Обмотка электрической машины переменного тока
ALTERNATING CURRENT ELECTRIC MACHINE WINDING

Изобретение 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 двухзонными на фазу [Асинхронные двигатели общего назначения / Бойко В.М., Гаинцев Ю.В., Ковалев Ю.М., и др.; Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчика. - М.: Энергия, 1980. - с. 120-125] и у которых процесс укладки статорных всыпных обмоток на электромашиностроительных заводах механизирован. Их применение связано с повышенным расходом меди за счет больших длин и вылетов лобовых частей. Однослойная обмотка наиболее пригодна для механизированной укладки.
Недостаток обмотки электрической машины переменного тока выполненной m-фазной как однослойной, так и двухслойной с малым коэффициентом укорочения шага заключается в повышенном расходе меди за счет больших длин и вылетов лобовых частей. Отсутствие укорочения шага в однослойных обмотках приводит к тому же к ухудшению формы поля в воздушном зазоре, добавочным потерям и магнитному шуму.
Известна обмотка электрических машин, которая получила название "цепной". [Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. - Л.: Энеогоатомиздат, Ленингр. Отд-ние, 1989. - 400 с., стр. 62÷66]. Их применение позволяет: уменьшить вылет лобовых частей обмотки (экономия материалов и снижение индуктивного сопротивления обмотки), улучшить охлаждение обмотки, более узкие секции легче укладывать в пазы. Такие обмотки получили довольно широкое распространение в машинах самой различной мощности и при любых числах пар полюсов.
7
0
Известны обмотки электрической машины переменного тока, которые выполнены m-фазными четырехзонными на фазу [Пат. №140530 РФ, МКИ H02K 3/28, 17/14. Трехфазная обмотка электрической машины / Г.А. Шаншуров. Опубл. 00.00.2014, БЮЛ. №00. Приоритет 18.12.13; Заявка №2013156320. - С. 35] с числом пар полюсов р в Z пазах магнитопровода с шириной полюсного деления и с шагом по пазам в двое меньшим, чем двухзонная на фазу, что значительно экономит материалы, снижает индуктивное сопротивление обмотки. Целесообразно и применение четырехзонной на фазу обмотки в многоскоростных электродвигателях.
Эта обмотка наиболее близка к предлагаемой полезной модели и является прототипом.
Применение однослойных обмоток наиболее перспективно. Однако, отсутствие укорочения шага в однослойных четырехзонных на фазу обмотках приводит также к увеличению индуктивности дифференциального рассеяния за счет ухудшения формы поля в воздушном зазоре, добавочным потерям и магнитному шуму.
Анализ приведенного уровня техники свидетельствует о том, что задачей изобретения является дальнейшее снижение расхода меди за счет применения однослойных четырехзонных на фазу обмоток, а также улучшение формы поля в воздушном зазоре. Кроме того, расширение области применения четырехзонных на фазу обмоток в многоскоростных электродвигателях.
0
Поставленная задача достигается тем, что обмотка электрической машины переменного тока, выполненная m-фазной с числом пар полюсов p в Z пазах магнитопровода, четырехзонной, содержащей n=4 фазных зон в каждой фазе, при этом число Z пазов магнитопровода связано соотношением
0
Ф
Z = nmpq,
Ф
q
q
q
q
q
q
р0
q
q
p0
q
q
q
q
q
q
p0
q
q
p0
q
q
q
q
q
q
p0
q
q
p0
a q последовательно включенные катушки уложенные в пазы магнитопровода в пределах каждой пары фазных зон, где "А, а и X, х" - фазные зоны первой фазы четырехзонной обмотки, "В, b и Y, у" - фазные зоны второй фазы четырехзонной обмотки, а "С, с и Z, z" - фазные зоны третьей фазы четырехзонной обмотки, где (A х) и (X a) - катушечные группы, образующие полуфазы (A х) и (X a) первой фазы четырехзонной обмотки, (B y) и (Y b) - катушечные группы, образующие полуфазы (B y) и (Y b) второй фазы четырехзонной обмотки, a (C z) и (Z c) - катушечные группы, образующие полуфазы (C z) и (Z c) третьей фазы четырехзонной обмотки, где индекс "q" - это число катушечных сторон, размещенных в соответствующей фазной зоне и имеющих одинаковое направление тока в фазных зонах "А, а, В, b и С, с" в верхнюю сторону, а в фазных зонах "X, х, Y, у и Z, z" в нижнюю сторону, при этом каждая катушечная группа снабжена выводами начал и концов, отличающаяся тем, что однослойная четырехзонная обмотка выполнена цепной, у которой левые стороны катушек расположены в нечетных пазах, а правые стороны катушек расположены в четных пазах, при этом число q последовательно включенных катушек число целое.
Ф
Поставленная задача также достигается тем, что цепная четырехзонная обмотка выполнена однослойной с одинаковым целым числом пазов на фазную зону q равную
Ф
0
q = Z/(12p),
Ф
Ф
при этом q катушек, последовательно включенных в пределах каждой фазной зоны τ, равной четному числу
Ф
0
τ = Z /(4р)
ср
выполнено с шагом у, равным
ср
Ф
1,
у = τ - k
1
Ф
где k равно целому числу из натурального ряда 1, 2…τ- 1.
Поставленная задача также достигается тем, что цепная четырехзонная обмотка выполнена однослойной с одинаковым целым числом пазов на фазную зону
Ф
0
q = Z/(12p),
Ф
Ф
при этом q катушек, последовательно включенных в пределах каждой фазной зоны τ, равной четному числу
Ф
0
τ = Z/(4p)
ср
выполнено с шагом у равным
ср
Ф
1
у = τ + k,
1
Ф
где k равно целому числу из натурального ряда 1, 2…τ- 1.
Поставленная задача также достигается тем, что цепная четырехзонная обмотка выполнена однослойной с одинаковым целым числом пазов на фазную зону
ф
0
q = Z/(12p),
Ф
Ф
при этом q катушек, последовательно включенных в пределах каждой фазной зоны τ, равной нечетному числу
Ф
0
τ = Z /(4р)
ср
Ф
2
2
Ф
выполнено с шагом у, равным величине фазной зоны τ минус или плюс число из натурального ряда k, где k равно целому числу из натурального ряда 0, 1, 2…τ- 1.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной цепной четырехзонной обмотки выполнены из полуфаз (A x) и (X a) - первой фазы, (B y) и (Y b) - второй фазы, (C z) и (Z c) - третьей фазы, включенных встречно, образуя трехфазную обмотку.
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы цепной трехфазной обмотки соединены в звезду и начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2р, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 4р, при этом входы обмотки присоединены к контактам коммутатора.
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы цепной трехфазной обмотки соединены в треугольник и начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2р, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 4р, при этом входы обмотки присоединены к контактам коммутатора.
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что в цепной трехфазной обмотке конец первой фазы соединен с точкой соединения полуфаз второй фазы, конец второй фазы соединен с точкой соединения полуфаз третьей фазы, конец третьей фазы соединен с точкой соединения полуфаз первой фазы, образуя схему соединения обмоток звезда с внутренним треугольником Y-Δ, и начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2р, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 4р, при начало и конец каждой фазы цепной трехфазной обмотки присоединены к контактам коммутатора.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной цепной четырехзонной обмотки выполнены из полуфаз (A x) и (X a) - первой фазы, (B y) и (Y b) - второй фазы, (C z) и (Z c) - третьей фазы, включенных согласно, образуя трехфазную обмотку.
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы трехфазной обмотки соединены в звезду и начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4р, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 2р, начало и конец каждой фазы цепной трехфазной обмотки присоединены к контактам коммутатора.
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы трехфазной обмотки соединены в треугольник и начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4р, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 2р, при этом начало и конец каждой фазы цепной трехфазной обмотки присоединены к контактам коммутатора.
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что в трехфазной обмотке конец первой фазы соединен с точкой соединения полуфаз второй фазы, конец второй фазы соединен с точкой соединения полуфаз третьей фазы, конец третьей фазы соединен с точкой соединения полуфаз первой фазы, образуя схему соединения обмоток звезда с внутренним треугольником Y-Δ, и начала фаз образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4р, при последовательном включении полуфаз в фазах второй вход обмотки образован выводами из точек соединения полуфаз с числом полюсов 2р, при этом начало и конец каждой фазы цепной трехфазной обмотки присоединены к контактам коммутатора.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Поставленная задача также достигается тем, что однослойная цепная четырехзонная обмотка выполнена из последовательно соединенных полуфаз, образующих двухфазную обмотку, где (A X) и (x a) - полуфазы первой фазы и объединенные полуфазы [(B Y), (Z C)] и [(y b), (c z)] - полуфазы второй фазы, где началом полуфаз (A X) и (B Y) образован первый вход обмотки с одним числом полюсов, второй вход обмотки с другим числом полюсов образован концом полуфаз (A X) для первой фазы и началом полуфаз(у b) для второй фазы, а концы фаз образованы полуфазами (X a) первой фазы и (c z)второй фазы двухфазной обмотки и объединены, образуя нулевой вывод обмотки, при этом начало и конец каждой фазы цепной двухфазной обмотки присоединены к контактам коммутатора.
0
0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Поставленная задача также достигается тем, что первый вход двухфазной обмотки с числом полюсов 2р и второй вход двухфазной обмотки с числом полюсов 4р образованы встречным включением полуфаз (А x) и (X a), (B y) и (Y b), (C z) и (Z c) между собой.
0
0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Поставленная задача также достигается тем, что первый вход двухфазной обмотки с числом полюсов 4р и второй вход двухфазной обмотки с числом полюсов 2р образованы согласным включением полуфаз (A x) и (X a), (B y) и (Y b), (C z) и (Z c) между собой.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что в состав однослойной цепной четырехзонной обмотки введены коммутационные аппараты с нормально открытыми (НОК) и нормально закрытыми (НЗК) контактами, началами полуфаз (A x), (B y), (C z) образованы начала фаз трехфазной обмотки, в каждую фазу включен мост из контактов коммутационного аппарата, в противоположные плечи каждого моста включены по одному нормально открытому и нормально закрытому контакту, образуя в местах соединения НОК и НЗК полюса диагоналей моста, одна из диагоналей каждого моста одним полюсом соединена с концом полуфаз (A x), (B y), (C z), а другим полюсом образован конец фазы, в другую диагональ каждого моста включена соответственно вторая полуфаза (X a) - первой фазы, (Y b) - второй фазы и (Z c) - третьей фазы, при этом число полюсов 2р образовано одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен), а число полюсов 4р - другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), фазы обмотки соединены по схеме звезда или треугольник.
0
0
Поставленная задача также достигается тем, что в трехфазной обмотке мосты из контактов коммутационного аппарата выполнены открытыми со стороны концов каждой фазы, образуя два выхода каждой фазы, первый выход обеспечивает получение одного числа полюсов 2р при одном состоянии НОК и НЗК коммутационного аппарата, второй выход обеспечивает получение другого числа полюсов 4р при другом состоянии НОК и НЗК коммутационного аппарата, при этом первым и вторым выходом фазы обмотки соединены по схеме звезда или треугольник.
Поставленная задача также достигается тем, что в трехфазной обмотке при соединении фаз в звезду обоих выходов НОК и НЗК включены в плечи образующих конец фаз только двух мостов.
Поставленная задача также достигается тем, что трехфазной обмотке электрической машины при соединении фаз для одного числе полюсов в треугольник и для другого числа полюсов в звезду НОК и НЗК включены в плечи образующих конец фаз двух мостов, а НОК или НЗК включены в плечо образующего конец фазы третьего моста для соединения в треугольник.
0
0
0
0
0
0
0
0
0
На фиг. 1÷4 изображены конструктивные исполнения однослойной цепной четырехзонной обмотки и их матричное описание; на фиг. 5÷7 изображены схемы соединения фаз цепной трехфазной обмотки при встречным включением полуфаз с числом полюсов 2Р0 на первом входе и 4Р на втором входе; на фиг. 8÷10 изображены схемы соединения фаз цепной трехфазной обмотки при согласным включением полуфаз с числом полюсов 4Р на первом входе и с числом полюсов 2Р на втором входе; на фиг. 11 изображена схема соединения фаз цепной двухфазную обмотку при встречном включении полуфаз с числом полюсов 2Р на первом входе и 4Р на втором входе, а на фиг. 12 изображена схема соединения фаз цепной двухфазную обмотку при согласном включении полуфаз с числом полюсов 4Р на первом входе и с числом полюсов 2Р на втором входе; на фиг. 13÷17 изображены схемы цепной трехфазной обмотки в состав которых введены коммутационные аппараты для переключения числа полюсов с 2Р на 4Р и выбора схемы включения фаз Y, Δ.
Обмотка электрической машины переменного тока выполнена m-фазной (фиг. 1÷17) цепной четырехзонной и содержит n равное 4 - фазных зон в каждой фазе на паре полюсов(фиг. 1÷4). При этом число Z пазов магнитопровода связано соотношением
0
Ф
Z = nmpq,
0
Ф
где р - число пар полюсов, а q - целое число последовательно включенных катушек, уложенных в пазы магнитопровода, в пределах каждой пары фазных зон.
q
q
q
q
q
q
p0
q
q
p0
q
q
q
q
q
q
p0
q
q
p0
q
q
q
q
q
q
p0
q
q
p0
Катушечные группы каждой фазы образуют две полуфазы 1÷6 (фиг. 1÷13). Так 1 и 4 - (A х) и (X a) - катушечные группы, образующие полуфазы (A x) и (X a) первой фазы четырехзонной обмотки, 2 и 5 - (B у) и (Y b) - катушечные группы, образующие полуфазы (B y) и (Y b) второй фазы четырехзонной обмотки, а 3 и 6 - (C z) и (Z c) - катушечные группы, образующие полуфазы (C z) и (Z c) третьей фазы четырехзонной обмотки. При этом каждая полуфаза снабжена выводами начал и концов(фиг. 5÷13):
- начала 7, 11, 15, 9, 13, 17 соответственно полуфаз 1, 2, 3, 4, 5, 6;
- концы 8, 12, 16, 10, 14, 18 соответственно полуфаз 1, 2, 3, 4, 5, 6.
Цепную однослойную четырехзонную обмотку отличает конструктивное исполнение катушек катушечных групп 1, 4 (фиг. 1, 3 а и b, ÷ 4а и b): левые стороны катушек укладывают в нечетных пазах, а правые стороны катушек расположены в четных пазах. Обмотка выполняется как равно секционная, так и концентрическая в каждой фазе в пределах каждой пары фазных зон с шагом
ср
0
у = Z/(np),
где средний шаг обмотки по пазам равен
ср
i
Ф
у = ∑y/q.
ср
При шаге у, равным
ср
Ф
1
Ф
0
у = τ - k, τ = Z /(4р),
Ф
1
Ф
1
где ширина фазной зоны τ число четное (фиг. 1), в общем случае k равно целому числу из натурального ряда 1, 2…τ- 1, а на фигуре 1b величина k равна единице.
При числа пазов Z равного 24 распределение сторон катушек полуфаз 1÷6 (фиг. 1) в пазах соответствует закону
qф
qф
qф
qф
qф
qф
р0
[(A b)(Z х)(Вс)(Ху)(Са)(Yz)],
ср
При шаге у, равным
ср
Ф
Ф
0
у = τ + 1, τ =Z /(4р),
Ф
1
Ф
1
где ширина фазной зоны τ число четное (фиг. 3), в общем случае k равно целому числу из натурального ряда 1, 2…τ- 1, а на фигуре 3b величина k равна единице.
При числа пазов Z равного 24 распределение сторон катушек полуфаз 1÷6 (фиг. 3 а и b) в пазах соответствует закону
qф
qф
qф
qф
qф
qф
p0
[(z А)(b Z)(х В)(с Х)(у С)(а Y)].
Ф
0
Число пазов при четном числе ширины фазной зоны τ равной 2, 4, 6… для число пар полюсов р равным 1, 2, 3… определяется соотношением
0
Ф
Z = 4рτ
и приведено в таблице 1.
ср
Ф
2
2
Ф
Ф
При шаге у, равным величине фазной зоны τ минус или плюс число из натурального ряда k, где k равно целому числу из натурального ряда 0, 1, 2…τ- 1, где τ ширина фазной зоны число нечетное 6 (фиг. 4 а и b) равное
Ф
0
τ =Z /(4р).
2
ср
Ф
При числа пазов Z равного 36, а на фигуре 4 величина k равна нулю и у равно величине фазной зоны τ, распределение сторон катушек полуфаз 1÷6 (фиг. 4а и b) в пазах соответствует закону
qф-1
qф-2
qф-1
qф-2
qф-1
qф-2
qф-1
qф-2
qф-1
qф-2
qф-1
qф-2
р0=1
[(с A)(b А)(b С)(х С)(х В)(z В)(z X)(y Х)(у Z)(a Z)(а Y)(с Y)]. фазной зоны
Ф
0
Число пазов при нечетном числе ширины фазной зоны τ равной 1, 3, 5, 7, 9 … для число пар полюсов р равным 1, 2, 3 … определяется соотношением
0
Ф
Z = 4рτ
и приведено в таблице 2.
7
Выполнение m -фазной обмотки электрической машины переменного тока четырехзонной (n=4) обеспечивает снижение расхода меди за счет уменьшения средней длины витка и вылета лобовых частей. Так при замене двухзонной обмотки (n=2) обмотки на четырехзонную (n=4) в одном и том же габарите серийного асинхронного электродвигателя при числе пазов магнитопровода равном 24 коэффициент уменьшения объема меди равен 1,38 [Пат. №140530 РФ, МКИ H02K 3/28, 17/14. Трехфазная обмотка электрической машины / Г.А. Шаншуров. Опубл. 00.00.2014, БЮЛ. №00. Приоритет 18.12.13; Заявка №2013156320. - С. 35]. Меньший шаг четырехзонной обмотки по пазам изменяет электрические и магнитные свойства обмотки. Так, уменьшается активное и индуктивное сопротивление фаз, обусловленные лобовыми частями обмоток.
Однако, выполнение четырехзонной обмотки однослойной приводит к увеличению индуктивности дифференциального рассеяния за счет ухудшения формы поля в воздушном зазоре и как следствие к добавочным потерям и магнитному шуму.
σ
Применение цепной однослойной четырехзонной обмотки приводит к изменению распределения катушек полуфаз 1÷6 (фиг. 1÷4) в пазах, изменяя формы поля в воздушном зазоре. Обмотка выполняется более распределенной, уменьшая величину индуктивности дифференциального рассеяния фаз обмотки, величина которой пропорциональна коэффициенту дифференциального рассеяния K, как показано в таблице 3 и 4.
ср
Ф
Цепная однослойной четырехзонная обмотка с шагом у отличным от τ-ширины фазной зоны:
ср
Ф
1
ср
Ф
1
ср
Ф
2
ср
Ф
2
-
у = τ + k, у = τ - k, и у = τ + k, у = τ - k,
ср
в свою очередь приводит к изменению распределения катушек полуфаз 1÷6 (фиг. 1÷3) в пазах, уменьшая индуктивности дифференциального рассеяния. Выполнение цепной однослойной четырехзонной обмотки с шагом у равным
ср
Ф
1
у = τ - k,
а на фигуре 1 равным
ср
Ф
у = τ - 1,
обеспечивает дополнительное снижение расхода меди за счет уменьшения средней длины витка и вылета лобовых частей.
Ф
σ
Ф
Увеличение числа последовательно включенных катушек q цепной однослойной четырехзонной обмотки, уложенных в пазы магнитопровода, в пределах каждой пары фазных зон значительно уменьшает коэффициент дифференциального рассеяния K. Это показано в таблице 3 и 4 при сравнении вариантов с числом пазов магнитопровода Z равным 24 и 36, что соответствует значениям последовательно включенных катушек q равным 2 и 3.
0
Расчет показателей качества (таблицы 3 и 4) выполнен с использование матричного описания цепных однослойных четырехзонных обмоток(фиг. 1b, 2b, 3b, 4b) при числе пар полюсов р = 1, построенных по формулам для числа пазов Z равного 24:
ср
a) цепной однослойной четырехзонной обмотки с шагом у равным 5
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
p0=1
[(А b)(Z х)(Вс)(Х у)(Са)(Y z)],
ср
b) цепной однослойной четырехзонной обмотки с шагом у равным 7
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
р0=1
[(z А)(b Z)(x В)(с Х)(у С)(а Y)],
ср
c) однослойной четырехзонной обмотки с шагом у равным 6 (аналог)
qф=2
q
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
qф=2
р0=1,
(А b Z х В с Х у С а Y z) -
и числа пазов Z равного 36:
ср
d) цепной однослойной четырехзонной обмотки с шагом у равным 9
qф-1=2
qф-2=1
qф-1=2
qф-2=1
qф-1=2
qф-2=1
qф-1=2
qф-2=1
qф-1=2
qф-2=1
qф-1=2
qф-2=1
p0=1
[(с А)(b А)(b С)(х С)(х В)(z В)(z Х)(у Х)(у Z)(a Z)(a Y)(С Y)].
[Шаншуров Г.А. Специальные электрические машины. Оценка качества обмоток машин переменного тока на стадии проектирования: учебное пособие / Г.А. Шаншуров, Т.В. Дружинина, А.Ю. Будникова. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. - 40 с. - Режим доступа: http://elibrary.nstu.ru/source?bib_id=vtls000216627].
0
0
Применение цепных четырехзонных обмоток расширяется при использовании их в многоскоростных двигателях. Изменение числа полюсов 2р на 4р (и наоборот) путем реверса тока в части катушечных групп (фиг. 2, 3с, 4с) реализуется как устройством фаз цепных четырехзонных обмоток, так и включением в структуру обмоток ключей коммутационных аппаратов (фиг. 5÷17).
Фазы однослойной цепной четырехзонной обмотки выполнены из полуфаз, соединенных последовательно или параллельно.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Так полуфазы 1 (A x) и 4 (X a) образуют первую фазу, полуфазы 2 (B y) и 5 (Y b) - вторую фазу, а полуфазы 3 (C z) и 4 (Z c) - третью фазу, образуя трехфазную обмотку.
0
При встречном включении полуфаз начала фаз (фиг. 5, 6, 7) U1 - 7, V1 - 11, W1 - 15 образуют первый вход обмотки с числом полюсов 2р.
0
При согласном включении полуфаз начала фаз (фиг. 8, 9, 10) L1 - 7, L2 - 11, L3 - 15 образуют первый вход обмотки с числом полюсов 4р.
Встречное последовательное включении полуфаз (фиг. 5, 6, 7) 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6 обеспечивается соединением соответственно концов 8, 12, 16 полуфаз 1, 2, 3 с концами 10, 14, 18 полуфаз 4, 5, 6.
Согласное последовательное включении полуфаз (фиг. 8, 9, 10) 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6 обеспечивается соединением соответственно концов 8, 12, 16 полуфаз 1, 2, 3 с началами 9, 13, 17 полуфаз 4, 5, 6.
0
0
Концы 8, 12, 16 полуфаз 1, 2, 3(фиг. 5÷10) образуют второй вход обмотки с числом полюсов 4рL1 - 19, L2 - 20, L3 - 21 при встречном включении полуфаз и второй вход обмотки с числом полюсов 2рU1 - 19, V1 - 20, W1 - 21 при согласном включении полуфаз. При этом фазы цепной трехфазной обмотки присоединены к контактам 22 (фиг. 5÷10) коммутатора.
При последовательном включении полуфаз встречно (фиг. 5, 6, 7) или согласно (фиг. 8, 9, 10) фазы цепной трехфазной обмотки соединяются в звезду Y (фиг. 5, 8), треугольник Δ (фиг. 6, 9) или в звезду с внутренним треугольником Y-Δ (фиг. 7, 10).
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Фазы однослойной цепной четырехзонной обмотки выполненные из полуфаз, соединенных последовательно, где (A X) и (x a) - полуфазы первой фазы и объединенные полуфазы [(B Y), (Z C)] и [(y b), (c z)] - полуфазы второй фазы, образуют двухфазную обмотку(фиг. 11, 12).
q
q
p0
q
q
р0
q
q
p0
q
q
Началом 7 первой полуфазы 1 (A X) и 11 второй полуфазы 2 (B Y) образован первый вход обмотки с одним числом полюсов, второй вход обмотки с другим числом полюсов образован концом 8 полуфаз 1 (A X) для первой фазы и началом 15 полуфазы 3 (y b)p0 для второй фазы (фиг. 11, 12). Концы фаз двухфазной обмотки объединены, образуя нулевой вывод обмотки 0, при этом начало и конец каждой фазы цепной двухфазной обмотки присоединены к контактам коммутатора 22.
0
0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
0
0
Первый вход двухфазной обмотки U1Z1 с числом полюсов 2р ивторой вход двухфазной обмотки U2Z2 с числом полюсов 4р образованы встречным включением полуфаз двухфазной обмотки 1 и 4[(A x), (X a)], 2 и 5, 3 и 6[(B y), (Y b), (C z), (Z c)] между собой (фиг. 11), а при согласном включением полуфаз двухфазной обмотки 1 и 4 [(A x), (X a)], 2 и 5, 3 и 6 [(B y), (Y b), (C z), (Z c)] между собой(фиг. 12) образованы первый вход двухфазной обмотки с числом полюсов 4р и второй вход двухфазной обмотки с числом полюсов 2р.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Реверс тока в части катушечных групп выполним включением в каждую фазуА -1,4, В - 2, 5 и С - 3, 6(фиг. 13а, d)трехфазной однослойной цепной четырехзонной обмоткимоста23, 24, 25 (фиг. 13d) из контактов коммутационного аппарата. В противоположные плечи каждого моста 23, 24, 25 включены по одному нормально открытому (НОК) 28, 29 и нормально закрытому контакту(НЗК) 26, 27, образуя в местах соединения НОК и НЗК полюса диагоналей моста 30÷33 (фиг. 13а). Одна из диагоналей каждого моста 23, 24, 25 одним полюсом 30 соединена с концами 8, 12, 16 соответствующих полуфаз 1 - (A x), 2 - (B y), - 3 (C z) (фиг. 13a, d). В другую диагональ каждого моста 23, 24, 25 к полюсам 32, 33 включены соответственно вторые полуфазы 3 - (X a) - первой фазы, 4 - (Y b) - второй фазы и 5 - (Z c) - третьей фазы своими началами 9, 13, 17 и концами 10, 14, 18 (фиг. 13а, b).
q
q
p0
q
q
p0
q
q
р0
Начала фаз 34÷36 трехфазной обмотки 37÷39 образованы началами 7, 11, 15 соответствующих полуфаз 1 - (A x), 2 - (B y), - 3 (C z) (фиг. 13a, c, d)a концы фаз 40÷42 трехфазной обмотки 34÷36 полюсом моста 31 (фиг. 13а, d).
0
0
Число полюсов 2р трехфазной обмотки образовано одним состоянием НОК 28, 29 и НЗК 26, 27 коммутационного аппарата (выключен, включен), а число полюсов 4р - другим состоянием контактов НОК 28, 29и НЗК 26, 27 (включен, выключен). Фазы трехфазной обмотки 34÷36 своими началами 37÷39 и концами 40÷42 соединены по схеме звезда (фиг. 14а) или треугольник (фиг. 14b).
0
0
В трехфазной обмотке мосты из контактов 26÷29 коммутационного аппарата(фиг. 14а)выполнены открытыми со стороны концов 40÷42 каждой фазы, образуя два выхода каждой фазы 43÷45 - первый выход и 46÷48 -второй выход (фиг. 15). Первый и второй выходы фаз обмотки могут быть соединены по схеме звезда/звезда, треугольник/звезда (фиг. 15с) или треугольник/треугольник (не показано). Первый выход 43÷45 обеспечивает получение одного числа полюсов 2р при одном состоянии НОК и НЗК коммутационного аппарата, второй выход 46÷48 обеспечивает получение другого числа полюсов 4р при другом состоянии НОК и НЗК коммутационного аппарата(фиг. 15).
0
0
В трехфазной обмотке при соединении фаз в звезду (фиг. 16) первого 43÷45 и второго 46÷48 выходов контакты коммутационного аппарата 23÷25 (фиг. 13) НОК и НЗК включены в плечи образующих конец фаз 43, 46 и 45, 48 только двух мостов 23 и 25, что достаточно для получения одного из чисел полюсов 2р или 4р.
0
0
0
0
В трехфазной обмотке (фиг. 17) при соединении фаз при одном из чисел полюсов (2р или 4р) в треугольник, а при другом числе полюсов (4р или 2р) в звезду НОК или НЗК включены в плечи образующих конец фаз только двух мостов, а НОК или НЗК включены в плечо образующего конец фазы третьего моста для соединения в треугольник.
Применение цепных однослойных четырехзонных на фазу обмоток улучшает форму поля в воздушном зазоре (табл. 4). Как видно из расчетов:
Ф
Ф
Ф
((Kστ-Kσ (τ-1))/Kστ)⋅100% =
= ((0,0334-0,018)/0,0334)⋅100% = 46,1%,
Ф
Ф
Ф
((Kστ-Kσ (τ +1))/Kστ)⋅100% =
= ((0,0334-0,0094)/0,0334)⋅100% = 71,86%, -
ср
ср
при числе пазов магнитопровода Z равном 24 коэффициент дифференциального рассеяния Kσ снижается при шаге цепной обмотки у, равным 5 на 46,1%, при шаге цепной обмотки у, равным 7 на 71,86%.
ср
Ф
При числе пазов магнитопровода Z равном 36 коэффициент дифференциального рассеяния Kσ снижается при шаге цепной обмотки у, равным 9 и 12 до величины 0,003. Снижение происходит также за счет увеличения ширины фазной зоны τ с 6 при Z равном 24 до 9 при Z равном 36.
При выполнении цепных однослойных четырехзонных обмоток укорочение шага обмотки приводит к дальнейшему снижение расхода меди, а также к сопутствующим эффектам: дополнительному снижению индуктивного сопротивления лобового рассеяния и активного сопротивления фаз обмотки, снижению шума и вибрации в электрических машинах.
Кроме того, расширяется области применения четырехзонных на фазу обмоток в многоскоростных электродвигателях за счет увеличения возможных сочетаний схем двухскоростных трехфазных электродвигателей: звезда, двойная звезда, треугольник, звезда с внутренним треугольником, обеспечивая различные сочетания мощностей и частот вращения электрических машин.
Расширяется области применения и возможностью включения двухскоростных электродвигателей с четырехзонной на фазу обмоткой на однофазную сеть. При этом двухфазная цепная четырехзонная на фазу обмотка сохраняет положительные качества трехфазного исполнения аналогичной 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.