1
Изобретение относится к полюсопереключаемым обмоткам электрических машин переменного тока.
Известны трехскоростные трехфазные обмотки, составляемые методами полюсно-амплитудной и фазовой модуляции l.
Известны трехфазные обмотки, переключаемые на три числа пар полюсов: .:Рз 4:3:2 2.
Известны также обмотки, переключаемые на три числа полюсов PJ , Р и РJ, равные трем целым числам, не кратным трем или кратным одной и той же степени трех, каждая фаза которых содержит катушки, выполненные с одинаковым шагом и разделенные на дС катушечных групп S катушек в каждой с порядковыми номерами (C-l), и снабжена пятью выводами, делящими ее на четыре части, так что между первым и вторым выводами включены катушки, характер включения которых согласное или встречное) меняется
как при переключении с Р на Р, так и при переключении с R на Р , между вторым и третьим выводами включены катушки, характер включения которых меняется при переключении с Е на Р ,но не меняется при переключении с Р1 на РЗ; между третьим и четвертым выводом включены катушки, характер включения которых не меняется как при переключении с PJ на Р,
10 так и при переключении с Р на Р ; между четвертым и пятым выводами включены катушки, характер включения которых не меняется при переключении с Р. на Р, но меняется при переклю чёнии с Р на РЗ ГЗЗЕсли все катушки пронумерованы по порядку от 1 до Z 3gCS, начиная с некоторой произвольно выбранНОЙ, то положение любой катушки в па20зах однозначно определяется ее порядковым номером. Если обозначать характер включения катушки знаком, поставленным перед ее порядковым
номером (плюс - в случае согласного или минус - в случае встречного включения этой катушки, то включение всех катушек фазы может быть записано числовым рядом, состоящим из порядковых номеров катушек фазы, снабженных знаками, указывающими характер их включения.
Положение и маркировка выводов обозначается в обмоточном ряду числовыми или буквенными индексами, расположенными перед первым и после последнего членов ряда или под любым из знаков плюс или минус в середине ряда. Первые обозначают свободные выводы первой и последней
катушек фазы, а вторые - вы.воды из соединений между двумя соседними катушками фазы. Поскольку чередование номеров катушек, включенных в одну и ту же фазу, подчинено определенным закономерностям, связанным с законами нумерации векторов в звездах н.с. , ряд включения может быть записан сокращенно и в обобщенном виде - формулой включения. Если формула включения составлена так, ч в ней можно обозначить все выводы; то она называется обмоточной формулой. Введение этих понятий упрощает запись соединений в обмотках.
Наивыгоднейшим является такое включение катушек фазы, при котором вектор н.с. рабочей гармоники имеет максимальную (возможную при данном составе фазы) величину.
Состав фазы обмотки с переключением числа полюсов сохраняется неизменным при всех ее включениях, и переключение сводится к реверсировани тока в части катушек фазы, если число катушечных групп в трехфазной обмотке выбрано равным
-зд-с
и если порядковые номера катушечных групп, включенных в фазу опре ляются в соответствии с формулой
N- M-biCe-f),
может быть равно 1 или 2
где (по желанию проектировщика), 6 - целое число от 1 до {А - номер фазы (М 1,2,3). Низшие гармоники исключаются из кривых Н.С., если все катушечные группы, соответствующие одному и тому же лучу звезды н.с. катушек.
включаются одинаково (все - согласно или все - встречно). Четные высшие гармоники исключаются из кривых н.с. если число лучей звезды четно и катушки, соответствующие двум диаметрально противоположным лучам, включе ны одни согласно, а другие встречно.
В самом общем случае число лучей звезды н.с. катушечных групп порядка Rj , относящихся к одной и той же фазе, может быть число вида;
Z. .
(1)
1 ЗР Р -ьгде Р- любое целое число или нуль, д целое число, некратное трем. Z: лучей звезды н.с. при указанном выборе элементов фазы образуют правильную звезду. Поэтому в случаях когда в формуле (1) равно нулю,среди этих лучей отсутствуют лучи, сдвинутые относительно друг друга на углы, кратные , и наивыгоднейшее включение катушек в фазах может быть осуществлено в соответствии с формулой включения;
где .-s,
Первая сумма содержитР- s новключенных в схему фамеров катушек,
.зы согласно, а втораяр
номеров катушек, включенных в фазу встрено. Эти номера определяются подстановкой в формулы, заключенные а квадратные скобки, всех возможных, сочетаний по три чисел У , , и Л из
Р- 1 7
1, 2,
рядов -1
,. .. , S в первой сум1, 2, рядов 1,2.Р.
ме или из
z:-;
Z-ijffl
+ 2
+ 1
1Л,
. , Б во второй сумме. Если номер катушки в результате вычислений оказывается больше Z, то из результата вычисления следует вычитать Z. При 1 во втором знаке суммы второго члена формулы (2) нижний предел Л( 2, а верхний предел Яз 1, поэтому второй член формулы отбрасывается и фаза образуется согласным соединением катушек, соот ветствующих первому члену формулы (2). Если fb в формуле (1) больше нуля и, следователь но кратно числу фаз, среди лучей н.с., относящихся к остальным двум фазам, отсутствуют лучи, сдвинутые относительно пучей первой фазы на углы, кратные Щ и поэтому включение по формуле (2) не обеспечивает симметрию обмотки п Хгловым сдвигам между осями фаз. Целью изобретения является повышение универсальности трехскорост ной обмотки посредством обеспечения симметрии фаз при-числах пар полюсов, удовлетворяющих равенству (1) при 0. Это достигается тем, что для обес печения симметрии многоскоростной обмотки также и на Р; , соответствую щих Z, кратным трем, используется смешанное включение витков в части катушек всех фаз. При смешанном вклю чении часть витков катушки включается согласно, а остаток их встречно. Для осуществления сме.шанного включения необходимо разделить катушку на две изолированные друг от друга полукатушки и снабдить их четырьмя выводами. Используя смешанное включение витков, можно так построить схемы соединений катушек в фазах, что угловы.е сдвиги между их осями . 2 будут в точности равны - при сохранении равенства модулей н.с. фаз даже и при 2 , кратных трем. Такое радиальное решение вопроса приводит в общем случае к весьма существенному усложнению технологии из готовления oбмotки, накладывая одновремен но жесткие и трудно выполнимые условия на выбор чисел витков в катушках Альтернативное компромиссное решение состоит в допущении малой несимметрии фаз, укладывающейся в нормы стан дарта, сокращении благодаря этому числа разделенных катушек и устранения неприемлемых ограничений в выборе чисел витков в катушках. На фиг Л представлен многоугольник н.с. катушек, относящихся к первой фазе, соответству19щий Z четному; на фиг.2 - то же, соответствующий Z.{ нечетному. Числа, поставленные рядом с векто рами н.с. Г0 катушек, обозначают порядковые номера катушек первой фазы входящих в первый обход звезды н.с. 6 катушек, тождественные номерам лучей звезды н.с. катушек. Вект оы н.с. катушечных групп первой фазы пронумерованы в порядке их следования по контуру многоугольника. Эта нумерация не совпадает с нумерацией лучей в звезде н.с. катушечных групп. Если номер один присвоен Г1ервой (по порядку следования вдоль окружности якоря катушке любой из катушечных групп, то порядковая нумерация векторов н.с. катушек в многоугольнике производится в соответствии с формулой: Z VS i 35(Л-1М1, Л-1 л-1- -J где Л- порядковый номер катушечной группы; /J - порядковый номер катушки в катушечной группе. Многоугольники н.с. элементов обмотки, относящихся к второй и третьей фазам, идентичным показанным на фиг.1 и 2, но повернуты относительно них на углы и Zol гдео/ -- . - угол между соседними лучами звезды н.с. катушечных групп порядка P.J. Номера лучей в многоугольнике н.с. катушек второй фазы на S, а номера лучей н.с. катушек третьей фазы на 2S больше, чем номера соответствую- . щих лучей в многоугольнике н.с. первой фазы. Векторы АХ, BY, CZ представляют собою уменьшенные в 2Рраз результирующие н.с. фаз. При этом предполагается, что схема фазы на протяжении двойного полюсного деления рабочей гармоники образуется согласным включением элементов, представленных сторонами многоугольника н.с. катушек, расположенными выше линии АХ, и встречным включением элементов, представленных сторонами этого многоугольника, расположенными ниже линии АХ. Две другие фазы составляются аналогично. Геометрическая сумма всех векторов н.с., относящихся к первой фазе в пределах двойного полюсного деления, равна удвоенному вектору АХ. Таким образом, выбрав положение вектора АХ, пропорционального н.с. первой фазы, так как это показано на фйг.1 и 2, и используя смешанное включение в катушках каждой фазы (при 2 четном) или в катушках (при Z нечетном), можно так выбрать величину отрезков BD и FC, что угл между векторами АХ и BY так же, как и между векторами BY и CZ, окажутся равными . , а это и необходимо для того, чтобы углы между векторам н.с.трех фаз обмотки стали равнымиУчитывая сказанное относительно нумерации векторов н.с. катушек в многоугольниках, соответствую 1их трем фазам обмотки ( фигП, 2), можн записать формулы включения трех фаз обмотки, справедливые при любых Z. и S: ( P-i ГSti 4-2 3Z;:5(tlK V-r S v,-Hp-/5t| 11 n-.iL - J v t-ijuГ-n P )(2 9 Г , Uz.s(vi-i) -s 2 , -s 3z.eC4H;t Jp- L .3sa-..... J g (6n-),-H) 1 0 1-1L J fz 5C6Ц-гИ()( -2 - (бУ)-)-)-, tl р )|/О Г (vi-i)-H5S(X-i) 2 зг-б 1 Г ..Л- )| S (зvl-a))-l ift) rziS(i-2)sH-3V ;t/( Ri (srzi-V fc 9 г 3z, .4i{rrf ifti), I+S х ju-iL Ч-1 .E -iv).. р, 42,-/3-Vi б J.. п1 ;, IZii|li3.) .5CVl-l)t5e5X р, ЕГЗДйЭД (V)-2)(1-3H,) (SITа S П-- М 2)(,(,,j. z,e(3HH...j: ) г P 7Zr3tK)/« г Z,5fbvi-.)-S./. 2 ДР.5(l.j I riif2:l-s.1. %СЬК-л1 J I 2 1 f. ., P,-(2v/)45 )|-А -НPiEts(H4P|%r-т РЧ -US rz-s(3 i) 2 rz,s{ iЧ-1-Vi-lL ,.H.E5Hi|.,(ft 8 этих формулах, помимо указанных, использованы следующие обознаП1Л /Л. ff .- V V XVXI - чения: E - целая часть роби с(в/ -81И-й/ -; .- . NI ка 2 . тушка, имеющая порядковый номер N, полукатушка, выделенная из катушки номер N и содержащая W витков, полукатушка, выделенная из катушки номер N и содержащая W витков; полукатушка, выделенная из катушки номер N и содержащая ХСу витков. Правила вычисления номеров катушек и полукатушек те же, что указаны для формулы (2. Если в одном из зна« ков суммы любого из членов формул нижний предел оказывается больше верхнего, часть ряда, содержащая этот знак суммы, отбрасывается. Простейшие вычислений, очевидные из фиг.1 и 2, позволяют определить амплитуды н.с. фаз. F -2ГГ -1 nw -« if-c 2t C/2Zi Ыи11в- УУ 1)7а/62 is hfi:6i-w4 №- /6Z,6| Sin (lt/52 в)J F -F -IPi: 1 cos(-t2)7t:/6Z,S гы - fif-c 5i /22,- «ЫИ 27Г/32 S дe 1cтвитeлbныe при Z- нечетном и S и . -гг (2s+)s; . It, . Tf (6)76 6ih-.iHg coeдействительные при Z; четном и , а также числа витков в полукатушках ein ;7cto С . ifc . 2ЯГ SIH SIV,w-w -w; w при нечетном и г,1(Ш , при Zi четном и , число вит ков в катушке; В этих формулах 4 61И ,. Нетрудно получить соответствующие выражения при S75, однако они не представляют практического интереса Нессиметрия обмоток, составленны в соответствии с формулами {3) (3V и (3V« настолько мала, что при питании симметричным трехфазным напряжением токи образуют практичес ки симметричную трехфазную систему г т и можно полагать , t -t с-Н-с/з В этих условиях, пользуясь указа ными формулами, можновычислить к торы н.с. фаз в форме1;,,, F определитьвеличины обра ной составляющей н.с.всех трех фаз в процентах от прямойсоставляющей eL . F,p ,,.. коэффициента распределения обмотки ля прямой составляющей и.с. К .€ - - /4g 3-W3; РГ В таблице сопоставляются важнейшие характеристики предлагаемых включений при четырех наиболее употребительных величинах 2 . ГОСТ 13109-67 допускает на зажимах любого симметричного трехфазного приемника напряжение обратной последовательности в пределах до 2% от номинального напряжения. Приняв такую же допустимую величину обратной составляющей ЭДС статорной обмотки, можно утверждать, что все приведенные в таблице включения элементов представляют собой практически симметричные трехфазные обмотки, пригодные для использования в асинхронных двигателях и других электрических .машинах. Из этой таблицы также видно, что в большинстве вариантов исполнения ограничения в выборе числа витков в катушке не -зызовут существенных затруднений при проектировании двигателей. Необходимо,чтобы число витков в катушке было либо четным (N6, М), либо кратным трем {N 4,12,18, 20),либо кратным шести (N 1б). Если Ц, , при вычислении чисел витков в полукатушках достаточно, умножив W на трехзначный численный коэффициент из таблицы, округлить результат до целого числа при любом W. При можно обойтись без разделения катушек на полукатушки. Пользуясь формулами О.З и 3)в этом случае следует в формуле С 3) полагать }f//Wc 1, „ О, а в формуле ( 3)WM 0,. Правила составления схем трехскоростных обмоток заключаются в следующем. Приняв число пазов якоря равным Z 3gCS и пользуясь формулами (3),{3) ,(У ) , выписывают ряды включения фаз, при Р{ удовлетворяющих равенству -i,(. где О, д - целое число, не кратное трем, а пользуясь формулой (2), - ряды включения фаз при , удовлетворяющем равенству - jr-:av Сравнивая эти ряды включения выявляют их члены: а) меняющие знаки как при переключении с Р на Р, та и при переключении с Р на Р (SA) б)меняющие знаки при переключении с Р на Р2.,-но не меняющие знаков при переключении с Р на РЗ (2В), в)меняющие знаки как при переключении с Р на Р, так и при переклю чении с P-f на Рэ (SC) ; г) не меняю щие знаки при переключении с Р на P/J , но меняющие знаки на обратные при переключении с Р на Pj (SD) . Группируя указанные четыре разновидности элементов между соседними выводами, составляют обмоточные фо мулы фаз с пятью выводами в виде: +аА - sb + -ао +-ав (2Р,,Ш)(2РзСМ)(2Р5,СМ)(2Рз,С,Мв) ,(2р,с,) Пример, Трехфазная обмотка переключаемая на три числа пар полюсов: Р : Р 3:2:1, выполненная в 18 пазах. Ряды включения при Р получают, подставляя в формулу (2): Р -}, С,-4 7 - --5.2- UI -Q-u)-xCu; Т f3-i, 3- -1 Ч ,23; И (--1)4(1-2 Гг-2С|1-1)н1-( 17-1 L - l:l -/o-ife; г т г т li 2() 2C3h-2)-h4 -3 9 f5n- - V) -12-18; ь ъ S J2(.viM) LЩ }t4l-6 +4l-9 -14-2. Ряды включения при Р получают, подставляя в формулы (3, З и 0. Р,--2;еч;22 I Тг.г(у)-1)н S Г IX 2 J , i -|i - -c -«- 1 0 -4 fnV -4 - -7-f6; 2 Гз(ЗГ)-а)-11+2 з-ЗМ)+51-1 з.З(ц-1 vi-iL J / 2.ii -2 3C3V)2)-ll аиЛб и4-8-17-2- y - i i; э(,н) t 3.3(4) з.-ь(уь1)1-ъ1i-ii- « i-i--1 1- 1- J S Wl)l ei{5W+18-3-f2-6- 6 ll;j LJ Ряды включения при P- получают, подставляя в формулы ( 3, З и : .2v-T- ; 3 ;v ; r3(A-i) Гза-1)Л л-21 J /1-5 L J Н г1 |4-е7-е( з п н7- 7+| ЗХ-1 -848н + f4M7 H7-2-&-8 / .,i (arl2V-f54 :. ,)Ч. Поскольку в этой записи (согласно таблице tf 9) w 0,8l5 W , W 0,185 We, a в записи, соответствующей PZ 2 (согласно таблице N 1) , W 0,185 V/, V/ 0,815 W, для единообразия записей следует в записях, соответствующих Pj 1 , поменять местами значки штрих и два штриха у полукатушек. Учитывая это замечание и руководствуясь изложенным правилом, выявляют члены рядов каждой из фаз, относящихся к каждой из четырех ее частей и выписывают их номера в соответствующих частях со Знаками, отвечающими включению на Р в порядке, обеспечивающем наименьшую длину соединений между элементами фаз. Тогда получаются обмоточные ряды трехскоростной обмотки в форме: . + 7- j .С6С4) (6c.f« ;;cM ;vi-« b C,y (cb/i«c2c., -«f««r Здесь полу катушка flj содержит 0,185 We витков, а полукатушка Nj 0,815 We витков. Переключение скоростей производится следующим образом. Включение на 3 осуществляется питанием фаз от выводов (бСМ) к выводам(6С,М + 3). Включение на Р2 2 - питанием фаз от выводов ) к соединенным попарно выводам (бСМ и (6С,М + 3)- Включение на РЗ 1 питанием фаз от выводов (2СМ) к вы водам (2С,М + 3), при этом выводы (6см) и (6с ,М + 3) соединяются попа но. По желанию могут быть составлен схемы соединений с последовательным соединением элементов в фазах не при Rf 3, а при Р 2 или Р 1 и соединением в две параллельные ветви при двух остальных числах полюсов. Поскольку сопряжение фаз при любом из чисел полюсов может быть осуществлено в звезду или в треугол ник, существует 21 вариант различных комбинаций сопряжения фаз и чисел параллельных ветвей на трех включениях. Это позволяет желаемым образом варьировать соотношение индукций в зазоре на соответствующих скоростях. При шаге у , доказанном на фиг.1, укорочение шага при Ра 1 снижает использование двигателя при этом числе полюсо Высокое использование многоскоростного двигателя на всех скорос114тях может быть достигнуто, если использовать тороидальную конструкцию статора с пазами на внутренней и наружной цилиндрических поверхностях, заменив секции барабанной двухслойной обмотки кольцевыми секциями с двумя активными сторонами в каждой, одна из которых уложена в паз на наружной поверхности статора , а другая - в расположенный на том же радиусе паз на внутренней поверхности статора. В этом исполнении кольцевая обмотка, переключаемая по предложенной схеме, остается диаметральной при всех числах полюсов. Помещая тороидальный статор между двумя активными пакетами ротора , снабженными короткозамкнутыми обмотками и смонтированными на общих ступицах и валу, получают конструкцию, свободную от упомянутого недостатка, и некоторую экономию меди за счет сокращения длины лобовых соединений кольцевых катушек по сравнению с длиною лобовых частей барабанных катушек.
0,6li2 0,358 - 0,617 1.02
11 Формула изобретения 1. Трехфазная полюсопереключаемая обмотка с переключением на три числа пар полюсов: . , Р j и РЗ содержащая в каждой фазе gCS катушек, разделенных пятью выводами на четыре части так, что между п-ервым и вторым выводами включены катушки, характер включения которых меняется как при переключении с Р на Р2, так и при переключении с Р на Р, между вторым и третьим выводами включены катушки, харвис ер включени которых меняется при переключении с Р на Р2, но не меняется при перекл чении с Pf на РЗ , между третьим и четвертым выводами включены катушки характер включения которых не меняется как при переключении с Р на Pj, так и при переключении с на P-J , между четвертым и пятым выво дами включены катушки, характер включения которых не меняется при переключении с PJ на Р, но меняется при переключении с Р на Р, отличающаяся тем, что, с целью повышения универсальности обмотки путем обеспечения симметрии фаз при включениях на Р, , удовлетSfC ft .воряющих равенству -:-S 3 О, в перв м 1 фазеЧЙ ()P/i катушки разделены ве одинаковые полукатушки по Wc/ итков в каждой, катушки с порядкоыми номерами видов: i|j h -H В| 2tJtili 1,Д., Г (бИ-Ъ) г 2 -1 -к-н полукатушки с порядковыми номеами видов: .,,, P-i Г 7ZilM-b)-sC3vf44)i i vp2| Ь включены согласно, катушки с порядовыми номерами видов: S ЪrZi ffe l-3) Vjt /1- L i .v/.|,(A4) ( (2 .I. 17 и полукатушки с порядковыми, номера видов: Р Г CM-)-%{3Y.--iM Г 1 (Ц-гH(ЗУИ L 2 4 4s i2ie(H)+ 1 включены встречно; во второй и тре и ей фазах по S , катушек в ка дои разделены на две неодинаковые полукатушки, содержащие одна W , а другая W витков, катушки с порядковыми номерами видов: I. |„в),,) : р,- (9Zi-3V,)/6 I Гз2.5(у,.|)5(и-2) 2 2 ,4-i-t riL J . , 1 ITT L 2 J и полукатушки с порядковыми номера 1И видов: ми Видов: § r2;.N-«,sc«.,E , 11-1L- V Г /1(ЙН) 6 т 1 Г L 2 - + 5-«-Е fj l- в одной из этих фаз, а также катуш ки с порядковыми номерами видов: |,|eC1U f)Jz.S(.H)-64/4, p-i C zi- d-t-wii fi .. S р1;9()-1)+5(гХИ) А. 1 Л + . .-S() Ч; S Y nt xilr L и полукатушки с порядковыми номера ми видов: 2 Гг,-здпн) 5Й.Л ,6 Jl vole Г215(Ы1-в).р53 .у -%.VL в другой из этих фаз включены согла но, катушки с порядковыми номерами видов: у а „ rZ,-S(6llH) 1 f i - -((,) 2 . J PI f |, , .,3.ti., 2 j3.S(HH5CU-2) 118 р ) 22; (ЗП-/1)+5(1-ЗЧ,-) и полукатушки с порядковыми номерами видов: ч; ё f .л .;n7iL 6 J / 2 (-2)t5(,-HE цв одной из Этих фаз, а также катушки с порядковыми номерами видов: , Р.- в Г11вШ1,54Л, vp. V у ., J..L - гч |,у::з,,|,.),:, 9л E.50t44)/6 S Spi5(3h-l)-St JU-.L 1It J. И полукатушки с порядковыми номерами видов: ..; ,j .H iflfl. в другой из этих фаз включены в другой из этих фаз включены встреч ° Р включениях на R/ , удовлетворяющих равенству gt|R,:a катушки с порядковыми номерами вида: , г M включены согласно, а катушки с порядковыми номерами вида: ., |&.-( включены встречно, где Р(,2,3) - любые целые числа, С - общее наименьшее кратное Р, PZ и РЗ-,S - число катушек в катушечной группе - любое, целое; д 1 ,2 - по желанию, Ях - число катушечных групп ° на пару полюсов, Э - любое целое число; целое число, не кратное . 7 - число Р.,- , удовлетворяющих равенству , Wj..- число витков в катушке, М - номер фазы (,2,3)1 nwrnt-H 4/aoBi катушк. ,и,,«. имеющая порядко19/ полу катушка, выделенная из катушки номер N и содержащая |2.вит ков, Nj - полукатушка, выделенная из катушки номер N и содержаII щая W витков, NI - полукатушка, выделенная из катушки номер N и содержащая W витков, VrW/ fefer W при 2 нечетном и (f ItBli 25iM %2iS
jr
f JS
V/-V(J при Z четном и . числа витков w и w округлены до ближайших целых чисел. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.RawcEiffe G.H. Three-speed single-winding Induction motors. Electr. Rev. 17, № 9, P. 330, ТЭб. 2.Авторское свидетельство СССР № 399968, кл. Н 02 К 3/28, 1970. 3.Авторское свидетельство СССР P 10516, кл. Н 02 К 3/28, 22.09.67 (прототип).
