Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока

 

Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока Полезная модель относится к обмоткам переменного тока, а именно к созданию совмещенных обмоток электрических машин переменного тока, обеспечивающих несколько рабочих гармоник поля, и может быть использована при изготовлении специальных электрических машин. Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока выполнена с числом пар полюсов P1/P2=5/3. Катушки с одинаковым шагом, включены последовательно в пределах каждой фазы, с выводами из начал и концов фаз. Обмотка выполнена однослойной цепной с шагом по пазам магнитопровода y=3. Структура распределения сторон катушек в пазах выполнена по закону [(A n1Ym1Bm1Xn2Ym2 An2Bm2Xn2Ym1B m1An1)(Xn1Ym2An2 Bm2Xn2Ym2An2B m2Xn1)], где A и X, B и Y - фазные зоны первой и второй фазы совмещенной обмотки, индексы «1» и «2» - это число катушечных сторон размещенных рядом в соответствующей фазной зоне и имеющих одинаковое направление тока в фазных зонах A и B в одну сторону (например, вверх), в фазных зонах X и Y в другую сторону (например, вниз), индекс «r» - это число повторений структур распределения сторон катушек в пазах. Поставленная задача достигается также тем, что отношение числа витков в катушках фаз W1/W21,08239, где и . Полезная модель улучшает использование меди обмотки электрической машины переменного тока.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к созданию совмещенных обмоток электрических машин переменного тока, обеспечивающих несколько рабочих гармоник поля, и может быть использовано при изготовлении специальных электрических машин.

Известна обмотка электрической машины переменного тока для обеспечения пуска и синхронного режима работы электродвигателя [Технико-экономические предпосылки к применению электродвигателей с электромагнитной редукцией частоты вращения в качестве приводных устройств ленточных конвейеров / В.В. Жуловян, И.Н. Передников, Г.А. Шаншуров // Электротех. пром-сть. Сер. Электропривод. - 1974.- вып.8(52). - С.24-26] на базе комплекта обмоток: трехфазной полюсно переключаемой, осевой обмотки возбуждения и пусковой фазной обмотки. Наличие трех обмоток, выполняющих определенную функцию, требуют значительного расхода меди, сложную аппаратуру для перехода от режима пуска к рабочему синхронному режиму работы.

Известна совмещенная обмотка электрической машины переменного тока выполняющая роль пусковой и рабочей в продолжительном режиме [А.С. 1429225 СССР, МКИ4 H02K 3/28. Двухфазная совмещенная обмотка электрической машины переменного тока / В.В. Жуловян, В.П. Куликов, В.В. Пастухов. Опубл. 07.10.1988. - С.4]. Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока выполнена с числом пар полюсов Р12=5/3 и содержит катушки с одинаковым шагом последовательно включенные в пределах каждой фазы, с выводами из начал и концов фаз, обеспечивая упрощение конструкции электрической машины переменного тока и автоматизируя процесс перехода из режима пуска в рабочий режим, а так же экономию активных материалов. Эта обмотка наиболее близка к предлагаемой полезной модели и является прототипом.

Недостаток этой совмещенной обмотки электрической машины переменного тока заключается в том, что каждая фаза совмещенной обмотки, выполняемой двухслойной, распределена вдоль расточки магнитопровода неравномерно, заполняя часть пазов не полностью, а часть пазов остаются пустыми. Кроме того, для обеспечения симметрии фаз необходимо увеличения числа витков второй фазы в 1,305 раза. В результате такое исполнение совмещенной обмотки приводит к низкому заполнению пазов медью, суммарный коэффициент заполнения пазов медью составляет 0,47, т.е. использование меди обмотки остается низким.

Задачей полезной модели является улучшение использования меди совмещенной обмотки электрической машины переменного тока.

Поставленная задача достигается тем, что совмещенная обмотка электрической машины переменного тока, выполненная с числом пар полюсов P1/P2=5/3, размещенная в 2 пазах магнитопровода электрической машины и содержащая катушки с одинаковым шагом, последовательно включенные в пределах каждой фазы, с выводами из начал и концов фаз. Обмотка выполнена однослойной цепной с шагом по пазам магнитопровода y=3. Структура распределения сторон катушек в пазах выполнена по закону

[(A n1Ym1Bm1Xn2Ym2 An2Bm2Xn2Ym1B m1An1)(Xn1Ym2An2 Bm2Xn2Ym2An2B m2Xn1)],

где A и X - фазные зоны первой фазы совмещенной обмотки,

B и Y - фазные зоны второй фазы совмещенной обмотки,

An1 Xn1, Xn1An1, An1X n1, Xn1An1, Xn1An1 , An1Xn1, Xn1An1, An1Xn1 - катушки первой фазы совмещенной обмотки в структуре распределения сторон катушек в пазах фазных зон,

Bm1Ym1, Ym1 Bm1, Bm1Ym1, Bm1Y m1, Ym1Bm1, Bm1Ym1 , Ym1Bm1, Bm1Ym1 - катушки второй фазы совмещенной обмотки в структуре распределения сторон катушек в пазах фазных зон,

индексы «1» и «2» - это число катушечных сторон размещенных рядом в соответствующей фазной зоне и имеющих одинаковое направление тока в фазных зонах A и B в одну сторону (например, вверх), в фазных зонах X и Y в другую сторону (например, вниз),

An и Xn - это число проводников в пазу соответствующей фазной зоны, при этом An=Xn ,

Bm и Ym - это число проводников в пазу соответствующей фазной зоны, при этом Bm=Y m,

индекс «r» - это число повторений структур распределения сторон катушек в пазах, а число 2 пазов магнитопровода электрической машины равно Z=32·r и r=1, 2

Поставленная задача достигается также тем, что числа витков в катушках фаз равны W1=W2 ,

где и.

Поставленная задача достигается также тем, что число проводников в пазах 31·r, 2·r, 15·r, 18·r, в которых размещены катушки второй фазы, равно пулю при r=1, 2

Поставленная задача достигается также тем, что отношение числа витков в катушках фаз

W1/W21,08239,

где и.

На фиг.1 и 2 изображены однослойные совмещенные обмотоки электрических машин, на фиг.3 изображена структурная матрица однослойной совмещенной обмотки электрической машины, на фиг.4 и 5 изображены численные матрицы однослойных совмещенных обмоток электрических машин с одинаковым числом проводников в пазах обеих фаз, а на фиг.6 и 7 изображены численные матрицы однослойных совмещенных обмоток электрических машин с большим числом проводников в пазах второй фазы.

Катушки 1 совмещенной обмотки электрической машины (фиг.1 и 2), укладываемые в пазы 2 магнитопровода, содержащего Z=32 паза. Обмотка (фиг.1 и 2) по конструктивному исполнению однослойная цепная. Катушки 1 имеют одинаковый шаг у по пазам 2 магнитопровода равный трем y=3 (из 1 паза в 4 паз) и включены последовательно в пределах каждой фазы.

Технология изготовления равносекционных цепных однослойных обмоток хорошо отработана в промышленном производстве и обеспечивает достаточно высокое использование меди за счет сокращения длины лобовых частей обмотки и хорошего заполнения пазов 2 медью катушек 1.

Каждая фаза снабжена выводами из начал и концов фаз: 3 - начало U1 первой фазы, 4 - начало U2 второй фазы, 5 - конец V1 первой фазы, 6 - конец V2 второй фазы.

Структура распределения сторон катушек 1 в пазах 2 выполнена по закону обеспечивающему выполнение совмещенной обмотки с числом пар полюсов P1/P 2=5/3

где A и X фазные зоны первой фазы совмещенной обмотки,

B и Y - фазные зоны второй фазы совмещенной обмотки,

An1Xn1, Xn1 An1, An1Xn1, Xn1A n1, Xn1An1, An1Xn1 , Xn1An1, An1Xn1 - катушки первой фазы совмещенной обмотки в структуре распределения сторон катушек в пазах фазных зон,

Bm1 Ym1, Ym1Bm1, Bm1Y m1, Bm1Ym1, Ym1Bm1 , Bm1Ym1, Ym1Bm1, Bm1Ym1 - катушки второй фазы совмещенной обмотки в структуре распределения сторон катушек в пазах фазных зон,

индексы «1» и «2» - это число катушечных сторон размещенных рядом в соответствующей фазной зоне и имеющих одинаковое направление тока в фазных зонах A и B в одну сторону (например, вверх), в фазных зонах X и Y в другую сторону (например, вниз),

An и X n - это число проводников в пазу соответствующей фазной зоны, при этом An=Xn,

B m и Ym - это число проводников в пазу соответствующей фазной зоны, при этом Bm=Ym,

индекс «r» - это число повторений структур распределения сторон катушек в пазах, а число 2 пазов магнитопровода электрической машины равно Z=32·r и r=1, 2.

Схеме однослойной совмещенной обмотки электрических машин (фиг.1) согласно закону (1) соответствует структурная матрица (фиг.3). При одинаковом числе проводников в катушках фаз равном Um структурной матрице (рис.3) будет соответствовать численная матрица (фиг.4) , в ячейках которой стоят относительные числа проводников, а базисное число проводников Um сомножитель матрицы обмотки :

.

Схеме однослойной совмещенной обмотки электрических машин на фиг.2 согласно закону (1) соответствует структурная матрица (фиг.3). Число проводников в пазах 31, 2, 15, 18 второй фазы при r=1 (фиг.2) равно нулю. При одинаковом числе проводников в остальных пазах обеих фаз равном Um структурной матрице в этом случае будет соответствовать численная матрица (фиг.5).

Симметричная однослойная двухфазная совмещенная обмотка имеет:

- угол сдвига осей двухфазной обмотки при =3 и 5 равным 90 эл. градусов (первое условие симметрии обмотки);

- отношение ЭДС фаз при =3 и 5 должно быть одинаково (второе условие симметрии обмотки), что выполняется для схем на фиг.1 и 2 увеличением числа проводников во второй фазе в "a1,08239" раз (фиг.7 и 8). При этом обеспечивается отношение числа витков в катушках фаз

W1/W21,08239,

где и,

Для выполнения сравнительного анализа конструктивных исполнений совмещенных обмоток (фиг.1, 2) используем ряд компонент матричной модели обмоток переменного тока (2, 3):

- ЭДС обмотки

где - это матрица исследуемой обмотки (фиг.4÷7), а E пр - величина индуктируемой ЭДС проводника от V - той гармоники магнитного поля;

- обмоточные коэффициенты для V - тых гармоник ЭДС (табл.1)

где - матрица т -ной строки матицы обмотки а , - число последовательно соединенных проводников в фазе.

Для анализа обмотки составляется столбцовая матрица звезды пазовых ЭДС . Элементы столбцевой матрицы определяются выражением:

,

где vi - номер гармонической э.д.с.(н.с), Zi - номер паза от 1 до Z, угол 0 равен 0=360/Z.

Результирующий вектор нормированной ЭДС позволяет оценить симметрию фаз, одинаковость чередования фаз рабочих гармоник поля при =3 и 5.

Интегральным коэффициентом оценки качества, фильтрующих свойств и использования меди обмоток может служить коэффициент использования (табл.2)

который учитывает структуру обмотки в зубцово-пазовой зоне коэффициентом заполнения пазов медью

где Z - число пазов магнитопровода, определяется обмоточным коэффициентами для рабочей гармоники Kобраб и коэффициентом работоспособности

где KД раб коэффициент дифференциального рассеяния, учитывающие наличие субгармоник магнитного поля

Результаты анализа симметричных обмоток представлены по выражениям (3÷7) в табл.1 и 2 и даны в сравнении с прототипом.

Таблица 1
Обмоточные коэффициенты
- номер гармоникипрототипасхема - фиг.1 матрица - фиг.7схема - фиг.2 матрица - фиг.8
фаза 1фаза 2фаза 1фаза 2фаза 1фаза 2
10,0153 0,04260,07860,030,07860,04
30,5747 0,65980,5050,46670,5050,622
50,74 0,850,65010,60,65010,8009
70,046 0,12930,23860,09130,23860,1218
90,025 0,0690,12760,04880,12760,0651
110,0729 0,08370,0640,05920,0640,0789
130,4717 0,54150,41440,38290,41440,5105
150,0506 0,14030,25890,09910,25890,1321
Примечание: =3 и 5 - рабочие гармоники совмещенной обмотки.

Таблица 2
Критерии оценки эффективности симметричных обмоток на стадии проектирования
Показателипрототип Фиг.1Фиг.2
фаза 1фаза 2фаза 1фаза 2фаза 1фаза 2
K об =30,5747 0,65980,5050,46670,5050,622
Kоб =50,74 0,850,65010,60,65010,8009
KД =30,686 0,6820,910,6790,910,86
KД =51,75 1,822,21,822,22,12
Kзп 0,470,962 0,837
Kр =30,593 0,5940,5240,5960,5240,538
Kр =50,364 0,3550,3120,3550,3120,32
KИ =30,16 0,1840,2540,2680,2210,28
KИ =50,126 0,1420,1950,2050,170,214

Анализ вариантов исполнения совмещенной обмотки для РМБ показал, что для продолжительного режима работы целесообразнее принять однослойную обмотку (фиг.2), у которой коэффициенты использования KИ =3=0,205 и KИ =5=0,214 - наибольшие.

Предлагаемая совмещенная обмотка электрической машины переменного тока однослойная и симметричная имеет:

- меньший шаг y=3 по пазам чем у аналога (y=4), а соответственно меньший расход меди на лобовые части обмотки,

- более высокий коэффициент заполнения пазов медью (0,962 и 0,837 против 0,47 у аналога),

- более высокий коэффициент использования обмотки (KИ =3 и KИ =5) чем у аналога, что снижает расход меди электрической машины.

Таким образом, предлагаемая совмещенная обмотка электрической машины переменного тока обеспечивает улучшение использования меди, т.е. снижается масса меди.

Кроме того, однослойная обмотка проще в изготовлении.

1. Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока, выполненная с числом пар полюсов Р12=5/3, размещенная в пазах магнитопровода электрической машины и содержащая катушки с одинаковым шагом, последовательно включенные в пределах каждой фазы, с выводами из начал и концов фаз, отличающаяся тем, что обмотка выполнена однослойной цепной с шагом по пазам магнитопровода у=3, структура распределения сторон катушек в пазах выполнена по закону

[(An1Ym1Bm1X n2Ym2Аn2Вm2Xn2 Ym1Bm1An1)(Xn1Y m2Аn2Вm2Xn2Ym2 An2Вm2Xn1)]r,

где A и - фазные зоны первой фазы совмещенной обмотки;

В и - фазные зоны второй фазы совмещенной обмотки;

n1Xn1, n1An1, An1n1, n1An1, n1An1, An1n1, n1An1, n1n1 - катушки первой фазы совмещенной обмотки в структуре распределения сторон катушек в пазах фазных зон;

Вm1Ym1, Ym1Вm1 , Вm1Ym1, Вm1Ym1, Ym1Вm1, Вm1Ym1, Y m1Вm1, Вm1Ym1 - катушки второй фазы совмещенной обмотки в структуре распределения сторон катушек в пазах фазных зон;

индексы "1" и "2" - это число катушечных сторон, размещенных рядом в соответствующей фазной зоне и имеющих одинаковое направление тока в фазных зонах А и В в одну сторону (например, вверх), в фазных зонах X и Y в другую сторону (например, вниз),

Аn и Х n - это число проводников в пазу соответствующей фазной зоны, при этом Аnn;

Вm и Ym - это число проводников в пазу соответствующей фазной зоны, при этом Вm=Ym;

индекс "r" - это число повторений структур распределения сторон катушек в пазах, а число пазов магнитопровода электрической машины равно =32·r и r=1, 2

2. Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока по п.1, отличающаяся тем, что числа витков в катушках фаз равны W1=W2, где W1=An и W2=Bm.

3. Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока по п.1, отличающаяся тем, что число проводников в пазах 31·r, 2·r, 15·r, 18·r, в которых размещены катушки второй фазы, равно нулю при r=1, 2

4. Совмещенная обмотка электрической машины переменного тока по пп.2 и 3, отличающаяся тем, что отношение числа витков в катушках фаз W1/W21,08239,

где W1=An и W2=Bm.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано, в основном, для получения радиочастотного магнитного поля в катушках индуктивности устройств переворота спина поляризованных нейтронов при физических исследованиях, где используются нейтронные пучки

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в любой промышленности и на транспорте

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может применяться для определения индуктивности обмоток электротехнических устройств, например, электрических машин.

Полезная модель относится к электротехнической промышленности и позволяет изготавливать энергоэффективные электрические машины, в частности, высокомоментные малошумные асинхронные двигатели повышенной удельной мощности.
Наверх