка двигателя на 1,2 и 4 пары полюсов Советский патент 1991 года по МПК H02K17/14 

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электромашиностроении для создания трехфазных трехскоростных короткозамк- нутых асинхронных двигателей с 1, 2 и 4 парами полюсов и одной статорной обмоткой, предназначенных для привода механизмов с постоянным нагрузочным моментом, в том числе привода колесных пар и экскалаторов метрополитенов, а так- же привода вентиляторов и центробежных насосов.

Цель изобретения - улучшение энергетических характеристик асинхронных дви- 1 гателей, работающих в электроприводах с

постоянным моментом нагрузки или с вентиляторной нагрузкой.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема предлагаемой обмотки; на фиг. 2 - векторные диаграммы катушечных ЭДС обмотки при S 1 и Z 12; на фиг. 3 - схема-развертка предлагаемой обмотки при S 1, Z 12. у 8 тз/3 4; на фиг. 4 - схемы соединения фаз и распределение катушечных групп по фазам и по па- раллельным ветвям при различных числах . пар полюсов.

На схеме (фиг. 1) цифрами 1-12 обозначены номера катушечных групп (КГ), входящих в состав 3 частей обмотки, при этом

о о о

о

точками обозначены начала катушечных групп. Через Вк1 и ВкЗ обозначены трехпо- люсные выключатели, через Вк2 - двухполюсный выключатель, через П1, П2 - трехполюсные переключатели и через ПЗ - двухполюсный переключатель, используемые для управления числом пар полюсов.

Через 4С1, 1С1/2С1, 1С1/4С2, 2С4, С4С, 4С2, 1С2/2С2, 1С2/4СЗ, 2С6,4С5,4СЗ, 1СЗ/2СЗ, 1СЗ/4С1.2С5.4С6 обозначены 15 выводов обмотки, через А, В, С обозначены зажимы трехфазной сети. Стрелки внизу выключателей и переключателей указывают направление перемещения их подвижных контактов при включении обмотки на указанное рядом со стрелкой число пар полюсов. При указанном на фиг. 1 исходном положении переключателей и разомкнутых выключателей схема подготовлена для включения обмотки на 4 пары полюсов, а включение производится подачей напряжения на зажимы А, В, С.

На фиг. 2 цифрами 1-12 обозначены номера катушек, к которым относятся соответствующие векторы ЭДС для обмотки, выполненной с S 1 .

Так как при S 1 номера катушек совпадают с номерами катушечных групп, то цифры 1-12 на фиг. 2 обозначают и номера катушечных групп. Одним, двумя и тремя штрихами на фиг. 2 обозначены векторы ЭДС катушек (при катушечных групп), которые включены согласно в схемы фаз А, В, С соответственно. Значками Т, П м Ш обозначены векторы ЭДС катушек, включенных в схемы фаз А, В и С встречно, т.е. обходятся от конца к началу. На фиг. 3 цифрами 1-12 обозначены номера катушек, которые при совпадают с номерами катушечных групп.

На фиг. 4 использованы те же обозначения, что и на фиг. 1.

Из фиг. 2 видно, что предлагаемая обмотка является симметричной, имеет целое число катушек на фазную зону и потому не создает низших пространственных гармоник МДС, При Pi 1 и Рг обмотка является шестизонной, поэтому она не создает высших четных гармоник МДС, причем ширина фазных зон равна 60°, что обеспечивает наибольшее значение обмоточного коэффициента распределения. При Рз 4 обмотка является трехзонной с фазными зонами шириной 120°.

Полученное на основании фиг. 2 распределение катушечных групп по фазам для различных чисел пар полюсов приведено в табл.1,

Знак минус перед номером катушечной группы означает, что она включена встречно катушечным группам с положительным знаком.

Представленная на фиг. 1 электрическая схема обеспечивает указанное в табл. 1 распределение катушечных групп по фазам, при этом фазы обмотки соединяются: в звезду с одной параллельной ветвью в каждои фазе (схема Y) - при Рз 4; в звезду с двумя параллельными ветвями в фазе (схема Y ) при Р2 2; в треугольник с двумя параллельными ветвями (схема D ) - при Pi-1.

Предлагаемая обмотка работает следующим образок.

При установке переключателей П1, П2, ПЗ в верхнее по схеме фиг. 1 положение и выключенных выключателях Вк1, Вк2, ВкЗ

выводы 4С1, 4С2, 4СЗ соединяются с зажимами трехфазной сети А, В, и С соответственно, выводы 4С4, 4С5, 4С6 объединяются в нулевую точку Сч остальные выводы остаются свободными. При этом обмотка соединяется в звезду с одной параллельной ветвью в каждой фазе, как показано на фиг. 4, а катушечные группы распределяются по фазам согласно последнему столбцу табл. 1 (при Р 4).

При подаче трехфазного направления на зажимы А, В, С обмотка создает магнитное поле с четырьмя парами полюсов, вращающееся в вертикальном направлении со скоростью

ni(i) 60 -fi/P3 60- 50/4 750 об/мин.

При установке переключателей П1, П2,

ПЗ в нижнее по схеме (фиг. 1) положение и

включении выключателя Вк2 выводы

1С1/2С1, 1С2/ЗСЗ, 1СЗ/2С2 соединяются с зажимами сети А. В, С соответственно, выводы 2С4, 2С5, 2С6 объединяются в нулевую точку 02, выводы 4С1 и 4С4, 4С2 и 4С5, 4СЗ и 4С6 соединяются попарно, а остальные

выводы свободны. При этом обмотка соединяется в звезду с двумя параллельными ветвями в каждой фазе.т.е. по схеме У2,как это, показано на фиг. 46, а, а катушечные группы распределяются по фазам согласно третьему столбцу табл. 1 (при Р 2). При подаче трехфазного напряжения на зажимы А, В, С обмотка создает магнитное поле с двумя парами полюсов, вращающееся в том же направлении, что и в предыдущем случае со

скоростью

ni(2) 60 -fi /Р2 60- 50/2 1500 об/мин.

При установке переключателей П1 и П2 в нижнее по схеме (фиг. 1} положение, переключателя ПЗ - в верхнее положение, включении выключателей Вк1 и Вк2 и выключенном состоянии выключателя Вк2 выводы 1С1/2С1,1С2/2СЗ, 1СЗ/2С2 соединяются с зажимами сети А, В, С, соответственно, выводы 4С1, 4С4, 1СЗ/4С2, а также 4С2, 4С5, 1С1 /4С2 и 4СЗ, 4С6,1С2/4СЗ соединены по три в указанном порядке, а выводы 1С1/2С1, 2С4, а также 1С2/2СЗ, и 1СЗ/2С2, 2С5 соединены попарно. При этом обмотка соединяется в треугольник с двумя параллельными ветвями в каждом плече, т.е. по схеме D2, как это показано на фиг. 4в, а катушечные группы распределяются по плечам АВ, ВС и СА так, как указано во втором столбце табл, 1 (при Р 1). При подаче трехфазного напряжения на зажимы А, В, С обмотка создает магнитное поле с одной парой полюсов; вращающееся в том же направлении со скоростью

Ш(1) 60 -fi/Pi 60 50/1

3000 об/мин.

Тем самым обеспечивается трехступенчатое регулирование угловой скорости двигателя в отношении ni(i):ni(2):ni(3) 4:2:1.

Направление вращения магнитного поля при всех трех включениях одинаково. В случае необходимости изменения направления вращения двигателя при любом включении это можно осуществить с помощью переключателя ПЗ путем изменения его положения по сравнению с указанным выше положением.

Сравнение полюсопереключаемых обмоток производится по энергетическим характеристикам асинхронного двигателя со сравнительными обмотками при работе в приводах в различными нагрузочными ха-. рактеристиками, сложности изготовления обмотки, сложности схемы управления, фильтрующим свойствам.

Расчет энергетических характеристик производится по следующим формулам:

Mi MI/МБ В К0б1 (i); i 1,2,3; РэмГ MJ Рмакс/Pi; Кн1, Кщ/КмБ М| /Р|(РминГ;

В Ј; В Sfuic ВЈдеп

где МБ - 4j-Dal$-(Zr On- Кзп)х хОдоп sinfo BS)

; Рэм М| QH , .

Остальные обозначения общепринятые. -

В табл. 2 приведены сравнительные параметры известных и предлагаемой обмоток.

Из табл. 2 видно, что предлагаемая об- мотка имеет следующие преимущества перед известной: увеличение минимально допустимого момента двигателя М на 7,2% (от 0,607 до 0,65); увеличение коэффициента мощности двигателя cos р при включении 0 на Pi 1 и Р2 2; уменьшение расхода меди благодаря сокращению шага обмотки от 3-тз до8 Гз/3.

По сравнению с известной предлагаемая обмотка обеспечивает увеличение мо- 5 мента более чем в 2 раза (от 0,326 до 0,65). Кроме того, по сравнению с известной предлагаемая обмотка обеспечивает увеличение момента двигателя на 3,5% (от 0,6275 до 0,65), увеличение K06i исозр приР2 2, а 0 также упрощение схемы управления.

Формула изобретения

Трехфазная полюсопереключающая обмотка двигателя на 1, 2 и 4 пары полюсов с целым числом катушек на фазную зону, со5

5

стоящая из одинаковых равномерно распределенных катушек, образующих 12 катушечных групп с номерами от 1 до 12, содержащих по S рядом лежащих последовательно согласно включенных катушек и 0 соединенных в 3 одинаковые части, каждая из которых содержит 4 последовательно согласно включенные катушечные группы, с 6 выводами в каждой части от начала части, трех точек соединения катушечных групп и

от конца части, с номерами соответственно

4С1, 1С1/2С1, 1С1/4С2, 2С4 и 4С4 - в первой части, 4С2,1С2/2СЗ, 1С2/4СЗ, 2С6,4С5 - во второй части, 4СЗ, 1СЗ/ЗС2, 1СЗ/4С1, 2С5 и 4С6 - в третьей части, выводы обмо0 ток соединены с 6 коммутационными аппаратами, отличающаяся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик асинхронных двигателей, работающих в электроприводах с постоянным

5 моментом нагрузки или с вентиляторной нагрузкой, обмотка выполнена двухслойной с шагом у b тз/3 , при этом в первую часть включены катушечные группы с номерами 10, 1, 7 и 4, во вторую часть включены кату0 шечные группы с номерами 2, 5, 11 и 8, в третью часть включены катушечные группы с номерами 6,9,3 и 12, из 6 коммутационных аппаратов три являются переключателями, а три выключателями, причем первый и вто5 рой переключатели - трехполюсные, имеют по три группы выводов (первую, вторую и третью) стремя выводами в каждой группе - первым крайним, средним и вторым крайним, с возможностью замыкания цепи

между средним и первым крайним или между средним и вторым крайним выводами, третий переключатель двухполюсный, имеет две группы выводов (первую и вторую) с тремя выводами в каждой группе - первым крайним, средним и вторым крайним с возможностью замыкания между средним и вторым крайним выводами, или между средним и первым крайним выводами, первый и третий выключатели - трехполюсные, име- ют по три группы выводов (первую, вторую и третью) с двумя выводами в каждой группе - замкнутым и размыкаемым, второй выключатель - двухполюсный, имеет две группы выводов (первую и вторую) с двумя выводами в каждой группе - замкнутым и размыкаемым, причем выводы с номерами 4С1, 4С2,4СЗ от начал трех частей, обмотки соединены с первыми крайними выводами первой, второй и третьей групп второго пе- реключателя соответственно, а также с третьим, первым и вторым правыми выводами первого выключателя соответственно, выводы с номерами 1С1/2С1, 1С2/2СЗ и 1СЗ/3 С2 соединены с первым, вторым и третьим замкнутыми выводами третьего выключателя соответственно, выводы с номерами 1С1/4С2, 1С2/4СЗ и 1СЗ/4С1 соединены с первым, вторым и третьим замкнутыми выводами первого выключате- ля соответственно, выводы с номерами 2С4, 2С5, 2С6 соединены с вторыми

крайними выводами первой, второй и третьей групп второго переключателя соответственно, а также с первым и вторым левым и вторым размыкаемыми выводами второго переключателя соответственно, выводы с номерами 4С4, 4С5, 4С6 от концов трех частей обмотки соединены с первым, вторым и третьим средними выводами первого переключателя соответственно, первый средний вывод второго переключателя, а также первый и второй средние выводы третьего переключателя служат для подключения трехфазной сети, первые крайние выводы первой и второй f-рупп третьего переключателя соединены с вторым и третьим средними выводами второго переключателя соответственно, первый и второй крайние выводы первой группы третьего переключателя соединены с вторым и первым крайними выводами второй группы того же переключателя соответственно, первые крайние выводы первой, второй и третьей групп второго переключателя соединены с вторыми крайними выводами первой, второй и третьей групп первого переключателя соответственно, первые крайние выводы первой, второй и третьей групп первого переключателя соединены вместе, размыкаемые выводы второго выключателя соединены вместе, где S 1, 2... - натуральное число, тз Z/8,Z- числ о пазов,

Таблица 1

№

о

У ,vI л Л.

Ш КГ4

-

W

- I Y Л

ВкЗ ю/к

Ц

АУ ,v л Л.

- I Y Л

ВкЗ ю/кг

Ц.

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к электрическим машинам, и может найти применение в асинхронных электродвигателях со ступенчатым регулированием угловой скорости и отношении 1:2:4. Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик асинхронных двигателей, работающих в электроприводах с постоянным моментом нагрузки или с вентиляторной нагрузкой. Обмотка выполнена из 12 катушечных групп, по S катушек в каждой группе (5 1, 2, 3,,.), соединенных в 6 одинаковых частей так, что катушечные группы с номерами 10 и 1 включены последовательно согласно в число А1, катушечные группы 7 и 4 - в часть А2, катушечные группы 6 и 9 - в часть В1, катушечные группы 3 и 12 - в часть В2, катушечные группы 2 и 5 - в часть С1, катушечные группы 11 и 8 - в часть С2, при этом хонцы частей А1, В1, С1 соединены с началами частей А2, В2 и С2 соответственно. Обмотка снабжена 15 выводами из начал частей А1, В1 и С1, концов частей А2, В2, С2, середин всех 6 частей, а также из точек соединения частей А1 и А2, В1 и В2 и С1 и С2. Обмотка соединена по схеме A2/Y2/Y, управление числом пар полюсов производится с помощью 3 переключателей и 3 выключателей. 2 табл.,4 ил. (Л С

пз

№

кгг юАС .

4tf КГЛ

4С2

(Гб ia/кг

II

II

LT,

,S

ЛГ5

Ъ Р

L.

г чг,

fa 60 ,

,раЗ ,

г -igt р-4

fy-ao ta-s

.ЫЗ

.

%/ W гм

Фиг.З

Редактор Н.Тупица

Составитель А.Кецарис Техред М.Моргентал

4С1

в).

ИГ -VX.

/VII

o), о-1

Само Y ftJHS

ч /.ЛХ, а 4йП

Л, t С

и

.&«яг

,ЈЈ. р&

, icy

ЛЈ. UM

i pf - ЩСима/

,1 ДУУ

I л«. Я

«

г.- Корректор М.Шароши