SU1170561A1 - ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА с целым числом пазов на фазную зону шириной 2 77/ 3 электрических радиан, соединенная в звезду при обоих числах полюсов - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в электромашиностроении для создания двухскоростных асинхронных электродвигателей. Многоскоростные асин- 5 хронные двигатели широко применяются в различных областях народного хозяйства. На железнодорожном транспорте изобретение может найти применение в асинхронных двигателях привода эскалаторов метрополитена, привода колесных пар локомотивов, а также привода компрессоров, насосов и вентиляторов.

Цель изобретения - расширение области применения обмотки, состоящей 15 из девяти частей и двух трехполюсных переключателей, на двухскоростные асинхронные двигатели с соотношением чисел пар полюсов р^/р “5/6, при 5=1 и ζ=90. 20

На фиг,1 изображена схема трехфаэ— ной полюсопереключаемой обмотки· на фиг. 2 и 3 - векторные диаграммы пазовых ЭДС обмотки; на фиг.4схема обмотки для 5=1 и ζ = 90. 25 Α1, А2, АЗ, Β1, В2, ВЗ, С1,

С2, СЗ, (фиг. 1) обозначены девять частей обмотки, а через П1 и П2 обозначены трехфазные переключатели (переключающие контакторы), зо Верхнему положению переключателей,обозначенному р₍ соответствует включение обмотки на 5 пар полюсов и нижнему положению,обозначенному р, , соответсвует включение обмотки на 6 пар полюсов.

Из фиг.1 видно, что в состав фаз А, В и С при различных числах полюсов входят катушечные группы, номера которых указаны в табл.,.

Таблица	1 С6
Р -6 р,-г	А6	В6
А5	1,2,3,4,	6,21,22,	41,42,
	5,19,20,	23,24,37,	56, 57,
	76,77,78	38,39,40,	58,59,

55 50,73,

74,74,75

• -Продолжение табл. 1

Р2=6
^=5	А6	В6			С4

В 5.	46,47,48, ' 61,62,63, 64,65,79, '80	7,8,9,10, 25,66,81, 82,83,84	11,12,26 27,26,29 30,43,44 45
С5	16,17,18, 31,32,33, 34,35,49, 50	35,51,52, 53,54,67, 68,68,70, 85	13,14,15, 71,72,86, 87,88,89, 90

Табл.1 состоит из трех строк и трех столбцов по числу фаз обмотки, причем в строках 1,2,3 указаны номера катушечных групп, входящих в состав фаз А,С,В, при включении обмотки на 5 пар полюсов, а в столбцах 1,2,3 указаны номера катушечных групп, входящих в состав фаз А,В,С, при включении обмотки на 6 пар полюсов. В скобках в табл.1 указаны номера частей обмотки, в состав которых входят соответствующие катушечные группы.·

Из фиг.1 видно, что при обоих числах пар полюсов используются все имеющиеся катушки, причем при переходе от схемы с 5 парами полюсов к схеме с 6 парами полюсов части обмотки с номерами А1, В1 и С1 остаются в составе прежних фаз, части с номерами А2, В2, С2 переключаются в соседние фазы справа (из фазы А в фазу В и т.д.) и части с номерами АЗ,

ВЗ и СЗ переключаются в соседние фазы слева (из А в С и т.д.), тем самым обеспечивается создание в воздушном зазоре машины вращающегося магнитного поля с 5 или 6 парами полюсов соответственно.

На фиг.2 и 3 изображены векторные диаграммы пазовых ЭДС предлагаемой обмотки, состоящей из 90 катушек (5-1 ζ»90), причем фиг.2 относится к схеме с 5 парами полюсов, афиг.Зк схеме с 6 парами полюсов. Цифра3

1170561

4

ми 1-90 на фиг.2 и 3 обозначены номера катушек, к которьгм относятся соответствующие векторы ЭДС. Одним, двумя и тремя штрихами на фиг.2 и 3 отмечены векторы ЭДС катушек, сходящих в состав фаз А, В и С соответственно.

Из фиг.2 и 3 видно, что при обоих числах пар полюсов обмотка является ,симметричной, имеет сплошные фазовые зоны шириной 2л/3 элрадиан, а также одинаковое число катушек под разными полюсами, т.е. обмотка является целой и не создает низших пространственных гармоник МДС.

На фиг.4 показана развернутая схема обмотки при 5«1 и ζ»90. Цифрами 91180 на фиг.4 обозначены номера пазов,а буквами Н и К обозначены начала и концы частей обмотки.

Предлагаемая обмотка работает еле-д дующим образом.

При установке переключателей III и П2 в положение, обозначенное р₄ . замыкаются цепи между верхними и средними контактами переключателей и ка- 25 тушечные группы распределяются по фазам А, В и С так, как указано в строках 1,2 и 3 табл.1. При подключении обмотки к трехф.пной сети по ней протекают синусоидальные токи и обмотка создает в воздушном зазоре асинхронного двигателя магнитное поле с 3 парами полюсов, которое вращается допой скоростью

об/мин

10

15

с уг60_1_д

35

‘1(11

где £ - частота сети.

При переключении переключателей П1 иП2 в положение Р_г замыкаются цепи между нижними и средними контактами переключателей и катушечные группы распределяются по фазам А, В и С обмотки так, как указано в столбцах 1, 2, 3 и табл.1. При включении в трехфаэную сеть такая обмотка гоэдает в воздушном зазоре магнитное поле, вращающееся в том же направлении, что и при Р,"3, с угловой скоростью

η ” ---~ об/мин,

Р 50

Этим обеспечивается ступенчатое регулирование угловой скорости двигателя.

Сравнение полюсопереключаемых обмоток произведено по минимальным зна-55 чениям полезной мощности асинхронного двигателя с обмотками того или иного типа при использовании в приво40

дах в различных характером нагрузки при Р “СОП5С (привод постоянной мощности), М₂“С0П5£ (привод с постоянным моментом нагрузки), М₂»К_мЯ¹ - привод с нагрузкой вентиляторного типа, срав нение производится при одинаковой предельно допустимой амплитуде магнитной индукции в воздушном т .зоре двигателя (Β8_Αίη) и одинаковой плотности тока в проводах обмотки, по минимальным значениям произведения К_е5 "·, К_исп, от которого зависит намагничивающий ток и, как следствие, коэффициент мощности и КПД двигателя; по фильтрующим свойствам обмотки и, в частности, по наличию субгармоник (низких пространственных гармоник)

НДС, оказывающих влияние на работу двигателей; по сложности схемы управления, которая характеризуется числом коммутационных аппаратов и числом пар их контактов; по сложности изготовления обмотки, которая характеризуется минимальным числом катушек (пазов Ζ), наличием катушек с различными числами витков и т.д.

Расчет характеристик производится на основе известных формул, определяющих ЭДС статорной обмотки <Е_Ч“

»ϋ_4ι) амплитуды МДС (Г,) и электромагнитного момента. Все сравниваемые величины выражаются в относительных единицах, т.е.

М*=М/М,; ^-кдЛм^.О)

где базисные величины,

равные

ο„· ι^(ζ·ς_α)’ ·(звз^ои),»

>61П /1

Ρ^·“ , ω, “2л £,,

•V Я*.

(2)

й/

1^.- диаметр и длина расточки статора двигателяι

г,()_п,к }п ~ число пазов, площадь паза и коэффициент заполнения паза медью; $ плотность трка,

д- (В/Р,) й | βΐη дхсов^ .

При расчете характеристик сравниваемых обмоток приняты одинаковые значения величин В<г_А,п» ΰ» °«» 1л

соз Ч , К, хотя в отношении величин К₄„ и сое 7, предлагаемая обмотка имеет некоторое преимущество перед аналогом.

9

1170561

Значения Β^_Μβ(<β определяются на

основе соотношения

?^ΛΛΛί_ί_ _ ^0» исп_р_

ϋ Π_4ι Ρχήχ к „<_£ к_-еп1 *

(3)

где О - число параллельных^ етвей;

к>^*к_в»к_в> к _ися . —“*'Коэффициент использования равный отношению числа включенных М_|МД витков обмотки к их полному числу.

Приняв большее значение В^_макс равным В^_4И на основе (3) определяются значения

Подставляя базисные значения величин в формулы (1), получаем

⁵ к>(РР² (4)

Значения коэффициента распределения кр определяются с помощью векторных диаграмм. Значения козффициен

Ю та укорочения к₃ определяются для не - скольких значений шага обмотки у.

Для сравнения обмоток принимается наивыгоднейшее значение шага. Сравни тельные данные обмотки приведены в

15 табл.2, где з скобках для аналога приведены также данные, полученные для шага у«7 принятого согласно (1).

Таблица 2

Параметры

Аналог

Прототип

Предлагаемая

обмотха

Л·

1.	Число пар полюсов	5	6
2.	Число пазов,	108
3.	Схема соединения фаз	А2	А
4.	Аппаратура переключения	3 выключателя
5.	Фазная зона	60е	120°
6.	Число катушек на фазную зону	4 (обмотка дробная)	6
7.	Коэффициент использования, Че.,	1	2/3
8.	кР1	0,956	0,831
9.	у/Г	_9/22χ8	9£9_

(7/75,8)(7/9)

10.	к	0,.966 1х0 (0,850 70.947
11.	к β#η	Ох£24 0х831 (0,8?4) 70,78?

2

2	3	6	6
36		90	•
А	А	λ	А
2 выключателя	2 переключателя
20’	120е	120*	120*
6	4	6	5

1	1	1	1
0,836	0,831	0,883	0,831
7/9	7/6	8/9	8/7,5
0,940	0,966	0,985	0,994
0,724	0,831	0,820	0,826

Ί

1170561

8

^Продолжение__табл_д_2_

№	Параметры	Аналог	Прототип	Предлагае обмотка
			Р2		________з

12.		Ох924 0х554 (0.8Ϊ4) Тб.ЗЗЗУ
13.	В* сГмакс	0х999 1х0 ТТ,5“ (0,937)
14.	м*	0х922 Ох553 ТО,814) (0,489) 1
15.	Р* 2	0х184 0х0922 То.ТбЗ) (0,08Ϊ4)
16.	к*	23х1 19х9 ?2О,ЗУ Т?7,6)
17.	Наличие субгармоник в кривой МДС	Имеются Отсутст(^-1/5) вуют

0,724	0,831	0,820	0,826
0,765	1,0	0,839	1,0
0,554	0,831	0,687	0,826
0,277	0,209	0,1374	0,1375
-	-	17,1	29,7
Отсутствуют	Отсутствуют	Отсутствуют	Отсутствуют

Из табл.2 видно, что предлагаемая обмотка, несмотря на различие чисел пар полюсов, сохраняет высокие электромагнитные свойства обмотки прототипа. Так, например, по величине электромагнитного момента М*, величи-³³ не произведения к_в£.к_кел ^и Фильтрующим свойствам предлагаемая обмотка не уступает обмотке-прототипу (см.пп. 12,14,17 табл.2).

Из табл.2 видно также, что характернетики аналога, который является базовым объектом, существенно улучшаются при увеличении шага от 7 до 9, поэтому для сравнения в дальнейшем принимаются характеристики аналога с ¹³ шагом у-9.

Из табл.1 видно, что предлагаемая обмотка обеспечивает увеличение допустимой нагрузки асинхронного двигателя на 24,5Ζ в приводах с постоянным моментом (Μ*_ΜΛΑ /М*_л-0,687/0,553-1,245, см. п,14 табл.2) и иа 49% в приводах постоянной мощности (рХ«а*/ /Ρ₂ζ_Η-0,1374/0,0922-1,49, см.п.15 табл.2). Что касается приводов с вен-®³ тиляторной нагрузкой (М-К^Ъ, то для них предлагаемая обмотка несколько уступает улучшенному варианту аналога

и практически равноценна исходному варианту (17,1/17,6-17,6-0,972).

В отношении сложности изготовления и состава аппаратуры управления предлагаемая обмотка и аналог практически равноценны.

Предлагаемая обмотка- обладает тем преимуществом перед аналогом, что является целой и не создает низших гармоник НДС, тогда как обмотка аналог при Р, -5 является дробной н создает низшие гармоники МДС, оказывающие вредное влияние на работу асинхронных двигателей. Предлагаемая обмотка при Р»Р₂-6 имеет на 49% большее значение произведения К₀{,· К_исп , что обеспечивает уменьшение на ту же величину намагничивающего тока двигателя.

Таким образом, при применении предлагаемой обмотки в асинхронных двигателях привода постоянной мощности или привода с постоянным моментом нагрузки и ступенчатым регулированием угловой скорости в отношении 6/5 может быть достигнуто увеличение допустимой нагрузки двигателя на 24,5% в приводах с постоянным моментом нагрузки и на 49% в приводах по9

1170561

10

стоянной мощности, повышение надежности двигателя благодаря отсутствию низших гармоник МДС при включении на 6 пар полюсов и улучшению условий работы двигателя (уменьшению вибраций) 1 уменьшение намагничивающего тока при Р«Р₂“6 но 49Ζ, что обеспечивает повышение коэффициента мощности

5 и КПД двигателя при работе двигателя на указанной ступени регулирования.

1,2/4.5, /9,20,75,77,78

6. 2/, 22.23,24, 37,38,39,40,55

7/9,10,25,

66,61/ 2, 85,84

С,

~!3.14,15,71,72 ίί, б),88,89,90

//, 12, 26,21,28, 29,30,43,44,45

Сг

/6,/7, /8,3/,32, Р₂ 33,34,35,49,50 Фиг I

4/. 42,58,57,58. 59,60,73,74,75 βι

~46,47,48,6/, 62,

. 63,64,65,79,80

С,

Л, 5/.52.55/4, 67. б/б/70,85

Фиг 2

И 70561

	90	76	77
	75	в	62
69	60	96	97	76
74	95	31	32	63
59	30	16	17	96
44			2	33
29		и .		16

13.28,93

зб/з/з

12,27,92,

57,72/7

9,1539,99, 99,79

5,20.3В,30, 65,&

29	23
39	ЗВ
39	53
69	66
89	83
	Фиг.З

1170561

8 ί§&

Фиг. 4

ч чч

Claims (1)

1. ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА с целым числом пазов

   на фазную зону шириной 2 77/ 3 электрических радиан, соединенная в звезду при обоих числах полюсов, состоящая из одинаковых равномерно распределен-, ных катушек, соединенных в девять частей А,, А_}, А,, В,, Β_ι( В₅, С,,

   С,, С_а, н двух трсхполюсных пкриключлтвлой, 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 Р_г) выводами, причем начала частей А,, В,, С, соединены с внешними выводами обмотки А, В и С соответственно, а их концы с первым, вторым и третьим верхними выводами первого переключателя, начала частей Λ₂, В* , С_г соединены с первым, вторым и третьим средними выводами первого переключателя, а их концы - с первым, вторым и третьим верхними выводами второго переключателя, начала частей

   А,, В,, С₃ 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 верхним выводами каждого переключателя, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения, обмотка выполнена из 90 катушечных групп по 5 рядом лежащих последовательно-согласно включенных катушек, причем катушечные группы с номерами 1, 2, 3, 4, 5,

   19, 20, 76, 77, 78 включены последовательно согласно в часть А₁, катушечные группы с номерами 6, 21, 22,

   23, 24, 37, 38, 39, 40, 55 включены последовательно согласно в часть А», катушечные группы с номерами 41, 42, 56, 57, 58, 59, 60, 73, 74, 75 пключины последовательно согласно в часть А₃, катушечные группы с номерами 46, 47, 48, 61, 62, 63, 64, 65, 79, 80 включены последовательно согласно в часть В₃, катушечные группы с номерами 7, 8, 9, 10, 25, 66, 81, 82, 83,

   84 включены последовательно-согласно в часть В, , катушечные группы с номерами 11, 12, 26, 27, 28, 29, 30, 43, 44, 45 включены последовательно-согласно в часть В₂, катушечные группы с номерами 16, 17, 18, 31, 32, 33,

   34, 35, 49, 50 включены последовательно согласно в часть С_г, катушечные группы с номерами 35, 51, 52, 53,

   54, 67, 68, 69, 70, 85 включены последовательно-согласно в часть Сэ,

   И

   С

   с

   с

   3

   1170561

   катушечные группы с номерами 13, 14,

   15, 71, 72, 8б, 87, 89, 90 включены

   последовательно-согласно в часть С , где 5 - натуральное число.

   I