ДВУХПОЛЮСНАЯ ОБМОТКА АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ
BIPOLAR WINDING OF ASYNCHRONOUS MACHINE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных двухполюсных двигателях для повышения пускового момента, а также в асинхронных генераторах с конденсаторным возбуждением автономных электростанций.
Известна двухполюсная обмотка асинхронной машины из 12 катушечных групп с выводами от объединенных начала 1 и конца 6 катушечных групп, от объединенных начала 5 и конца 10 катушечных групп, от объединенных начала 9 и конца 2 катушечных групп, от объединенных начала 4 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 8 и конца 7 катушечных групп, от объединенных начала 12 и конца 11 катушечных групп, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 8 катушечной группы, конец 5 - с концом 11, конец 9 - с концом 4, начало 2 - с началом 7, начало 3 с началом 10, начало 6 - с началом 11 катушечной группы (патент RU 2263385, БИ №30, 2005).
Недостаток известной обмотки в том, что большое соотношение обмоточных коэффициентов относительно вершин и середин треугольника исключает включение ее разными выводами в сеть того же напряжения, а в генераторном режиме создаются разные по величине напряжения.
Известна двухполюсная обмотка асинхронной машины из 12 катушечных групп с выводами от объединенных начала 4 и конца 3 катушечных групп, от объединенных начала 8 и конца 7 катушечных групп, от объединенных начала 12 и конца 11 катушечных групп, от объединенных начала 2 и конца 5 катушечных групп, от объединенных начала 6 и конца 9 катушечных групп, от объединенных начала 10 и конца 1 катушечных групп, при этом начало 1 катушечной группы соединено с начало 7 катушечной группы, начало 5 - с началом 11, начало 9 - с началом 3 катушечной группы (патент RU 2316104, БИ №3, 2008 - взятый авторами за прототип).
Недостаток известной обмотки в том, что при включении в сеть как выводами от вершин треугольника, так и выводами от середин треугольника пусковой момент асинхронного двигателя остается практически неизменным, а в генераторном режиме создаются разные по величине напряжения.
Техническим решением изобретения является расширение функциональных возможностей обмотки, при работе асинхронной машины в двигательном и генераторном режимах работы.
Решение указанной задачи достигается тем, что в двухполюсной обмотке асинхронной машины из 12 катушечных групп соответствующие выводы соединены с питающей сетью 22 и взяты от начала 1 катушечной группы - вывод 13, от начала 5 катушечной группы - вывод 15, от начала 9 катушечной группы - вывод 17, от объединенных начал 2, 7, 12 катушечных групп - вывод 14, от объединенных начал 4, 6, 11 катушечных групп - вывод 16, от объединенных начал 3, 8, 10 катушечных групп - вывод 18, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 7 катушечной группы, конец 2 - с концом 8, конец 5 - с концом 11, конец 6 - с концом 12, конец 9 - с концом 3, конец 10 - с концом 4 катушечной группы, а конденсаторы возбуждения 19, 20, 21 соединены с выводами 13, 15, 17.
Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что двухслойная обмотка асинхронной машины состоит из 12 катушечных групп, концы и начала которых соединены определенным образом и имеют выводы 13, 15, 17, образованные из начал 1, 5, 9 катушечных групп, вывод 14 образован от объединенных начал 2, 7, 12 катушечных групп, вывод 16 образован от объединенных начал 4, 6, 11 катушечных групп, вывод 18 образован от объединенных начал 3, 8, 10 катушечных групп, а конденсаторы возбуждения 19, 20, 21 соединены с выводами 13, 15, 17, при этом обеспечивается расширение эксплуатационных характеристик асинхронной машины в двигательном и генераторном режимах за счет уменьшения высших гармонических составляющих ЭДС и МДС.
По данным научно-технической и патентной литературы, авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фигуре 1 приведена схема двухполюсной обмотки; на фигуре 2 - приведены схемы включения обмотки в питающую сеть 22 выводов 14, 16, 18 и при включении в питающую сеть 22 выводов 13, 15, 17; на фигуре 3 - показаны токи в сторонах катушек и вид магнитодвижущих сил (МДС), стороны катушек фазы А - обозначены квадратами, фазы В - треугольниками, фазы С - кругами; на фигуре 4 показан вид моментов двигателя при включении в питающую сеть 22 разными выводами; на фигуре 5 - схема включения конденсаторов 19, 20, 21 при применении обмотки в асинхронном генераторе автономной электростанции.
Согласно фигуре 1 двухполюсная обмотка асинхронной машины содержит 12 катушечных групп с выводами от начала 1 катушечной группы - вывод 13, от начала 5 катушечной группы - вывод 15, от начала 9 катушечной группы - вывод 17, от объединенных начал 2, 7, 12 катушечных групп - вывод 14, от объединенных начал 4, 6, 11 катушечных групп - вывод 16, от объединенных начал 3, 8, 10 катушечных групп - вывод 18, при этом конец 1 катушечной группы соединен с концом 7 катушечной группы, конец 2 - с концом 8, конец 5 - с концом 11, конец 6 - с концом 12, конец 9 - с концом 3, конец 10 - с концом 4 катушечной группы.
При пуске двигателя первоначально в сеть включаются выводы 14, 16, 18 (фигура 2), а после его разбега питание на двигатель переключается на выводы 13, 15, 17.
Согласно фигуре 3 форма МДС характеризуется незначительными амплитудами высших гармоник (таблицы 1 и 2).
Таблица 1
Относительные амплитуды гармоник МДС при включении обмотки в сеть выводами «14, 16, 18»
V
1
5
7
11
13
F<sub>mv</sub>/F<sub>m</sub>
1
0,0148
0,0036
0,0186
0,0107
Таблица 2
Относительные амплитуды гармоник МДС при включении обмотки в сеть выводами «13, 15, 17»
V
1
5
7
11
13
F<sub>mv</sub>/F<sub>m</sub>
1
≈0
0,027
0,0056
0,0023
об14-16
oб13-15
14-16
13-15
На фигуре 4 моменты двигателя показаны для соотношения витков, близкого к 1,2/2 в катушках малых и больших катушечных групп. Это соотношение способствует выравниванию плотности тока в частях обмотки при включении в сеть выводов 13, 15, 17. Значение обмоточного коэффициента k=0,911 относительно выводов 14 и 16 и k=0,895 относительно выводов 13 и 15. Соотношение индукций в воздушном зазоре двигателя при разном способе включения обмотки в сеть В/В=1,18/1. Соотношение моментов практически пропорционально квадрату соотношения индукций.
Согласно фигуре 5 в режиме асинхронного генератора автономной электростанции нагрузка с данной обмоткой включается на выводы 14, 16, 18, а конденсаторы возбуждения 19, 20, 21 включены на выводы 13, 15, 17. Соединение частей обмотки в треугольник исключает проявление наиболее выраженной третьей временной гармоники ЭДС, генерируемой потоком насыщенного магнитопровода генератора.
14-16
13-15
При вращении ротора асинхронного генератора с номинальной скоростью, за счет остаточного намагничивания и конденсаторов возбуждения 19, 20, 21, происходит процесс самовозбуждения. Согласно фигуре 5 нагрузка подключается к выводам 14, 16 и 18. Соотношение ЭДС и индукций в воздушном зазоре генератора составляет В/В=1,18/1.