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.
0
7
Известны обмотки электрической машины переменного тока, которая выполнена двухфазной на основе двенадцати зонной трехфазной обмотки с числом фазных зон N=4 на фазу и с числом пар полюсов р в Z пазах магнитопровода [Пат. №147774 РФ, МКИ Н02К 3/28. Обмотка электрической машины / Г.А. Шаншуров. Опубл. 20.11.2014.2014. Приоритет 11.06.2014; Заявка №2014124051].
1
2
2
1
1
0
Эта обмотка электрической машины переменного тока состоит из двух не равных фазных зон на полюс. Так число катушек каждой фазы на полюс равно Q и Q, где Q / Q=2. Число катушек q=Q катушечных групп, число пар полюсов р и число пазов Z магнитопровода связаны соотношением
0
Z=Npq,
при котором числовой ряд пазов Z под обмотку кратно N=12: 12, 24, 36, 48, 60, 72. Лучшее использование электрической машины может быть получено при включении на однофазную сеть двухфазной обмотки.
0
0
7
Известны обмотки электрической машины переменного тока, которая выполнена двухфазной двухслойной в Z пазах магнитопровода (m=2) с числом пар полюсов р, содержит N фазных зон в каждой фазе на паре полюсов p [Пат. №2580673 РФ, МКИ Н02К 3/28, 17/06, 17/14. Обмотка электрической машины переменного тока, Г.А. Шаншуров. Опубл. 10.04.2016. Приоритет 05.03.2015; Заявка №2015107818].
Число пазов Z магнитопровода определено соотношением
0
Z=Nmpq,
при этом обеспечивается равенство фазных зон обеих фаз на полюс и другой числовой ряд пазов Z под обмотку, при котором число пазов Z кратно N=8: 8, 16, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 72. При этом обеспечивается равенство фазных зон обеих фаз на полюс и новые соотношения чисел полюсов обмотки с изменяемым числом полюсов, что расширяет возможные исполнения двухскоростных электрических машин.
Недостатками обмотки являются двухслойное исполнение и шаг по пазам равный ширине фазной зоны не предусматривающий уменьшение высших гармоник создаваемого магнитного поля.
Эта обмотка наиболее близка к предлагаемому изобретению и является прототипом.
Задачей (технический результат) изобретения является снижение затрат на изготовление обмотки и повышению эксплуатационных характеристик, а также расширение области применения четырехзонных на фазу обмоток в многоскоростных электродвигателях.
0
ф
Поставленная задача достигается тем, что обмотка электрической машины переменного тока, выполненная четырехзонной в Z пазах магнитопровода двухфазной (m=2) с числом пар полюсов р, содержит 2N фазных зон равное восьми в каждой фазе на паре полюсов. Ширина фазной зоны τ равна
ф
0
τ=Z / (Np),
а в каждой паре фазных зон расположена катушечная группа, состоящая из последовательно включенных катушек. Число пазов Z магнитопровода, определенное соотношением
0
ф
Z=Nmpq,
a
qk
ф
где q - число пазов на фазу и фазную зону, содержит основную часть четырехзонной обмотки и дополнительную часть четырехзонной обмотки. Число qкатушек катушечных групп которых уложены в q пазах магнитопровода, образуя структуру с распределением сторон катушек в пазах по закону
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qi
qi
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
k
0
k
на пару полюсов, где "А, Х и х, а", "В, Y и у, b" - фазные зоны основной части обмотки. При этом (AX) и (xa) - катушечные группы, образующие полуфазы первой фазы основной части обмотки и (BY), и (yb) - катушечные группы, образующие полуфазы второй фазы основной части обмотки, а "С, Z и z, с", "D, Н и h, d" - фазные зоны дополнительной части обмотки. При этом (CZ) и (zc) - катушечные группы, образующие полуфазы первой фазы дополнительной части обмотки и (DH) и (hd) - катушечные группы, образующие полуфазы второй фазы дополнительной части обмотки. При этом индекс "q" - это число катушечных сторон размещенных в соответствующей фазной зоне и индекс "р" - это число повторяющихся структур, определяющих число пар полюсов обмотки. Каждая катушечная группа снабжена выводами начал и концов для возможности создания полуфаз обмотки. Четырехзонная обмотка основной и дополнительной частей выполнена цепной однослойной, у которой левые стороны катушек расположены в нечетных пазах, а правые стороны катушек расположены в четных пазах. При этом число q последовательно включенных катушек в пределах каждой фазной зоны равно
k
ф
q=q/2,
ф
где q - число пазов на фазу и фазную зону равно целому числу натурального ряда
ф
0
q=Z/(Nmp),
и выполнено с шагом
сp
ф
1
y=τ±k,
1
ф
где k равно целому числу из натурального ряда 1, 2… τ - 1.
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп частей фаз основной и дополнительной обмоток. 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 первой полуфазы, а другим полюсом образован конец фазы. В другую диагональ каждого моста включена соответственно вторая полуфаза. Состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) определено число полюсов равное 2Kр, где K принимает значения числа натурального ряда 1, 2, 3. При этом полуфазы каждой фазы включены последовательно.
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qki
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп частей фаз основной и дополнительной обмоток. Так катушечные группы (AX) и (CZ) включены последовательно согласно, образуя первую полуфазу первой фазы обмотки. И катушечные группы (xa) и (zc) включены последовательно согласно, образуя вторую полуфазу первой фазы обмотки. А катушечные группы (BY) и (hd) включены последовательно встречно, образуя первую полуфазу второй фазы обмотки. И катушечные группы (DH) и (yb)включены последовательно встречно, образуя вторую полуфазу второй фазы обмотки, где вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста соответствующей фазы. При этом одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) образовано число полюсов 2Кр кратное двум, где K равно единице, а число полюсов при K равном двум - другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), обеспечивая в обоих случаях одинаковое чередование фаз обмотки.
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qkqk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп частей фаз основной и дополнительной обмоток. Так катушечные группы (AX) и (zc) включены последовательно встречно, образуя первую полуфазу первой фазы обмотки. И катушечные группы (CZ) и (xa) включены последовательно встречно, образуя вторую полуфазу первой фазы обмотки. А катушечные группы (BY) и (DH) включены последовательно согласно, образуя первую полуфазу второй фазы обмотки. И катушечные группы (by) и (hd) включены последовательно согласно образуя вторую полуфазу второй фазы обмотки, где вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста соответствующей фазы. При этом одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) образовано число полюсов 2Кр кратное двум, где K равно единице, а число полюсов при K равном двум - другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), меняя чередование фаз обмотки.
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп основной и дополнительной частей фаз обмоток. Так первая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(AX), (ax)*, включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(CZ), (cz)*, включенными последовательно встречно. И первая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(BY), (by)*, включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(DH), (dh)*, включенными последовательно встречно, где вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста соответствующей фазы. При этом одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) образовано число полюсов 2Кр кратное двум, где равно единице, а число полюсов, где K равно трем - другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), обеспечивая разное чередование фаз обмотки.
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп основной и дополнительной частей фаз обмоток. Так первая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(CZ), (cZ)*, включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(AX), (ax)*, включенными последовательно встречно. И первая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(BY), (by)*, включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(DH), (dh)*, включенными последовательно встречно, где вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста соответствующей фазы. При этом одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) образовано число полюсов 2Kр кратное двум, где K равно единице, а число полюсов, где K равно трем - другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), обеспечивая одинаковое чередование фаз обмотки.
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп основной и дополнительной частей фаз обмоток. Так первая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(AX), (ax)*, включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(CZ), (cz)*, включенными последовательно встречно. И первая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(DH), (dh)*,включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(BY), (by)*, включенными последовательно встречно, где вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста соответствующей фазы. При этом одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) образовано число полюсов 2Kр кратное двум, где K равно единице, а число полюсов, где K равно трем - другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), обеспечивая одинаковое чередование фаз обмотки.
qk
qk
p0
qk
qk
po
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп основной и дополнительной частей фаз обмоток. Так первая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(AX), *(zc), включенными последовательно согласно. И вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(CZ), *(xa), включенными последовательно согласно. А первая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(BY), (DH)*, включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(yb), (dh)*, включенными последовательно встречно, где вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста соответствующей фазы. При этом одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) образовано число полюсов 2Kр кратное двум, где K равно двум, а число полюсов, где K равно трем - другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), обеспечивая разное чередование фаз обмотки.
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
qk
qk
p0
0
Поставленная задача также достигается тем, что фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп основной и дополнительной частей фаз обмоток. Так первая полуфаза первой фазы образована катушечными группами *(AX), (ZC)*, включенными последовательно встречно. И вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами,*(xa), (cz)*, включенными последовательно встречно. А первая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(BY), *(hd), включенными последовательно согласно. И вторая полуфаза второй фазы образована катушечными группами *(DH), *(yb), включенными последовательно согласно, где вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста соответствующей фазы. При этом одним состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) образовано число полюсов 2Кр кратное двум, где K равно двум, а число полюсов, где K равно трем -другим состоянием контактов НОК и НЗК (включен, выключен), обеспечивая одинаковое чередование фаз обмотки
0
0
На фиг. 1 изображены структура, матрица и схема восьми зонной на фазу и полюс двухфазной однослойной цепной обмотки; на фиг. 2 изображена схема полюсно переключаемой обмотки (ППО) 1:2 без изменения чередования фаз на базе четырехзонной однослойной цепной обмотки с числом полюсов 2р и последовательном соединении полуфаз при обоих числах полюсов, а на фиг. 3 - схема ППО 1:2 с изменением чередования фаз на базе четырехзонной однослойной цепной обмотки с числом полюсов 2р и последовательном соединении полуфаз при обоих числах полюсов; на фиг. 4 изображена схема (ППО) с числом пар полюсов 1:3 с разным чередование фаз обмотки на базе четырехзонной однослойной цепной обмотки; на фиг. 5 и 6 - схема ППО с числом пар полюсов 1:3 с одинаковым чередование фаз обмотки на базе четырехзонной однослойной цепной обмотки; на фиг. 7 изображена схема (ППО) с числом пар полюсов 2:3 с разным чередование фаз обмотки на базе четырехзонной однослойной цепной обмотки; на фиг. 8 - схема (ППО) с числом пар полюсов 2:3 с одинаковым чередование фаз обмотки на базе четырехзонной однослойной цепной обмотки.
0
Обмотка электрической машины переменного тока выполнена двухфазной (фиг. 1÷8) цепной четырехзонной в Z пазах магнитопровода с числом пар полюсов р. В каждой фазе на паре полюсов (фиг. 1а и b) содержит 2N фазных зон равное восьми. При этом число Z пазов магнитопровода связано соотношением
0
ф
Z=Nmpq,
ф
ф
где q - число пазов на фазу и фазную зону равно целому числу натурального ряда (табл. 1). Ширина фазной зоны τ равна
ф
0
τ=Z / (Np).
к
ф
В каждой паре фазных зон (ФЗ) расположена катушечная группа (табл. 1), состоящая из последовательно включенных катушек. Число q катушек катушечных групп уложены в рядом расположенных фазных зонах τ образуют структуру с распределением сторон катушек в пазах на пару полюсов по закону (табл. 1).
Обмотка содержит основную и дополнительную части четырехзонной обмотки. В каждой паре фазных зон (ФЗ):
- "А, X и х, а", "С, Z и z, с" - фазные зоны первой фазы обмотки,
- "В, Y и у, b", "D, Н и h, d" - фазные зоны второй фазы обмотки,
p0
p0
p0
p0
p0
p0
p0
p0
расположена катушечная группа. При этом катушечные группы: 1 - (AqkXqk), 2 - (хqkaqk) основной части, 3 - (CqkZqk), 4 - (zqkсqk)дополнительной части обмотки первой фазы (фиг. 1а) и 5 - (BqkYqk), 6 - (yqkbqk) основной части, 7 - (DqkHqk), 8 - (hqkdqk) дополнительной части обмотки второй фазы (фиг. 1b), образуют полуфазы.
k
0
Индекс "q" - это число катушечных сторон размещенных в соответствующей фазной зоне и индекс "р" - это число повторяющихся структур, определяющих число пар полюсов обмотки. Каждая катушечная группа снабжена выводами 9 (фиг. 1а и b) начал и концов для возможности создания полуфаз обмотки.
k
Цепную однослойную четырехзонную обмотку отличает конструктивное размещение катушек катушечных групп в пазах магнитопровода. Левые стороны катушек катушечных групп 1÷8 основной и дополнительной части обмотки (фиг. 1) укладывают в нечетных пазах, а правые стороны - расположены в четных пазах. Число q последовательно включенных катушек в пределах каждой фазной зоны равно
k
ф
q=q /2,
ф
где q - число пазов на фазу и фазную зону равно целому числу натурального ряда
ф
0
q=Z / (Nmp).
Варианты двухфазных цепных однослойных восьми зонных обмоток до числа пазов магнитопровода равного 64 представлены в таблице 2.
ф
к
ф
При четном числе q, пазов на фазу и фазную зону число q последовательно включенных катушек в пределах каждой фазной зоны равно целому числу (табл. 1 и 2). При нечетном числе q пазов на фазу и фазную зону число катушек в пределах каждой фазной зоны равно в одной части обмотки
к1
ф
q=(q/2) - 0,5
и в другой части обмотки (табл. 3)
к2
ф
q=(q /2)+0,5.
ф
При нечетном числе q пазов на фазу и фазную зону катушки катушечных групп образуют структуру с распределением сторон катушек в пазах на пару полюсов по закону, представленному в таблице 3.
ср
Шаг двухфазной цепной однослойной восьми зонной обмотки по пазам магнитопровода у равен
ср
Ф
у=τ±d,
Ф
где d - это целое число из натурального ряда 1, 2… τ - 1. При этом обмотка может быть выполнена как концентрической, так и равно секционной.
Выполнение двухфазной однослойной 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 двух зонной обмотки (N=2) обмотки на четырехзонную (N=4) в одном и том же габарите серийного асинхронного электродвигателя уменьшение объема меди примерно равно 30%. Меньший шаг четырехзонной обмотки по пазам изменяет электрические и магнитные свойства обмотки. Так, уменьшается активное и индуктивное сопротивление фаз, обусловленные лобовыми частями обмоток.
0
Расчет показателей качества вариантов (табл. 2) выполнен с использование матричного описания цепных однослойных четырехзонных обмоток при числе полюсов 2р.
ф
Вариант 1. Число пазов Z равно 24. Для нечетного числа пазов на фазу и фазную зону q=3 (табл. 2) число катушек в пределах каждой фазной зоны равно в одной части (основной) обмотки
к1
ф
q=(q/2) - 0,5=1
и в другой части (дополнительной) обмотки (табл. 3)
к2
ф
q=(q/2)+0,5=2.
Распределение сторон катушек полуфаз 1÷8 (фиг. 1) в пазах соответствует (табл. 4) закону
ср
Ф
Структурно-числовая матрица обмотки (табл.5) при у=τ-1=5 имеет вид
ср
Ф
Структурно-числовая матрица обмотки (табл. 6) при у=τ+1=7 имеет вид
ф
Вариант 2. Число пазов Z равно 32. Для четного числа пазов на фазу и фазную зону q=4 (табл. 2) число катушек обмотки в пределах каждой фазной зоны равно
к1
ф
q=q /2=2.
ср
Ф
Структурно-числовая матрица обмотки (табл. 7) при у=τ-1=7 имеет вид
ср
Ф
Структурно-числовая матрица обмотки (табл. 8) при у=τ+1=9 имеет вид
ф
Вариант 3. Число пазов Z равно 48. Для четного числа пазов на фазу и фазную зону q=6 (табл. 2) число катушек обмотки в пределах каждой фазной зоны равно
к1
ф
q=q/2=3.
ср
Ф
Структурно-числовая матрица цепной однослойной четырехзонной обмотки (табл. 9) при у=τ-1=11 имеет вид
ср
Ф
Структурно-числовая матрица цепной однослойной четырехзонной обмотки (табл. 10) при у=τ+1=13 имеет вид
0
Результаты расчета показателей качества вариантов цепных однослойных четырехзонных обмоток при числе пар полюсов р=1 представлены в таблице 11.
ср
Ф
Цепная однослойной четырехзонная обмотка с шагом у отличным от τ- ширины фазной зоны:
ср
Ф
у=τ±d, -
д
приводит к изменению распределения катушек 1÷8 полуфаз (фиг. 1) в пазах (табл. 5-10), изменяя формы поля в воздушном зазоре. Обмотка выполняется более распределенной, уменьшая величину индуктивности дифференциального рассеяния фаз обмотки, величина которой пропорциональна коэффициенту дифференциального рассеяния К (табл. 11)
ср
Выполнение цепной однослойной четырехзонной обмотки с шагом уравным
ср
Ф
у=τ-d,
а на (табл. 5, 7, 9) равным
ср
Ф
у=τ-1,
обеспечивает дополнительное снижение расхода меди за счет уменьшения средней длины витка и вылета лобовых частей.
к
д
Увеличение числа последовательно включенных катушек q цепной однослойной четырехзонной обмотки, уложенных в пазы магнитопровода, в пределах каждой пары фазных зон также уменьшает коэффициент дифференциального рассеяния К(табл. 11).
Для выполнения анализа конструктивных исполнений цепных однослойных четырехзонных обмоток на работоспособность используем ряд компонент матричной модели обмоток переменного тока [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]:
- ЭДС обмотки
где  - это матрица исследуемой обмотки (фиг. 1),
пpv
E - величина индуктируемой ЭДС проводника от v-той гармоники поля;
- обмоточные коэффициенты для v-тых гармоник
где  матрица m -ной строки матицы обмотки ,
mi
|a| - сумма чисел элементов строки (фазы) матрицы обмотки по модулю.
Для анализа обмотки составляется столбцовая матрица звезды пазовых э.д.с . Элементы столбцовой матрицы определяются выражением:
i
0
0
где v - номер гармонической составляющей э.д.с. (н. с), Z - номер паза от 1 до Z, a  Угол сдвига пазов α для обмоток, не создающих субгармоник магнитного поля, равен
Для аналитических расчетов, используя формулу Эйлера
следует перейти от выражения в матричной форме к алгебраическим выражениям:
Обмоточный коэффициент для каждой из гармоник ЭДС (НС) определится соотношением:
Матричный анализ обмотки (фиг. 1) показывает работоспособность цепных однослойных четырехзонных обмоток (табл. 11):
наличие сдвига осей фаз обмотки в пространстве на 90 эл. градусов обеспечивает максимальное использование обмотки;
об1
и
высокий обмоточный коэффициент рабочей (первой) гармоники магнитного поля К и высокий коэффициент использования К;
ср
Ф
обмотка выполняется с шагом γ=τ±d однослойной, заполняя весь объем паза.
Применение цепных четырехзонных обмоток расширяется при использовании их в многоскоростных двигателях. Изменение числа полюсов путем реверса тока в части катушечных групп реализуется как устройством фаз цепных четырехзонных обмоток, так и включением в структуру обмоток ключей коммутационных аппаратов (фиг. 2÷8). Фазы однослойной обмотки образованы из катушечных групп частей фаз основной и дополнительной обмоток 1÷8. Каждая катушечная группа 1÷8 (фиг. 1÷8) снабжена выводами начал и концов 9 для возможности создания полуфаз обмотки. Каждая фаза двухфазной обмотки (фиг. 2÷8) имеет начало 10, 11 и конец 12, 13.
В каждую фазу двухфазной обмотки (фиг. 2÷ 8) включен мост 14, 15 из контактов коммутационного аппарата. В противоположные плечи каждого моста 14, 15 включены по одному нормально открытому (НОК) и нормально закрытому (НЗК) контакту, образуя в местах соединения НОК и НЗК полюса диагоналей моста. Одна из диагоналей каждого моста 14, 15 одним полюсом соединена с концом первой полуфазы каждой фазы (фиг. 2÷6), а другим полюсом образован конец фазы 12, 13 каждой фазы. В другую диагональ каждого моста 14, 15 включена соответственно вторая полуфаза каждой фазы.
0
Состоянием НОК и НЗК коммутационного аппарата (выключен, включен) определено число полюсов равное 2Кр, где K принимает значения числа натурального ряда 1, 2, 3. При этом полуфазы каждой фазы включены последовательно.
Обмотка электрической машины переменного тока с изменяющимся числом полюсов в отношении один к двум (1:2) с одинаковое чередованием фаз (фиг. 2) и с разным чередованием фаз (фиг. 3) строится на основе восьми зонной на фазу и пару полюсов четырехзонной двухфазной цепной обмотки электрической машины переменного тока.
q
q
p
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
р0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
р0
Первое достигается тем, что у обмотки электрической машины переменного тока первая полуфаза первой фазы 10-12 образована катушечными группами 1 - (AX)o и 5 - (CZ), включенными последовательно согласно, и вторая полуфаза первой 10-12 фазы образована катушечными группами 2 - (xa) и 6 - (zc), включенными последовательно согласно. Первая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 3 - (BY) и 8 - (hd) включенными последовательно встречно и вторая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 7 - (DH) и 4 - (уb) включены последовательно встречно.
0
0
Вторые полуфазы фаз 2, 6 и 7, 4 включены в диагональ каждого моста 14, 15 соответствующей фазы 10-12 и 11-15. При открытых контактах НОК и замкнутых НЗК коммутационного аппарата образовано число полюсов 2K р кратное двум, где K равно единице, (табл. 4). Число полюсов кратное четырем: 4р, где K равно двум, - другим состоянием контактов НОК и НЗК, обеспечивая с одинаковое чередование фаз обмотки (табл. 12).
Обмотка с разным чередованием фаз (фиг. 3) строится из катушечных группы фаз основной 1, 2, 5, 6 и дополнительной 3, 4, 7, 8 обмоток.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Где 1 - (AX) и 6 - (zc) включены последовательно встречно, образуя первую полуфазу первой фазы обмотки, и катушечные группы 2 - (xa) и 5 - (CZ) включены последовательно встречно, образуя вторую полуфазу первой фазы обмотки, а катушечные группы 3 - (BY) и 7 - (DH) включены последовательно согласно, образуя первую полуфазу второй фазы обмотки, и катушечные группы 4 - (yb) и 8 - (hd) включены последовательно согласно, образуя вторую полуфазу второй фазы обмотки.
0
0
Вторые полуфазы фаз 2, 5 и 4, 8 включены в диагональ каждого моста 14, 15 соответствующей фазы 10-12 и 11-15. При открытых контактах НОК и замкнутых НЗК коммутационного аппарата образовано число полюсов 2K ркратное двум, где K равно единице (табл. 4). Число полюсов кратное четырем: 4р, где K равно двум - другим состоянием контактов НОК и НЗК, обеспечивая с разное чередование фаз обмотки (табл. 13).
Обмотка электрической машины переменного тока с изменяющимся числом полюсов в отношении один к трем (1:3) с разным чередованием фаз (фиг. 4) и с одинаковым чередованием фаз (фиг. 5, 6) строится на основе восьми зонной на фазу и пару полюсов двухфазной обмотки электрической машины переменного тока.
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Первое достигается тем (фиг. 4), что первая полуфаза первой фазы 10-12 образована катушечными группами l-*(AX), 2 - (ax)*, включенными встречно. И вторая полуфаза первой фазы 10-12 образована катушечными группами 3 - *(CZ), 4 - (CZ)*, включенными встречно. Первая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 5 - *(BY), 6 - (by)*, включенными встречно, и вторая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 7 - *(DH), 8 - (dh)*, включенными встречно.
0
Вторые полуфазы 3, 4 и 7, 8 фаз включены в диагональ соответственно мостов 14 и 15. При открытых контактах НОК и замкнутых НЗК коммутационного аппарата образовано число полюсов 2К р кратное двум, где K равно единице (табл. 3).
0
Число полюсов кратное шести: 6р - другим состоянием контактов НОК и НЗК (табл. 14), обеспечивая разное чередование фаз обмотки.
Обмотка электрической машины переменного тока с изменяющимся числом полюсов в отношении один к трем (1:3) с одинаковым чередованием фаз строится на основе восьми зонной на фазу и пару полюсов двухфазной обмотки электрической машины переменного тока двух вариантов (фиг. 5÷6).
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
p0
q
q
p0
Первый вариант (фиг. 5) достигается тем, что у обмотки электрической машины переменного тока первая полуфаза первой фазы 10-12 образована катушечными группами 3 - *(CZ), 4 - (cz)*, включенными встречно. И вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами 1 - *(AX), 2 - (a x)*, включенными встречно. Первая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 5 - *(BY), 6 - (by)*, включенными встречно, и вторая полуфаза второй 11-13 фазы образована катушечными группами 7 - *(DHq), 8 - (dh)*, включенными встречно.
0
Вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста 14, 15 соответствующей фазы. При открытых контактах НОК и замкнутых НЗК коммутационного аппарата образовано число полюсов 2K р кратное двум, где K равно единице (табл. 4).
0
Число полюсов кратное шести: 6р - другим состоянием контактов НОК и НЗК, обеспечивая одинаковое чередование фаз обмотки (табл. 15).
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
Второй вариант (фиг. 6) достигается тем, что у обмотки электрической машины переменного тока первая полуфаза первой фазы 10-12 образована катушечными группами 1 - *(AX), 2 - (ax)*, включенными встречно. И вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами 3 - *(CZ), 4 - (cz)*, включенными встречно. Первая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 7 - *(DH), 8 - (dh)*, включенными встречно, и вторая полуфаза второй фазы образована катушечными группами 5 - *(BY), 6 - (by)*, включенными встречно.
0
Вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста 14, 15 соответствующей фазы. При открытых контактах НОК и замкнутых НЗК коммутационного аппарата образовано число полюсов 2К р кратное двум, где K равно единице (табл. 3).
0
Число полюсов кратное шести: 6р - другим состоянием контактов НОК и НЗК, обеспечивая одинаковое чередование фаз обмотки (табл. 16).
Обмотка электрической машины переменного тока с изменяющимся числом полюсов в отношении два к трем (2:3) с разным чередованием фаз (фиг. 7) и с одинаковым чередованием фаз (фиг. 8) строится на основе восьми зонной на фазу и пару полюсов двухфазной обмотки электрической машины переменного тока.
q
q
p0;
q
q
p0;
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0
q
q
p0;
q
q
р0;
q
q
p0;
Первое достигается тем, что у обмотки электрической машины переменного тока первая полуфаза первой фазы 10-12 образована катушечными группами 1 - *(AX) 4 - *(zc) включенными согласно, и вторая полуфаза первой 10-12 фазы образована катушечными группами 3 - *(CZ), 2 - *(xa), включенными согласно. Первая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 5 - *(BY), 7 - (DH)* включенными встречно, и вторая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 6 -*(уb)* 8 - (dh)* включенными встречно.
0
Вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста 14, 15 соответствующей фазы 10-12 и 11-15. При открытых контактах НОК и замкнутых НЗК коммутационного аппарата образовано число полюсов 2K р кратное четырем, где K равно двум (табл. 17).
0
Число полюсов кратное шести: 6р - другим состоянием контактов НОК и НЗК, обеспечивая разное чередование фаз обмотки (табл. 14).
q
q
p0
q
q
p0
q
q
р0
q
q
p0;
q
q
p0
q
q
р0
q
q
p0
q
q
р0
Второе (фиг. 6) достигается тем, что у обмотки электрической машины переменного тока первая полуфаза первой фазы 10-12 образована катушечными группами 1 - *(AX), 3 - (ZC)*, включенными встречно, и вторая полуфаза первой фазы образована катушечными группами 2 - * (xa), 4 - (cz)* включенными встречно. Первая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 5 - *(BY), 8 - *(hd) , включенными согласно, и вторая полуфаза второй фазы 11-13 образована катушечными группами 7 - *(DH), 6 - *(уb), включенными согласно.
0
Вторые полуфазы фаз включены в диагональ каждого моста 14, 15 соответствующей фазы 10-12 и 11-15. При открытых контактах НОК и замкнутых НЗК коммутационного аппарата образовано число полюсов 2К ркратное четырем, где K равно двум (табл. 18).
0
Число полюсов кратное шести: 6р - другим состоянием контактов НОК и НЗК, обеспечивая одинаковое чередование фаз обмотки (табл. 14).
0
Результаты матричного анализа (фиг. 2, 3, 7, 8) в режиме работы при числе полюсов 4р показывают работоспособность однослойных четырехзонных ППО обмоток (табл. 19, 20):
ф
наличие сдвига осей фаз обмотки в пространстве, при q целом числе натурального ряда (табл. 2) сдвиг осей фаз обмотки в пространстве составляет 90 электрических градусов, обеспечивая максимальное использование обмотки;
oб1
и
высокий обмоточный коэффициент рабочей (первой) гармоники магнитного поля К и высокий коэффициент использования К;
ср
Ф
обмотка выполняется с шагом у=τ±d однослойной, заполняя весь объем паза.
0
Результаты матричного анализа (фиг. 4÷8) в режиме работы при числе полюсов бр показывают работоспособность однослойных четырехзонных ППО обмоток (табл. 19, 21):
сдвиг осей фаз обмотки в пространстве составляет 90 электрических градусов, обеспечивая максимальное использование обмотки;
ср
ф
обмотка выполняется с шагом у=τ±d однослойной, заполняя весь объем паза;
и
ср
ф
величина обмоточного коэффициента рабочей гармоники магнитного поля обеспечивающая высокий коэффициент использования К имеет место при укороченном шаге обмотки у=τ - d;
0
3
0
• кроме высших гармоник магнитного поля обмотка с числом полюсов кратным 6р (см. Р* - табл. 21) генерирует обратно вращающуюся субгармонику кратную 2р, что снижает коэффициент использования обмотки.
Применением цепных четырехзонных обмоток расширяется их использование в много скоростных двигателях (табл. 4÷8), обеспечивается изменение числа полюсов с соотношениями 1: 2, 1: 3,2: 3 (табл. 11, 19, 20, 21).
Выполнение цепных однослойных четырехзонных обмоток с укорочением шага обмотки
ср
Ф
у=τ±d<τ,
где τ полюсное деление двух зонной обмотки, приводит к упрощению изготовления и снижению расхода меди, что уменьшает затраты на изготовление обмотки. Применение цепных четырехзонных обмоток сопровождается сопутствующими эффектами: дополнительному снижению индуктивного сопротивления лобового, дифференциального рассеяния и активного сопротивления фаз обмотки, снижением шума и вибрации в электрических машинах [Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. - Л.: Энергоиздат, 1989. - С. 62÷66.], - улучшая эксплуатационные характеристики электрических машин.
Расширяется области применения и возможностью включения двухскоростных электродвигателей с четырехзонной на фазу обмоткой на однофазную сеть значения [Шаншуров Г.А. Матричная модель однофазного асинхронного двигателя // Электротехника. 2007. №9. С 22-27]. 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.