Обмотка электрической машины переменного тока

Обмотка электрической машины переменного тока относится к области электротехники и может быть использована в электрических машинах переменного тока, в том числе и в многоскоростных двигателях, обладающих свойством полисинхронизма. Для расширения области применения обмотка электрической машины переменного тока выполнена m-фазной с числом пар полюсов p₀ в Z пазах магнитопровода, содержит N-фазных зон и q катушек в каждой паре фазных зон, выполненных с шагом y_ср=y_i/q=Z/(2mp₀), где i=1, q, включенных последовательно, образуя катушечные группы. Число фазных зон N, число катушек q катушечных групп и число пазов Z магнитопровода связаны соотношением Z=Np₀q. При этом число катушек на полюс N·q/2 определено числом катушек каждой фазы на полюс Q₁ и Q₂, где Q₂/Q₁=2 и N·q/2=Q₁+Q ₂. Обмотка может быть выполнена концентрической однослойной или двухслойной. При включении на однофазную сеть двухфазное исполнение обмотки позволяет обеспечивать определенного значения коэффициента трансформации K_тр=|a_2i|·K _об.2ф/|a_1i|·K_об.1ф (число проводников в пазах первой и второй фазы |a_2i|, |a_1i |) для обеспечения требуемого режима работы электрической машины, в том числе при K_тр=3^-0,5 одновременно для числа полюсов 2p₀=2 и 2p₀=4, что позволяет подключать обмотку электрической машины и к трехфазной сети переменного тока (как односкоростную, так и двухскоростную). 7. п. ф-лы, 6 ил.

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройству многофазных обмоток электрических машин переменного тока, и может быть использовано при изготовлении энергоэффективных электродвигателей переменного тока, в том числе и многоскоростных двигателей, обладающих свойством полисинхронизма.

Известны обмотки электрической машины переменного тока однослойные и двухслойные, которые выполнены m-фазными, где m=2 или 3, и могут быть подключены как к однофазной, так и трехфазной сети переменного тока [Кацман М.М. Электрические машины: Учеб. для студентов сред. Проф. Учебных заведений - 3-е изд. исп. - М.: Высш. шк.; Издательский центр Академия; 2001. - с. 212÷215]. Недостаток обмотки электрической машины переменного тока выполненной трехфазной при включении на однофазную сеть с образованием двухфазной системы обмоток заключается в невозможности изменять коэффициент трансформации (отношение чисел витков фаз двухфазной обмотки).

Известны обмотки электрической машины переменного тока однослойные и двухслойные, которые выполнены трехфазными с числом пар полюсов p₀ в Z пазах магнитопровода [Пат. 140530 РФ, МКИ⁷ H02K 3/28, 17/14. Трехфазная обмотка электрической машины / Г.А. Шаншуров. Зарегистрирована 10.05.2014. Приоритет 18.12.2013.]. Обмотка содержит n-фазных зон и q катушек в каждой паре фазных зон, выполненных с шагом

y_ср=y_i/q,

где i=1, q,

и включенных последовательно, образовывая катушечные группы.

Эта обмотка наиболее близка к предлагаемой полезной модели и является прототипом.

Однако и эта обмотка электрической машины переменного тока выполненная трехфазной при включении на однофазную сеть с образованием двухфазной системы обмоток имеет постоянное значение коэффициента трансформации равное 3^-1/2 (отношение эффективных чисел витков фаз двухфазной обмотки). Для обеспечения кругового поля в требуемом режиме работы электрической машины коэффициента трансформации может принимать самые различные значения [Шаншуров Г.А. Матричная модель однофазного асинхронного двигателя // Электротехника. 2007. 9. С 22-27]. Соответственно лучшее использование электрической машины может быть получено при включении на однофазную сеть двухфазной обмотки.

Задачей (техническим результатом) полезной модели является расширение области применения обмотки.

Поставленная задача достигается тем, что обмотка электрической машины переменного тока выполнена m-фазной с числом пар полюсов p₀ в Z пазах магнитопровода, содержит N-фазных зон и q катушек в каждой паре фазных зон, выполненных с шагом

y_ср=y_i/q,

где i=1, q,

и включенных последовательно, образуя катушечные группы. Обмотка выполнена двухфазной, а число фазных зон N равное 12, число катушек q катушечных групп и число пазов Z магнитопровода связаны соотношением

Z=Np ₀q

и q катушек катушечных групп уложены в пазы магнитопровода с шагом

y_ср=Z/(2mp ₀),

при этом число катушек на полюс N·q/2 определено числом катушек каждой фазы на полюс Q₁ и Q₂

N·q/2=Q₁+Q ₂,

где Q₂/Q₁=2.

Поставленная задача также достигается тем, что обмотка может быть выполнена однослойной с числом я пазов на полюс, фазу и фазную зону, в катушечной группе стороны q катушек уложены в рядом расположенных q пазах магнитопровода с распределением сторон катушек в пазах по закону

(A_q b_qc_qX_qB_qz_q x_qY_qZ_qa_qy_q C_q)_p0,

где A,a и X,x, B,b и Y,y, C,c и Z,z - фазные зоны обмотки, при этом (A_qX_q )_p0 и (x_qa_q)_p0 - катушечные группы, образующие полуфазы первой фазы обмотки,

[(B_qY_q)_p0, (Z _qC_q)_p0] и [(y_qb_q )_p0, (c_qz_q)_p0] - катушечные группы, образующие полуфазы второй фазы обмотки,

индекс q - это число катушечных сторон размещенных рядом в соответствующей фазной зоне.

Поставленная задача также достигается тем, что обмотка может быть выполнена двухслойной концентрической с числом катушек K в катушечной группе, соединенных последовательно, стороны K катушек уложены в пазы магнитопровода в пределах каждой пары фазных зон в рядом расположенных K пазах, где K равно

K=2+t,

а шаг концентрических катушек по пазам определен соотношениями

y_ср +2t, , t_ср, , y_ср-2t,

где y_ср=Z(2mp ₀) и t - шаг выбран в пределах от 1 до q, с чередованием фазных зон в последовательности

(A_к b_кc_кX_кB_кz_К x_кY_кZ_Кa_кy_к C_к)_p0,

где A,a и X,x, B,b и Y,y, C,c и Z,z - фазные зоны обмотки,

(A_кX _к)_p0 и (x_кa_к)_p0 - катушечные группы, образующие полуфазы первой фазы обмотки,

[(B_кY_к)_p0, (Z _кC_к)_p0] и [(y_кb_к )_p0, (c_кz_к)_p0] - катушечные группы, образующие полуфазы второй фазы обмотки,

индекс K - это число катушечных сторон размещенных рядом в соответствующей фазной зоне.

Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки, выполненные из полуфаз (A _qX_q)_p0 и (x_q a_q )_p0 - первой фазы, [(B_qY_q) _p0, (Z_qC_q)_p0] и [(y _qb_q)_p0, (c_qz_q )_p0] - второй фазы могут быть включены встречно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2p₀ , при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 4p₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединен к контактам коммутатора.

Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки выполненные из полуфаз (A_qX_q)_p0 и (x_q a_q)_p0 - первой фазы, [(B_qY _q)_p0, (Z_qC_q)_p0 ] и [(y_qb_q)_p0, (c_q z_q)_p0] - второй фазы могут быть включены согласно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4p₀, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 2p₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединен к контактам коммутатора.

Поставленная задача также достигается тем, что фазы двухслойной обмотки выполненные из полуфаз, соединенных последовательно, (A_кX_к )_p0 и (x_кa_к)_p0 - первой фазы, [(B_кY_к)_p0, (Z _кC_к)_p0] и [(y_кb_к )_p0, (c_кz_к)_p0] - второй фазы могут быть включены встречно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2p₀, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 4p₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединен к контактам коммутатора.

Поставленная задача также достигается тем, что фазы двухслойной обмотки выполненные из полуфаз (A_кX _к)_p0 и (x_кa_к)_p0 - первой фазы, [(B_кY_к)_p0, (Z _кC_к)_p0] и [(y_кb_к )_p0, (c_кz_к)_p0] - второй фазы могут быть включены согласно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4p₀, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 2p₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединен к контактам коммутатора.

На фиг. 1 изображено конструктивное исполнение однослойной двухфазной обмотки электрических машин со встречным включением полуфаз, а на фиг. 2 приведено ее матричное описание; на фиг. 3 изображено конструктивное исполнение двухслойной двухфазной обмотки электрических машин со встречным включением полуфаз, а на фиг. 4 приведено ее матричное описание; на фиг. 5 изображена схема соединения фаз двухфазной обмотки электрических машин с числом полюсов 2p₀ при числе параллельных ветвей a=1 со стороны первого входа и с числом полюсов 4р₀ при числе параллельных ветвей а=2 со стороны второго входа; на фиг. 6 - схема соединения фаз двухфазной обмотки электрических машин с числом полюсов 4p₀ при числе параллельных ветвей a=1 со стороны первого входа и с числом полюсов 4p₀ при числе параллельных ветвей a=2 со стороны второго входа.

Обмотка электрической машины переменного тока выполнена двухфазной однослойной (фиг. 1, 2, 5, 6) с числом пар полюсов p₀=1 в Z=24 пазах магнитопровода и содержит q=2 катушек в каждой паре фазных зон, выполненных с шагом

y_ср=y_i/q=6,

где i=1, q=1,2,

и включенных последовательно, образуя катушечные группы.

Обмотка содержит N=12 - фазных зон (фиг. 1, 2): четыре 1, 4 в первой фазе A,a и X,x и восемь во второй фазе B,b и Y,y, C,c и 2,2. Число катушек я катушечных групп и число пазов 2 магнитопровода связаны соотношением

Z=N·p₀·q=12·1·2=24.

При этом в каждой фазе в пределах каждой пары фазных зон уложена в пазы магнитопровода катушечная группа с шагом

y_ср=Z/(2mp₀)=24/(2·2·1)=6.

Число катушек на полюс N·q/2 равно

N·q/2=12-2/2=12

и определено числом катушек каждой фазы на полюс Q₁ и Q₂

N·q/2=Q₁+Q₂=4+8,

где Q₂/Q₁=2 (фиг. 1, 2).

Катушечные группы 1÷6 каждой фазы образуют две полуфазы (фиг. 1÷6). Для однослойной обмотки при числе пар полюсов обмотки p₀ =1 (фиг. 1, 2, 5, 6) число катушечных групп на паре полюсов в первой фазе 1 и 4 равно

Q₁/2=2,

во второй фазе 2, 3 и 5, 6 равно

Q ₂/2=4.

Каждая катушечная группа первой фазы 1 и 4 образует полуфазы (фиг. 5, 6), а полу фазы второй фазы образуют соответственно катушечные группы 2, 3 и 5, 6.

При числе пар полюсов обмотки p₀2 число катушечных групп в полуфазах первой фазы равно p₀, а число катушечных групп в полуфазах второй фазы равно 2p₀.

При выполнении двухфазной (m=2) обмотки однослойной с одинаковым числом пазов q на полюс, фазу и фазную зону стороны катушек в пазах имеют распределение сторон катушек в пазах по закону (фиг. 1)

(A _qb_qc_qX_qB_qz _qx_qY_qZ_qa_qy _qC_q)_p0,

где A,a и X,x, B,b и Y,y", C,c и Z,z - фазные зоны двухфазной обмотки.

При этом (A_qX_q)_p0 и (x_qa _q)_p0 - катушечные группы 1 и 4, образующие полуфазы первой фазы обмотки, [(B_qY_q)_p0 , [(y_qb_q)_p0] и (Z_q C_q)_p0, (c_qz_q) _p0] - катушечные группы 2, 5 и 3, 6 образующие полуфазы второй фазы обмотки (фиг.1, 2, 5, 6). Индекс q - это число катушечных сторон размещенных рядом в соответствующей фазной зоне.

Направление тока в фазных зонах A,a, B,b и C,c одинаковое (например, вверх), а в фазных зонах X,x, Y,y и Z,z одинаковое в другую сторону (например, вниз), при этом q катушек концентрической обмотки последовательно включенные в пределах каждой фазной зоны выполнены с шагом y_ср равным (фиг. 1, 2)

y_ср=Z/(2mp ₀)=24/(2·2·1)=6.

т.е. y₁ =7, y₂=5 и y_ср=(7+5)/2=6.

В общем случае обмотка может быть выполнена и концентрической, и равносекционной.

Для выполнения анализа конструктивных исполнений обмоток на работоспособность используем ряд компонент матричной модели обмоток переменного тока:

- ЭДС обмотки

||E_об||=E_пр·U_пm·[||С_P||·||E _пр||],

где ||С_P|| - это матрица исследуемой обмотки (фиг. 2),

E_пр - величина индуктируемой ЭДС проводника от -той гармоники поля;

- обмоточные коэффициенты для -тых гармоник

,

где ||C_P||_m матрица m-ной строки матицы обмотки ||C_P||,

|a_mi| - сумма чисел элементов строки (фазы) матрицы обмотки по модулю.

Для анализа обмотки составляется столбцовая матрица звезды пазовых э.д.с ||E_пр||. Элементы столбцевой матрицы определяются выражением:

где - номер гармонической составляющей э.д.с.(н. с), Z _i - номер паза от 1 до Z₀, а =₀·.

Угол сдвига пазов ₀ для обмоток, не создающих субгармоники магнитного поля, равен

₀=p-360°/Z₀, эл. град. Для аналитических расчетов, используя формулу Эйлера

,

следует перейти от выражения (4) к алгебраическим выражениям:

; ; .

Обмоточный коэффициент для каждой из гармоник ЭДС (НС) определится соотношением:

.

При матричном описание обмотки электрической машины с числом полюсов обмотки 2p₀=2 и числе пазов Z₀=24, приведенном на фиг. 2, сумма чисел элементов строки первой фазы по модулю |a_mi|=|a_1i |=8. Сумма чисел элементов строки второй фазы по модулю |a _mi|=|a_2i|=16, а угол сдвига пазов ₀=15 эл. градусов. Для рабочей гармоники поля =1 обмоточный коэффициент для первой фазы K_об1 =0,701, а для второй фазы 0,607 (таблица 1), что обеспечивает создание рабочего магнитного потока и работоспособность электрической машины.

Отношение эффективных чисел витков фаз (фиг. 2) двухфазной обмотки (коэффициент трансформации) равно:

K_тр=|a_2i|·K_об.2ф /|a_1i|·K_об.1ф=2K_об.2ф/K _об.1ф=2·0,607133505/0,701057385=1,73205=3^-0,5.

Меняя величину витков катушек (число проводников в пазу |a_2i|/|a_1i |) можно получить требуемое значение коэффициента трансформации для обеспечения требуемом режиме работы электрической машины, в том числе и симметричного (при круговом поле).

При выполнении двухфазной (m=2) обмотки двухслойной концентрической (фиг. 3, 4) число катушек в катушечной группе равно К, которые соединены последовательно.

Стороны K катушек 1 и 4 (фиг. 3), 2 и 5, 3 и 6 (на фиг. 3 не показаны) уложены в пазы магнитопровода в пределах каждой пары фазных зон в рядом расположенных K пазах, где K равно

K=q+t.

Шаг концентрических катушек по пазам определен соотношениями

y_ср+2t, , y_ср, , y_ср-2t,

где y_ср=Z(2mp ₀) и t - шаг выбран в пределах от 1 до q.

Чередование фазных зон двухфазной обмотки выполнено в последовательности

(A_кb_кc_кX_к B_кz_кx_кY_кZ_к a_кy_кC_к)_p0,

где A,a и X,x, B,b и Y,y, C,c и Z,z - фазные зоны обмотки,

индекс K - это число катушечных сторон размещенных рядом в соответствующей фазной зоне.

При этом (A_кX_к )_p0 и (x_кa_к)_p0 - катушечные группы 1 и 4 образуют полуфазы первой фазы обмотки (фиг. 3), а [(B_кY_к)_p0, [(y _кb_к)_p0] и (Z_кC_к )_р0, (c_кz_к)_p0] - катушечные группы 2, 5 и 3, 6 - полуфазы второй фазы обмотки.

При числе катушек K=3 (фиг. 3, 4) в катушечной группе, соединенных последовательно, и шаге t=1 шаг концентрических катушек по пазам определен соотношениями

y_ср +2t=8 y_ср=6 y_ср-2t=4.

где y_ср=2/(2mp₀)=24/(2·2·1)=6.

Таким образом, выполняется условие

y_ср=y_i/K=y_ср=(8+6+4)/3=6.

Матричном описание обмотки электрической машины с числом полюсов обмотки 2p₀=2 и числе пазов Z₀=24, приведенное на фиг. 4, показывает, что сумма чисел элементов строки первой фазы по модулю равно

|a_mi|=|a _1i|=16,

а сумма чисел элементов строки второй фазы по модулю

|a_mi|=|a _2i|=32.

Из рассмотрения фиг. 3 и 4 следует, что в 10 и 22 пазах при одинаковом числе витков в катушках суммарный ток равен 0, снижая величину K_об.2ф (см. таблицу 2). Угол сдвига пазов ₀=15 эл. градусов. Для рабочей гармоники поля =1 обмоточный коэффициент для первой фазы K_об1 =0,695, а для второй фазы 0,6019, что обеспечивает создание рабочего магнитного потока и работоспособность электрической машины.

Отношение эффективных чисел витков фаз (фиг. 4) двухфазной обмотки (коэффициент трансформации) равно:

K_тр=|a_2i|·K_об.2ф /|a_1i|·K_об.1ф=2K_об.2ф/K _об.1ф=2·0,695059742/0,601939393125=1,73205=3^-0,5.

Меняя величину витков катушек (число проводников в пазу |a_2i|/|a_1i |) можно получить требуемое значение коэффициента трансформации для обеспечения требуемом режиме работы электрической машины, в том числе и симметричного (при круговом поле).

Фазы двухфазной (m=2) однослойной обмотки (фиг. 1, 2) выполнены из полуфаз (фиг. 5). Первая фаза (U1U2) из катушечных групп 1 - (A_qX_q)_p0 с началом 7, концом 8, образуя одну полуфазу, и 4 - (x_qa_q) _p0 с началом 9, концом 10, образуя другую полуфазу (фиг. 1, 2). Вторая фаза (V1V2) из катушечных групп 2 - (B_q Y_q)_p0 с началом 11, концом 12 и 3 - (Z _qC_q)_p0 с началом 15, концом 16, образуя одну полуфазу, и 5 - (y_qb_q)_p0 с началом 13, концом 14 и 6 - (C_qZ_q) _p0 с началом 17, концом 18, образуя другую полуфазу. Катушечные группы, полуфазы 1 и 4 в фазе включены встречно, последовательно (a=1). В полуфазах второй фазы катушечные группы 2, 3 и 5, 6 также включены встречно, но и полуфазы включены встречно, последовательно (a=1).

Аналогично фазы двухфазной (m=2) двухслойной обмотки (фиг. 3, 4) выполнены из полуфаз (фиг. 5). Первая фаза (U1U2) из катушечных групп 1 - (A_кX_к) _p0 с началом 7, концом 8, образуя одну полу фазу, и 4 - (x_кa_к)_p0 с началом 9, концом 10, образуя другую полуфазу (фиг. 1, 2). Вторая фаза (V1V2) из катушечных групп 2 - (B_кY_к)_p0 с началом 11, концом 12 и 3 - (Z_кC_к) _p0 с началом 15, концом 16, образуя одну полуфазу, и 5 - (y_кb_к)_p0 с началом 13, концом 14 и 6 - (C_кZ_к)_p0 с началом 17, концом 18, образуя другую полуфазу. Катушечные группы, полуфазы 1 и 4 в фазе включены встречно, последовательно (a=1). В полуфазах второй фазы катушечные группы 2, 3 и 5, 6 также включены встречно, но и полуфазы включены встречно, последовательно (a=1).

Начало первой фазы U1 образовано началом 7 катушечной группы 1, начало второй фазы Z1 образовано началом 11 катушечной группы 2. Концы фаз образуют начало 9 катушечной группы 4 и конец 18 катушечной группы 6 (фиг. 5). Концы 9 и 18 объединены, образуя нулевой вывод обмотки - 0. Начала фаз U1 - 7, Z1 - 11 и нулевой вывод 0 образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2р ₀=2.

При последовательном включении полуфаз (фиг. 5) 1 и 4, 2, 3 и 5, 6 в фазах образован второй вход обмотки выводами L1 - 19, L2 - 20 из точек соединения полуфаз 8 и 10, 14 и 15 с числом полюсов 4p₀=4.

Начало и конец каждой фазы 7 и 9, 11 и 18, присоединен к контактам коммутаторов 21 и 22, которые при замыкании обеспечивают соединение полуфаз 1 и 4, 2, 3 и 5, 6 в фазах параллельно (a=2). Концы 9 и 18 объединены, образуя нулевой вывод обмотки - 0.

Для обеспечения при числе полюсов 2p₀=2 соединение полуфаз 1 и 4, 2, 3 и 5, 6 в фазах параллельно с a=2, а при числе полюсов 2p ₀=4 соединение полуфаз 1 и 4, 2,3 и 5, 6 в фазах последовательно с a=1 (фиг. 6), полу фазы соединены согласно. При этом первый вход обмотки с числом полюсов 4p₀=4 и a=1 образуют вывода L1 - 7, L2 - 11 и нулевой вывод 0, объединяющий концы фаз 10 и 17.

При последовательном включении полуфаз (фиг. 6) 1 и 4, 2, 3 и 5, 6 в фазах образован второй вход обмотки выводами U1 - 19, U2 - 20 из точек соединения полуфаз 8 и 9, 13 и 15 с числом полюсов 4p₀=2 и a=2. Нулевой вывод 0 получен соединением концов 10 и 17 фаз. Начало и конец каждой фазы 7 и 10, 11 и 17, присоединен к контактам коммутаторов 21 и 22, которые при замыкании обеспечивают соединение полуфаз 1 и 4, 2,3 и 5, 6 в фазах параллельно (a=2).

При матричном описание обмотки электрической машины с числом полюсов обмотки 2p₀=4 (фиг. 5 и 6) и числе пазов Z₀ =24 сумма чисел элементов строк фазы матриц обмотки по модулю |a_mi|=|a_1i| не меняется, а угол сдвига пазов ₀=30 эл. градусов. Для рабочей гармоники поля =1 обмоточный коэффициент приведены в таблицах 3 и 4. Их значения обеспечивают создание рабочего магнитного потока и работоспособность электрической машины

Отношение эффективных чисел витков фаз (табл. 3 и 4) двухфазной обмотки (коэффициент трансформации) равно:

- для однослойной обмотки

K_тр=2K_об.2ф/K_об.1ф=2·0,836516304/0,965925826=1,73205=3^-0,5,

- для двухслойной обмотки

K_тр=2K_об.2ф/K_об.1Ф =2·0,808012702/0,933012702=1,73205=3^-0,5.

Новым соотношением витков катушек (число проводников в пазу |a_2i|/|a_1i |) можно получить требуемое значение коэффициента трансформации для обеспечения требуемом режиме работы электрической машины, в том числе и симметричного (при круговом поле).

Результаты анализа предложенных схем обмотки показывают их работоспособность: создаются рабочие магнитные поля с заданным числом полюсов и обмотки обладают высоким обмоточным коэффициентом для рабочих гармоник поля.

Достигается решение задачи и технический результат - расширение области применения обмотки - выполнением обмотки двухфазной с числом фазных зон N, числом катушек q катушечных групп в Z пазах магнитопровода,

где Z=Np ₀q,

N=12,

q катушек катушечных групп уложены в пазы магнитопровода с шагом

y _ср=2/(2mp₀),

при этом число катушек на полюс N·q/2 определено числом катушек каждой фазы на полюс Q₁ и Q₂

N·q/2=Q ₁+Q₂,

где Q₂/Q ₁=2,

а также возможностью лучшего использования электрической машины при включении обмотки на однофазную сеть путем выбора определенного значения коэффициента трансформации для обеспечения требуемого режима работы электрической машины, в том числе и симметричного (при круговом поле).

Кроме того, двухфазное исполнение обмотки позволяет обеспечивать коэффициента трансформации равный

K_тр =2K_об.2ф/K_об.1ф=1,73205=3^-0,5

одновременно для числа полюсов 2p₀=2 и 2p₀=4, что позволяет подключать электрическую машину к трехфазной сети переменного тока (как односкоростную, так и двухскоростную).

При этом двухфазная обмотка сохраняет положительные качества трехфазного исполнения обмотки электрической машины переменного тока:

- снижение расхода меди за счет уменьшения средней длины витка,

- уменьшение вылета лобовых частей обмотки за счет укорочения шага обмотки по пазам,

- уменьшение активного и индуктивного сопротивлений фаз, обусловленные лобовыми частями обмоток,

- упрощение технологии укладки обмотки с меньшим шагом по пазам магнитопровода электрической машины.

1. Обмотка электрической машины переменного тока, выполненная m-фазной с числом пар полюсов р₀ в Z пазах магнитопровода, содержащая N фазных зон и q катушек в каждой паре фазных зон, выполненных с шагом

y_cp=Zy_i/q,

где i=l,..q,

и включенных последовательно, образуя катушечные группы, отличающаяся тем, что обмотка выполнена двухфазной, а число фазных зон N равно 12, число катушек q катушечных групп и число пазов Z магнитопровода связаны соотношением

Z=Np ₀q

и q катушек катушечных групп уложены в пазы магнитопровода с шагом

y_cp=Z/(2mp₀),

при этом число катушек на полюс N·q/2 определено числом катушек каждой фазы на полюс Q₁ и Q_2:

N·q/2=Q ₁+Q₂,

где Q₂/Q₁=2.

2. Обмотка электрической машины переменного тока по п. 1, отличающаяся тем, что обмотка выполнена однослойной с числом q пазов на полюс, фазу и фазную зону, в катушечной группе стороны q катушек уложены в рядом расположенных q пазах магнитопровода с распределением сторон катушек в пазах по закону

(A _qb_qc_qX_qB_qz _qx_qY_qZ_qa_qy _qC_q)_p0,

где "A,a и X,x", "B,b и Y,y", "C,c и Z,z" - фазные зоны обмотки,

(A_qX_q)_p0 и (x_q a_q)_p0 - катушечные группы, образующие полуфазы первой фазы обмотки,

[(B_qY_q) _p0, (Z_qC_q)_p0] и [(y _qb_q)_p0, (c_qz_q )_p0] - катушечные группы, образующие полуфазы второй фазы обмотки,

индекс "q" - это число катушечных сторон размещённых рядом в соответствующей фазной зоне.

3. Обмотка электрической машины переменного тока по п. 1, отличающаяся тем, что обмотка выполнена двухслойной концентрической с числом катушек К в катушечной группе, соединённых последовательно, стороны К катушек уложены в пазы магнитопровода в пределах каждой пары фазных зон в рядом расположенных К пазах, где К равно

К=q+t,

а шаг концентрических катушек по пазам определён соотношениями

y_cp+2t, ..., y_cp, ..., y_cp -2t,

где y_cp=Z/(2mp₀) и t - шаг выбран в пределах от 1 до q, с чередованием фазных зон в последовательности

(A_кb_кc_кX_кB _кz_кx_кY_кZ_кa _кy_кC_к)_p0,

где "A,a и X,x", "B,b и Y,y", "C,c и Z,z" - фазные зоны обмотки,

(A_кX_к)_p0 и (x_кa_к)_p0 - катушечные группы, образующие полуфазы первой фазы обмотки,

[(B_к Y_к)_p0, (Z_кC_к) _p0] и [(y_кb_к)_p0, (c _кz_к)_p0] - катушечные группы, образующие полуфазы второй фазы обмотки,

индекс "К" - это число катушечных сторон, размещённых рядом в соответствующей фазной зоне.

4. Обмотка электрической машины переменного тока по п. 2, отличающаяся тем, что фазы однослойной обмотки, выполненные из полуфаз (A_qX_q)_p0 и (x_qa_q)_p0 - первой фазы, [(B _qY_q)_p0, (Z_qC_q )_p0] и [(y_qb_q)_p0, (c_qz_q)_p0] - второй фазы включены встречно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2p₀, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 4р₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединены к контактам коммутатора.

5. Обмотка электрической машины переменного тока по п. 2, отличающаяся тем, что фазы однослойной обмотки, выполненные из полуфаз (A_qX_q) _p0 и (x_qa_q)_p0 - первой фазы, [(B_qY_q)_p0, (Z_q C_q)_p0] и [(y_qb_q) _p0, (c_qz_q)_p0] - второй фазы включены согласно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4р₀, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 2p₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединены к контактам коммутатора.

6. Обмотка электрической машины переменного тока по п. 3, отличающаяся тем, что фазы двухслойной обмотки, выполненные из полуфаз, соединённых последовательно, (A_кX_к)_p0 и (x_кa_к)_p0 - первой фазы, [(B _кY_к)_p0, (Z_кC_к )_p0] и [(y_кb_к)_p0, (c_кz_к)_p0] - второй фазы включены встречно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2p₀, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 4р₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединены к контактам коммутатора.

7. Обмотка электрической машины переменного тока по п. 3, отличающаяся тем, что фазы двухслойной обмотки, выполненные из полуфаз (A_кX_к) _p0 и (x_кa_к)_p0 -первой фазы, [(B_кY_к)_p0, (Z_к C_к)_p0] и [(y_кb_к) _p0, (c_кz_к)_p0] - второй фазы включены согласно, начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4р₀, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 2p₀, а концы фаз объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы присоединены к контактам коммутатора.