Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА С ОТНОШЕНИЕМ ЧИСЕЛ ПАР ПОЛЮСОВ P1:P2= 1:2
ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА С ОТНОШЕНИЕМ ЧИСЕЛ ПАР ПОЛЮСОВ P1:P2= 1:2

ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА С ОТНОШЕНИЕМ ЧИСЕЛ ПАР ПОЛЮСОВ P1:P2= 1:2

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: электромашиностроение, трехфазные двухскоростные асинхронные электродвигатели. Сущность изобретения: трехфазная полюсопереключаемая обмотка с отношением числа пар полюсов P1:P2= 1:2 соединена по схеме звезда и состоит из одинаковых катушек. Катушки объединены в катушечные группы. Число катушек на фазную зону - целое число. Каждая фаза состоит из четырех частей. При большем числе полюсов части соединены последовательно. Первые две части включены согласно, две другие - встречно по отношению к первым двум. При меньшем числе пар полюсов две первые и две вторые части каждой фазы включены попарно-параллельно и встречно. Объединенные первые части каждой фазы соединены последовательно с объединенными вторыми частями каждой соседней фазы. 4 ил. , 2 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2012981
Класс(ы) патента: H02K17/14
Номер заявки: 4933467/07
Дата подачи заявки: 05.05.1991
Дата публикации: 15.05.1994
Заявитель(и): Всероссийский заочный институт инженеров железнодорожного транспорта
Автор(ы): Попов Д.А.; Попов С.Д.
Патентообладатель(и): Всероссийский заочный институт инженеров железнодорожного транспорта
Описание изобретения: Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания трехфазных двухскоростных короткозамкнутых асинхронных двигателей с отношением чисел пар полюсов Р1: P2 = 1: 2 и одной статорной обмоткой, предназначенных для привода механизмов с постоянным нагрузочным моментом ил с вентиляторной нагрузкой, в том числе станков, подъемных механизмов, колесных пар электроподвижного состава, компрессоров, вентиляторов, центробежных насосов и т. д.
Известна трехфазная полюсопереключаемая обмотка (ППО) с отношением чисел пар полюсов Р1/P2 = 1/2, двухслойная с целым числом катушек на фазную зону при обоих числах пар полюсов, соединенная по схеме Y2/Y, состоящая из одинаковых катушек с шагом Y = τ2, образующих 6 частей, в которой изменение числа пар полюсов достигается реверсом полуфаз, т. е. изменением направления токов на противоположное в половине катушечных групп каждой фазы при сохранении направления токов остальных катушечных группах, без изменения состава фаз.
При включении обмотки на большее число пар полюсов (Рi = Р2) обмотка [1] образует в расточке статора двигателя 3 сплошные фазные зоны шириной 120 эл. градусов, а при включении на меньшее число пар полюсов (Рi = P1) - 6 сплошных фаз шириной 60 эл. градусов на каждую пару полюсов.
Для переключения числа пар полюсов обмотки [1] используются два коммутационных аппарата: трехполюсный переключатель и трехполюсный включатель. Обмотка снабжена 6 выводами на схему управления.
В частности, такие обмотки используются в двухскоростных однообмоточных двигателях с Р12 = 1/2, а также в двух- обмоточных многоскоростных асинхронных двигателях серий А2, 4А и АИ.
Недостатком этой обмотки является сравнительно невысокое использование двигателей в приводах с постоянным моментом: допустимый электромагнитный момент двухскоростных двигателей с такой обмоткой составляет 68% от момента односкоростного двигателя с большим числом пар полюсов (Рi = H2).
По принципу управления числом пар полюсов (реверс полуфаз) известная обмотка [1] наиболее близка к изобретению и принята в качестве прототипа.
Известна трехфазная полюсопереключаемая обмотка с числом пар полюсов Р1/P2 = 1/2, состоящая из 9 одинаковых частей, соединенных при обоих числах пар полюсов в звезду с тремя параллельными ветвями в каждой фазе, т. е. по схеме Y3/Y3. Обмотка двухслойная, дробная при Pi = P2, выполняется из катушек с двумя различными числами витков, образующих 21 катушечную группу, и снабжена 6 выводами из нулевых точек. Управление числом пар полюсов обмотки производится путем переключения питания с зажимов одной полюсности на зажимы другой полюсности с помощью одного трехполюсного переключателя.
Обмотка [2] имеет следующие недостатки.
Несимметрия параллельных ветвей (ПВ) вызывает появление уравнительных токов в них. Этот недостаток характерен для всех известных ППО со схемой Y3/Y3 (см. Sequenz H. Wicklungen Electrische Mwrchinen - Wien, Springer, 1960). В обмотке [2] , несмотря на применение катушек с различным числом витков, возникает небаланс ЭДС параллельных ветвей, наибольшее значение которой ( ΔЕпв*) составляет ΔЕпв* = 0,036 = 3,61% . В результате этого по параллельным ветвям протекает уравнительный ток Iур* = ΔЕпв*Yк*, где Yк* - кратность начального пускового тока. Этот ток, накладываясь на ток нагрузки двигателя, вызывает увеличение тока параллельных ветвей и снижение допустимой нагрузки в Кур = 1/Iпв* раз.
Считая ток чисто реактивным, определяют результирующий ток ПВ:
I*ПВ= I*н+I1+I*уpcos<>+jI*урsin<ϕ>1. Откуда находят
I*ПВ=
Берут для примера cos ϕ 1 = 0,85 и Y*к= = 5, тогда при ΔЕ*пв = 0,035 получают Iу*р = 0,18; I*пв = 1,14; Кур = 1/I*пв = 0,88.
Для сохранения плотности тока в обмотке в допустимых пределах необходимо уменьшить ток нагрузки двигателя с обмоткой [2] на 12% .
Наличие низшей пространственной гармоники МДС ( ν= 1/2) со значительной амплитудой (F*ν = 0,55) при Pi = P2 вызывает дополнительные потери и снижение КПД двигателя.
Недостатком известной обмотки также является усложненное изготовления из-за использования различных катушек.
Известна трехфазная трехскоростная полюсопереключаемая обмотка с отношением чисел пар полюсов Р1: P2: P3 = 1: 2: 4 [3] , часть которой, относящаяся к Рi = 1,2, может быть использована двухскоростной ППС с отношением чисел пар полюсов Р1: P2 = 1: 2.
Двухскоростная полюсопереключаемая обмотка [3] с отношением чисел пар полюсов Р1: P2 = 1: 2 имеет целое число катушек на фазную зону шириной 60 мл. градусов при обоих числах пар полюсов, состоит из одинаковых катушек с шагом Y = 2 τ1 β , образующих 12 катушечных групп по S рядом лежащих последовательно согласно включенных катушек, соединенных в 3 одинаковые части с 4 выводами от каждой части. Фазы обмотки соединены в двойной треугольник при меньшем числе пар полюсов (Рi = P1) и в двойную звезду при большем числе пар полюсов (Рi = 2), т. е. по схеме D2/Y2. Переключение числа пар полюсов обмотки производится тремя коммутационными аппаратами с 13 парами контактов, при этом переключение выполняется комбинированным способом - изменением направления тока в половине катушечных групп с одновременным переключением их из одной фазы в другую.
Благодаря использованию шестизонного распределения при обоих числах пар полюсов и шага Y = 2τ 1/3 обмотка имеет более высокое значение обмоточного коэффициента Коб1 при Рi = 1 и обеспечивает лучшие энергетические характеристики двухскоростного асинхронного двигателя, чем обмотка [1] .
Недостатком обмотки [3] является сравнительно невысокое использование магнитной системы двигателя из-за принятой схемы соединения фаз (D2/Y2), в результате чего минимальное значение момента двигателя с такой обмоткой составляет 75% от момента односкоростного двигателя с Р = Р1.
Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик двухскоростных асинхронных короткозамкнутых двигателей с Р1: P2 + 1: 2, предназначенных для привода механизмов с постоянным нагрузочным моментом и с вентиляторной нагрузкой.
Для достижения поставленной цели предложена трехфазная полюсопереключаемая обмотка с отношением чисел пар полюсов Р1: P2 = 1: 2, двухслойная, соединен- ная по схеме звезда, с целым числом катушек на фазную зону, состоящая из одинаковых равномерно распределенных катушек, образующих катушечные группы из S рядом лежащих последовательно согласно включенных катушек (S = 1,2,3. . . ); каждая фаза обмотки имеет 4 части, состоящие из Р1 последовательно согласно включенных катушечных групп, которые при большем числе пар полюсов включены последовательно, причем первые две части включены согласно, две другие встречно по отношению к первым двум, а при меньшем числе пар полюсов две первые и две вторые части каждой фазы попарно объединены в две встречно включенные параллельные ветви, а объединенная первая пара частей каждой фазы включена последовательно со второй объединенной парой частей соседней слева фазы.
На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемой обмотки с Р1 = 1 и S = 1; на фиг. 2 - некоторые диаграммы катушечных ЭДС; на фиг. 3 - схема-развертка обмотки с Y = 2 τ1/3; на фиг. 4 - схема соединения частей той же обмотки при Р2 = 2 и Р1 = 1.
На фиг. 1 и 4 через А1-А4, В1-В4, С1-С4 обозначены 12 частей обмотки, а в скобках указаны номера катушечных групп, входящих в состав соответствующих частей.
При Р1 = 1 в каждую часть входит только одна катушечная группа, а в общем случае при Р1 > 1 в часть входят Р1 катушечных групп, номера которых отличаются на 12. Через П1 на фиг. 1 обозначен трехполюсный переключатель, через П2 - двухполюсный переключатель и через Вх1 и Вх2 - трехполюсные выключатели, используемые для управления числом пар полюсов.
При указанном на фиг. 1 исходном положении выключателей и переключателей схема подготовлена для включения обмотки на большее число пар полюсов (Рi = P2), а включение производится подачей трехфазного напряжения на входные концы обмотки, обозначенные А, В, С. Стрелки внизу переключателей и включателей указывают направление перемещения их подвижных контактов при переключении обмотки на меньшее число пар полюсов (Pi = P1).
Цифрами 1-12 на фиг. 2 обозначены номера катушек, к которым относятся соответствующие векторы ЭДС для обмотки с S = 1, Р1 = 1, Z = 12Р1 S = 12. Так как при S = 1 номера катушек совпадают с номерами катушечных групп, то цифры 1-12 на фиг. 2 одновременно обозначают и номера катушечных групп. Одним, двумя и тремя штрихами обозначены векторы ЭДС катушек, которые включены согласно в схемы фаз А, В, С соответственно, а буквами П, Т и Ш обозначены векторы ЭДС-катушек, включенных в схемы фаз В, В, С встречно, т. е. обходятся от конца к началу. На фиг. 3 12-12 обозначены номера катушек, которые при S = 1 совпадают с номерами КГ, через НА1, КА1, СА1 обозначены начало части А1, конец части А1 и точка соединения частей А1 и А2 соответственно, через НА2, КА2, СА2 обозначены начало части А3, конец части А4 и точка соединения частей А3 и А4; выводы от частей В1: В4 и С1: С4 обозначены аналогично.
На фиг. 4 показаны схемы соединения частей в фазах при большем (Pi = P2) и меньшем (Pi = P2) числах пар полюсов. Из фиг. 4, а видно, что при большем числе пар полюсов в каждую фазу включены последовательно четыре одноименные части, причем первые две части включены согласно, а третья и четвертая части - встречно частям 1 и 2. Фазы соединяются в звезду с одной параллельной ветвью в каждой фазе. При меньшем числе пар полюсов (фиг. 4, б) направление тока в четных частях каждой фазы изменяется на противоположное, четные части включаются параллельно встречно частям с номерами на единицу меньше, при этом первые пары объединенных частей каждой фазы включаются последовательно со второй объединенной парой частей соседней слева фазы. В результаты параллельно встречно включенные части А3 и А4 переключаются в фазу С, части В3 и В4 - в фазу А и части СИ3и и С4 - в фазу В. При этом фазы соединяются в звезду с двумя параллельными ветвями в фазе. Для сохранения направления вращения двигателя фазы В и С меняются местами, для чего служит переключатель 12.
Из фиг. 2 видно, что предлагаемая обмотка является симметричной, имеет целое число катушек на фазную зону и потому не создает низших пространственных гармоник МДС. В отличие от прототипа [1] предлагаемая обмотка является шестизонной с фазными зонами шириной 6, эл. градусов при обоих числах пар полюсов и не создает четных высших гармоник МДС при любом шаге. Это позволяет выбрать более выгодное значение шага Y = 2 τ1/3, вместо Y = = τ2 у прототипа [1] .
Полученное на основании фиг. 2 распределение катушечных групп по фазам при различных числах пар полюсов приведено в табл. 1.
Знак минус перед номером катушечной группы означает, что она включена встречным катушечным группам с положительным знаком. Представленная на фиг. 1 принципиальная электрическая схема при установке переключателей и выключателей в соответствующие положения реализует распределение катушечных групп по фазам, приведенное на фиг. 2 и в табл. 1, при этом фазы обмотки соединяются в звезду с двумя параллельными ветвями в каждой фазе при меньшем числе пар полюсов (Рi = P1) и в звезду с одной параллельной ветвью - при большем числе пар полюсов (Рi = Р2), т. е. по схеме Y2/Y, как это показано на фиг. 4.
Предлагаемая обмотка работает следующим образом (см. фиг. 1, 2 и 4). При подаче трехфазного напряжения на входные зажимы обмотки А, В, С и показанном на фиг. 1 исходном положении переключателей и выключателей катушечные группы распределяются по фазам согласно фиг. 2, б, при этом обмотка создает в воздушном зазоре асинхронного двигателя магнитное поле с периодом 2 τ2 = πDa/P2 = π D/2, первая пространственная гармоника которого вращается с угловой скоростью n1(2) = 60f1/P2 = = 60˙50/2 = 3000/2 = 1500 об/мин, где f1 = = 50 Гц - частота сети.
При переключении переключателей П1 и П2 в нижнее по фиг. 1 положение и включении выключателей Вк1 и Вк2 катушечные группы распределяются по фазам согласно фиг. 2, а, в результате чего в воздушном зазоре возникает магнитное поле с периодом 2 τ1 = 60f1/P1, первая гармоника которого вращается с угловой скоростью n1(1) = = 60˙50/1 = 3000 об/мин в том же направлении.
Таким образом предлагаемая обмотка обеспечивает ступенчатое регулирование угловой скорости магнитного поля в отношении: n2: n1 = 1: 2 и, как показано ниже, улучшение энергетических характеристик двухскоростных асинхронных двигателей. Сравнение полюсопереключаемых обмоток производится по энергетическим свойствам асинхронных двигателей со сравниваемыми обмотками, фильтрующим свойствам обмоток, сложности схем управления и сложности изготовления.
Энергетические характеристики оцениваются с помощью формул:
M*i = Mi/MБ= B*δmax·Koδ1; P*npi= Pnpi/PБ= M*iPmax/Pi, где MБ = BDa·lZ1Qn·KcosΨ2; Bδ*max= Bδmax/Bδдоп Bδ доп, Iдоп - допустимые значения индукции в воздушном зазоре и плотности тока в проводах статорной обмотки двигателя.
За базисные значения электромагнитного момента двигателя Мб и преобразованной мощности (Pб= Mб·Ωmin= Mбω1/Pmax, ω1= 2πf ) принимаются значения момента и мощности односкоростного двигателя с наибольшим числом пар полюсов (Pi = Pmax) при Bδ max= Bδ доп; I= Iдоп и Коб1 = 1.
Фильтрующие свойства обмоток зависят от наличия паразитных гармоник низших ( ν < 1) и высших (ν > 1); численно фильтрующие свойства оцениваются значением коэффициента дифференциального рассеяния Кд. Сложность схемы управления оценивается числами коммутационных аппаратов, контактных пар и выводов обмотки на схему управления. Сложность изготовления оценивается числом различных типов катушек. Результаты расчетов приведены в табл. 2, причем значения М* и Рпр* для обмотки [2] приведены без учета добавочных потерь от несимметрии ПВ (Кур = 0,88) и от низшей гармоники МДС.
Из данных табл. 2 видно, что предлагаемая обмотка имеет следующие преимущества по сравнению с прототипом и другими известными обмотками с Р1: P2 = 1: 2:
более высокое использование двигателя при работе в приводах с постоянным моментом или вентиляторной нагрузкой; допустимое значение момента (М*) у двигателей с предлагаемой обмоткой при Р1 = 1 составляет М* = 0,8365, что на 22,5% больше, чем у двигателей с обмоткой-прототипом [1] со схемой Y2/Y, и на 11,4% больше, чем у двигателя с обмоткой-аналогом [3] ;
более высокое значение обмоточного коэффициента и, следовательно, более высокое значение коэффициента мощности (cos ϕ1) асинхронного двигателя по сравнению с двигателями с обмоткам [1] и [2] . Из данных табл. 2 видно, что улучшение энергетических характеристик двухскоростных асинхронных двигателей сопровождается некоторым усложнением схемы управления. Наиболее простую схему управления имеет аналог [2] , который одновременно имеет самые плохие энергетические характеристики и фильтрующие свойства. Затем по уровню энергетических характеристик следует прототип [1] , аналог [3] и предлагаемая обмотка, при этом монотонно растет и сложность схемы управления. Схема управления предлагаемой обмотки содержит 4 коммутационных аппарата с 16 парами контактов, что является ее недостатком. Отсюда следует, что предлагаемая обмотка имеет заметное преимущество перед прототипом в асинхронных приводах большой мощности. (56) Радин В. И. и др. Электрические машины. Асинхронные машины. М. : Высшая школа, 1988, с. 163, рис. 6-19а, б.
Авторское свидетельство СССР N 1577000, кл. Н 02 К 17/14, 1990.
Авторское свидетельство СССР N 1690101, кл. Н 02 К 17/14, 1991.
Формула изобретения: ТРЕХФАЗНАЯ ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ ОБМОТКА С ОТНОШЕНИЕМ ЧИСЕЛ ПАР ПОЛЮСОВ P1: P2= 1: 2, соединенная по схеме "звезда", с целым числом катушек на фазную зону, состоящая из одинаковых равномерно распределенных катушек, образующих катушечные группы, отличающаяся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик двускоростных асинхронных двигателей, каждая фаза обмотки имеет четыре части, которые при большем числе пар полюсов соединены последовательно, причем первые две части включены согласно, две другие - встречно по отношению к первым двум, а при меньшем числе пар полюсов две первые и две вторые части каждой фазы попарно объединены в две встречно включенные параллельные ветви, а объединенные две первые части каждой фазы включены последовательно с двумя объединенными вторыми частями каждой соседней фазы.