SU1166226A1 - Трехфазна полюсопереключаема обмотка электрической машины переменного тока - Google Patents

Abstract

ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАИМНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА с целым числом катушек на фазную зону шириной 2ii/3 электрических радиан, соединенна  в звезду при обоих числах пар полюсов, состо ща  из 36 одинаковых равномерно распределенных катушечных групп с номерами 1-36 по S последовательносогласно включенных катушек, соединенных в дев ть частей А1, А2, A3, В2, В1, ВЗ, С1, С2, 03, 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 А1, В1 и С1 соединены с внешними обмотками А, В и С соответственно, а их концы с первым, вторым и третьим верхними выводами первого переключател , начала частей А2, В2 и С2 соединены с первым, вторым и третьим средними выводами первого переключател , а их концы - с первым, вторым и третьим верхними выводами второго переключател , начала частей A3, ВЗ и СЗ соединены с первым, вторым и третьим средними выводами второго переключател , а их концы соединены между собой, кроме того, переключатели снабжены перемычками, соедин ющими первый нижний с вторым верхним, второй нижний с третьим верхним итретий нижний с первым i верхним выводами каждого переключаео тел , отличающа с  тем, что, с целью расширени  области ее применени , катушечные группы с номерами 1, 2, 3, 28 включены последовательно-согласно в часть А1, катушечные группы с номерами 4, 13, 14, 15 включены последовательно-согласно в часть , катушечные группы с номерами 16, 25, 26, 27 включены последовательно в часть A3, катушечные группы с номерами 19, 20, 29, 30 включены последовательно-согласно в часть ВЗ, катушечные группы с номерами 5, 6, 31, 32 включены последовательно-согласно в часть В1, катушечные группы с номерами 7, 8, 17, 18 включены последовательно-согласно в часть В2, катушечные группы с номерами 10, 11, 12,21 включены последовательно-согласно в . часть С2, катушечные группы с номерами 22 , 23 , 24 , 33 вклю;чены последовательно - согласно в часть СЗ , катушечные группы

Description

с номерами 9 , 34 , 35 , 36 включены последовательно - соггде S - начасть С2 число.

Изобретение относитс  к электрическим машинам и может найти примен ние в асинхронных короткозамкнутых электродвигател х со ступенчатым регулированием угловой скорости путем переключени  числа пар полюсов статорной обмотки. Многоскоростные асинхронные электродвигатели примен ютс  в различных област х народного хоз йства. Изобретение может найти применение в асинхронных т говых двигател х на железнодорожном транспорте, а также в асин хронных двигател х привода вентил торов и насосов на электровозах, в асинхронных двигател х привода эс-; калаторов метрополитена. Известна двухслойна  полюсопереключаена  обмотка на 3 и 4 пары полюсов , выполненна  из одинаковых катушек, число которых кратно 54, соединенна  в звезду с трем  параллельными ветв ми при обоих числах пар полюсов, имеет шесть выводов и переключаетс  с одного числа полюсо на другое с помощью одного трехфазного переключател  Ql. Недостатком обмотки  вл етс  неидентичность параллельных ветвей пр , причем разность ЭДС параллель ных ветвей и ЭДС фазы составл ет 0,8-1,4% от ЭДС фазы, а уравнительные токи могут достигать значений до 20% от номинального тока ветви. Наличие уравнительных токов приведет к снижению мощности двигател  на 18-25%. Недостатком обмотки  вл етс  также то, чтОПРи она  вл етс  дробной, так как созд;а ет субгармонику ВДС пор дка с периодом, вдвое большим основного периода, причем эта НДС составл ет 8,5% от основной ВДС и вращаетс  в сторону, противоположную основному полю. Субгармоники МДС, как известно 5вызывают шум и вибрацию двигател , увеличивают потери и тсудшают пусковы свойства асинхронных двигателей. Поэтому наличие субгармоник в кривой МДС обмоток асинхронных двигателей  вл етс  крайне нежелательным . Известна трехфазна  полюсопереключаема  обмотка на 3 и 4 пары полюсов . Обмотка двухслойна , цела , т.е. имеет целое число катушек на фазную зону, выполн етс  из одинаковых катушек, число которых кратно 72. При обоих числах полюсов обмотка соединена в звезду и имеет 3 параллельные ветви при Р(3 и 2 параллельные ветви при . Обмотка симметрична как по фазам, так и по параллельным ветв м, имеет идентичные параллельные ветви, что исключает протекание по ним уравнительных токов. Обмотка имеет одиннадцать выводов и переключаетс  с одного числа пар полюсов на другое с помощью трех коммутационных аппаратов: двух трехполюсных переключателей и одного трехполюсного выключател  21. Недостатком данной обмотки  вл етс  то, что при включении ее по схеме с 3 парами полюсов (р, 3) четвер -ь общего числа катушек выключаетс  из работы, что приводит к снижению мощности и энергетических показателей асинхронного двигател . с Наиболее близкой к изобретению  вл етс  трехфазна  двухслойна  полюсопереключаема  обмотка электрической машины переменного тока на 2 и 3 пары полюсов. Обмотка имеет целое число катушек на-фазную зону шириной зл. рад. и соединена в звезду при обоих числах пар полюсов, состоит из одинаковых равномерно распределенных катушек, соединенных в частей. А1, А2, A3, В1, В2, ВЗ, С1, С2, СЗ 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

3

одну цепь между средним и верхним (при , ) или между средним и нижним (при ) выводами4 причем начала частей с номерами А1, В1 и С1 соединены с внешними выводами обмотки А, В и С соответственно, а их концы - с первым, вторым и третьим верхними выводами первого переключател , начала частей с номерами А2, В2 и С2 соединены с первым, вторым и третьим средними выводами первого переключател , а их концы - с первым, вторым и третьим верхними выводами второго переключател , на .чала частей с номерами A3, ВЗ и СЗ соединены е первым, вторым и третьим средними выводами второго переключател , а их концы - между собой кроме того, переключатели снабжены перемычками, соедин ющими первый нижний с вторым верхним, второй нижний с третьим верхним и третий нижний с первым верхним выводами каждого переключател  З ,

Недостатком известной обмотки  вл етс  ограниченна  область применени , так как обмотка может быть выполнена только на соотношение чисел пар полюсов .

Целью изобретени   вл етс  расширение области применени  обмотки, состо щей из дев ти частей и двух трехполюсных переключателей, на двухскоростные асинхронные двигатели , с соотношением чисел пар полюсов Р,.

Поставленна  цепь достигаетс  тем, что в трехфазной полюсопереключаемой обмотке электрической машины переменного тока с целым числом катушек на фазную зону шириной 27/3 эл. рад., соединенной в звезду при обоих числах пар полюсов, состо щей из 36 одинаковых равномерно распределенньгх катушечных групп с номерами 1-36, по S последовательно-согласно включенных катушек,- соединенных в дев ть частей А1, А2, A3, В1, В2, ВЗ, С1, С2, СЗ 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 А1, В1, С1 соединены с внешними вывода264

ми обмотки А, в и с соответственно, а их :;онцы - с первым, вторым и третьим верхними выводами первого переключател , начала частей А2, В2 и С2 соединены с первым, вторым и третьим средними выводами первого переключател , а их концы - с первым , вторым и TpeTb vi верхними выводами второго переключател , начала частей A3, ВЗ и СЗ соединены с первым, вторым и третьим средними выводами второго переключател , а их концы - между собой, кроме того, переключатели снабжены перемычками,

соедин ющими первый нижний с вторым верхним, второй нижний с третьим верхним и третий нижний с первым верхним выводами каждого переключател , катушечные группы с номерами

1, 2, 3, 28 включены последовательно в часть с номером А1, катушечные группы с номерами 4, 13, 14, 15последовательно-согласно в часть А2, катушечные группы с номерами 16, 25,

26, 27 - последовательно-согласно

в часть A3, катушечные группы с номерами 19, 20, 29, 30 - последовательно-согласно в часть ВЗ, катушечные группы с номерами 5, 6, 31, 32 последовательно-согласно в часть В1, катушечные группы с номерами 7, 8, 17, 18 - последовательно-согласно в часть В2, катушечные группы с номерами 10, 11, 12, 21 - последовательно-согласно в часть С2, катушечные группы с номерами 22, 23, 24, 33 - последовательно-согласно в часть СЗ, катушечные группы с номерами 9, 34, 35, 36 - последовательно согласно в часть С1, где S - натуральное число.

Предлагаема  обмотка отличаетс  от известной числом катушечных групп (36 вместо 18) и распределением катушеч11ых групп по 9 част м обмотки, что обеспечивает возможность использовани  ее в двухскоростных асинхронных двигател х с 3 и 4 парами полюсов .

На фиг. 1 изображена принципиальна  электрическа  схема предлагаемой обмотки при и на фиг. 2 и 3 - векторные диаграммы пазовых ЭДС обмотки; на фиг. 4 - схема обмотки дл  и .

Через Af, А2, A3, Б1, В2, ВЗ, С1, С2, СЗ обозначены дев ть частей обмотки а через П1, П2 - трехполюсные переключатели (переключающие контакторы), с помощью которых производитс  переключение числа пар полюсов. BepxFieMy положению переключателе обозначенному р , соответствует вкл чение обмотки на 3 пары полюсов, а нижнему, обозначенному р2, - включ ние обмотки на 4 пары полюсов. Из фиг. 1 видно, что в состав фаз А, В и С при различных числах пар полюсов вход т катушечные груп пы, номера которых указаны в табл. 1. Табл. 1 содержит 3 строки и 3 столбца, причем в строках 1, 2, 3 указаны номера катушечных групп, вх д щих в состав фаз А, В и С при включении обмотки на 3 пары полюсо а в столбцах 1, 2, 3 - номера кату шек, вход щих в состав фаз А, В и при включении обмотки на 4 пары по люсов . Из фиг. 1 видно, что при переход от схемы с к схеме с части А1, В1, С1 остаютс  в состав прежних фаз, части А2, В2, С2 пере ключаютс  в соседние фазы справа (из фазы А - в фазу В, из В - в С и из С - в А).и части A3, ВЗ, СЗ переключаютс  в соседние фазы слев ( из фазы А - в фазу С, из С - в В и из В -В А). Тем самым обеспечиваетс  при верхнем положении переключателей максимальное значение амплитуды пространственной гармони ки МДС с периодом 2(/| iiI)/3, т.е. обмотка создает вращающеес  поле с 3 парами полюсов (р 3), а при нижнем положении пространственной гармоники ВДС с периодом 2 , т.е. обмотка создает вращающеес  поле с 4 парами полюсов (). На фиг. 2 и 3 изображены вектор ные диаграммы пазовых ЭДС предлага мой обмотки, состо щей из 36 катушек (, , ), причем фиг. 2 относитс  к схеме с 3 парам полюсов, а фиг. 3 - к схеме с 4 па рами полюсов. Цифрами 1-36 на фиг. 2 и 3 обозначены номера катушек , к которым относ тс  соответст вующие векторы ЭДС. Одним, двум  и трем  штрихами на фиг. 2 и 3 отмечены векторные ЭДС катушек, вход щих в состав фаз А, В и С соответственно . 266 Из фиг. 2 и 3 видНо, что предлагаема  обмотка при обоих числах пар полюсов  вл етс  симметричной, имеет сплошные фазные зоны шириной 21Г/3 эл.рад., а также одинаковое число катушек под разными полюсами, т.е. обмотка  вл етс  целой и не создает низших гармоник М,ЦС. На фиг. 4 показана схема-развертка предлагаемой обмотки при , . Цифрами 37-72 на фиг. 4 обозначены номера пазов, а буквами Н и К обозначены начала и концы 9 соответствующих частей обмотки. Предлагаема  обмотка работает следующим образом. При установке переключателей П1 и П2 в положение, обозначенное р, замыкаютс  цепи между верхними и средними контактами переключателей , и катушечные группы распредел ютс  по фазам А, В и С так, как указано в строках 1, 2 и 3 табл. 1. При подключении обмотки к трехфазной сети по ней протекают синусоидальные токи, и обмотка создает в воздушном зазоре асинхронного двигател  магнитное поле с 3 парами полюсов, которое вращаетс  с угловой скоростью ( об./мин), где Г( - частота сети. При переключении переключателей П1 и П2 в положение р замыкаютс  цепи между нижними и средними контактами переключателей, и катушечные группы распредел ютс  по фазам А, Bj С обмотки так, как указано в столбцах 1, 2 и 3 табл. 1. При включении в трехфазную сеть така  обмотка создает в воздушном зазоре магнитное поле, вращающеес  в том же направлении, что и при Р,3, с угловой скоростью - 60 , (об./мин). Тем самым обеспечиваетс  ступенчатое регулирование угловой скорости двигател . Сравнение полюсопереключаемых обмоток , как известно, производитс  по следующим параметрам: по энергетическим характеристикам асинхронного двигател  с обмоткой данного типа, которые оцениваютс  минимальными значени ми момента, полезной мощности и коэффициента пропорциональности (Кщ) в формуле момента нагрузки вентил торного типа (,2); при одинаковых допустимых максимальных значени х индукции в воздушном зазоре (Bf Р.„,, 9 макс о доп И действующего значени  плотности то ка в проводах обмотки, допустимого по услови м нагрева двигател ; по фильтрующим свойствам обмотки , которые оцениваютс  относительными значени ми обмоточных коэффициентов оь помощью коэффициента .диф Ъеренциального рассе ни  K.,Zr . (К с/) (отдельно оц 1) 060 ниваетс  наличие низших пространственньпс гармоник в кривой ЩС F (х), которые  вл ютс  нежелательными, так как ухудшают услови  работы дви гател  и снижают его надежность); по сложности схемы управлени  чи лом пар полюсов, котора  оцениваетс числом коммутационных аппаратов или числом пар их контактов; по сложности изготовлени  обмотки , о которой суд т по числу различающихс  между собой катушек, вход  щих в схему обмотки; по величине тока холостого хода двигател , котора  зависит от произ ведени  обмоточного коэффициента на коэффициент использовани  обмотки ( KOB,- К„еп)Электромагнитный момент асинхрон ного двигател  в относительных единицах рассчитываетс  по формуле м7 8/ ла« оБГ Исп (1) 8 обмоточный коэффи где , циент; коэффициент испол зовани , равный о ношению числа вкл ченных в работу витков к полному их числу; :л,акс fi oikc/ Aon Mj - базисное значение момента, равное S lY°« s(0« 5ni5i f -BsAon)5 л p-(B5F,)(iH/2 + Q,V5inf -co5t, - диаметр и расчетна  длина  кор  двигател ; ( 2 Z - число пазов; Ор - площадь паза; К , коэффициент заполнени  паза медью; 1 - плотность тока. Значение В находитс  на основе соотношени  k -К S I ф PI Of ов а к BSMc..cnU P где индексы I и II относ тс  к режимам работы при и соответственно; о число параллельных ветвей обмотки; Uq3 - фазное напр жение. Прин в большее значение . равным , на основе (3) наход т маке обоих чисел пар полюсов. Полезна  мощность определ етс  по формуле , г„е Р„, „. nisiiiza преобразованна  мощность; скольжение; . со,, со,-2.7f . Коэффициент пропорциональности в формуле момента нагрузки вентил торного TJina определ етс  формулой 1 f H/K«B M PS (5) где K Mg/co;, Результаты расчетов с использованием приведенных формул представлены в табл. 2. Расчеты выполнены дл  нескольких значений шага обмотки, а в табл. 2 приведены параметры обмотки дл  наиболее выгодного значени  шага. При расчете момента и мощности обмотки ( 1) при Pj 4 вли ние- уравнительных токов в параллельных ветв х учитывалось умножением расчетных значений М и Р на 0,8. Значени  D, Jg,, (Z-Q), costf, К(, при расчетах прин ты одинаковыми дл  двигателей со сравниваемыми обмотками, хот  в отношении коэффициента заполнени  паза , предлагаема  обмотка имеет некоторое преимущество перед известными, так как может быть выполнена с меньшим числом пазов. В табл. 2 приведены и другие оце ночные параметры обмоток, в частнос ти коэффициент дифференциального рассе ни  К., который дл  трехфазных обмоток определ етс  без учета гармоник оде, кратных трем. Из табл. 2 видно, что несмотр  на различие чисел пар полюсов предлагаема  обмотка обладает такими же высокими электромагнитными свойствами , что и,известна . В частности по мощности двигател  предлагаема  обмотка практически равноценна известной (у предлагаемой обмотки РМИН 0.207, у известной 0,209) По сравнению с данной обмоткой предлагаема  обмотка имеет следующи преимущества: увеличение на 7,5% мощности двигател  Рпредл 0.207/0,,075 (п.16 табл. 2); меньшее число коммутационных аппаратов (два вместо трех); вдвое меньшее число пазов (36 вместо 72), что упрощает изготовлен обмотки и позвол ет примен ть ее в двигател х меньшей мощности.

Сз10, 11, 12, 21 22, 23, 24, 33 9, 34, 35, 36 В отношении электромагнитного момента и фильтрующих свойств сравниваемые обмотки практически равноценны (пп.15, 18, 19 табл. 2). По сравнению с обмоткой предлагаема  обмотка имеет следующие преимущества: отсутствие уравнительных токов в обмотке и увеличение благодар  этому на 10-11% электромагнитного момента, полезной мощности и нагрузки вентил торного типа 0,627/0,,1; предп, /Рд„ 0,207/0,,11; 1,88/1,,10; л прем ЯН отсутствие субгармоник в кривых НДС при обоих числах пар полюсов, улучшение благодар  этому условий работы двигател  (уменьшение вибраций ) и повьшение его надежности; меньшее число пазов (36 вместо 54), что упрощает изготовление обмотки и позвол ет использовать ее в двигател х меньшей мощности. I Таблица 1

00 ON

О -

г

чО

Л1

mz7

Л28

Щ29

Фиг2

20,29

;//

Фиг.3

Claims (1)

1. ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА с целым числом катушек на фазную зону шириной 2Д7/3 электрических радиан, соединенная в звезду при обоих числах пар полюсов, состоящая из 36 одинаковых равномерно распределенных катушечных групп с номерами 1-36 по S последовательносогласно включенных катушек, соединенных в девять частей А1, А2, АЗ, В2, В1, ВЗ, С1, С2, СЗ, 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 р=р,) или между средним и нижним (при р=р₂) выводами, причем начала частей А1, В1 и С1 соединены с внешними обмотками А, В и С соответственно, а их концы с первым, вторым и третьим верхними выводами первого переключателя, начала частей А2, В2 и С2 соединены с первым, вторым и третьим средними выводами первого переключателя, а их концы - с первым, вторым и третьим верхними выводами второго переключателя, начала частей АЗ, ВЗ и СЗ соединены с первым, вторым и третьим средними выводами второго переключателя, а их концы соединены между собой, кроме того, переключатели снабжены перемычками, соединяющими первый нижний с вторым верхним, второй нижний с третьим верхним и·третий нижний с первым _о верхним выводами каждого переключа- ® теля, отличающаяся тем, что, с целью расширения области ее применения, катушечные группы с номерами 1, 2, 3, 28 включены последовательно-согласно в часть А1, катушечные группы с номерами 4, 13,

   14, 15 включены последовательно-сог- ласно в часть А2, катушечные группы с номерами 16, 25, 26, 27 включены последовательно в часть АЗ, катушечные группы с номерами 19, 20, 29, 30 включены последовательно-согласно в часть ВЗ, катушечные группы с номерами 5, 6, 31, 32 включены последовательно-согласно в часть В1, катушечные группы с номерами 7, 8, 17, 18 включены последовательно-согласно в часть В2, катушечные группы с номерами 10, 11, 12^21 включены последовательно-согласно в часть С2, катушечные группы с номерами 22 , 23 , 24 , 33 включены последовательно - согласно в часть СЗ , катушечные группы >

   с номерами 9 , 34 , 35 , включены последовательно

   36 ласно в

   Г сог - туральное часть С2 , где S - начисло.