Обмотка статора асинхронного двигуна

1. Обмотка статора асинхронного двигуна, що складається з твердих котушок, виконаних із проводу прямокутного перерізу і має пазові і лобові частини, яка відрізняється тим, що кут, складений віссю циліндричної спіралі головки і подовжньою віссю машини, складає 90° - ψ, де ψ - кут підйому лобових частин. 2. Обмотка статора асинхронного двигуна за п. 1, яка відрізняється тим, що передні лобові частини одновиткових котушок мають два плеча і виконану по циліндричній спіралі головку, що з'єдн ує плечі між собою, причому довжина ділянки спірального переходу з одного шару в інший визначається за формулою: I=(2r+hk)·cos φ, (1) де r - радіус спірального переходу; φ - кут спірального переходу, який визначається як 2r - D j = arcsin , 2r + hk де Δ - товщина ізоляції поверхонь сусідніх головок, що сполучаються; hk - висота неізольованого пакета провідників одновиткової котушки. 3. Обмотка статора асинхронного двигуна за пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що висота головки в радіальному напрямку визначається за формулою: HР = 2(hk + D ) . Г 4. Обмотка статора асинхронного двигуна за пп. 13, яка відрізняється тим, що гарантією можливос U 2 UA 1 3 36553 Відомий статор електричної машини [Зимин В.И., Каплан М.Я., Палей A.M. и др. Обмотки электрических машин. - Л.: Госэнергоиздат, 1961, с.275-276], який має сердечник з розташованої в пазах твердою двошаровою обмоткою, виконаною з одновиткових котушок. Лобові частини одновиткових котушок вигнуті і сполучені з прямолінійними пазовими частинами. Перехід від одного плеча лобової частини до іншого має визначений радіус у площині, що проходить через подовжню вісь статора електричної машини і бісектрису центрального кута між пазовими частинами одновиткової котушки. Тому в пазах сердечника статора розташовується тільки одна тверда двошарова обмотка. Недоліком такої конструкції є значні габарити голівок, які з'єднують плечі пазових частин котушок, як в аксіальному так і в радіальному напрямках. Відоме конструктивне виконання обмоток машин змінного струму [Справочник по электрическим машинам (том 1): [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://www.induction.ru/books/bookl/booklp20.htm (Сайт Электродвигатели)], у якому застосована обмотка з прямокутного обмотувального проводу. Для обмоток використовують провід з поперечним перерізом не більш 17-20мм 2. Котушки з прямокутного проводу виконуються цільними або підрозділеними. При цільному виконанні котушки ізолюють перед укладанням й укладають тільки у відкриті пази. Корпусна ізоляція котушок може бути безперервною по всій довжині, виконаною зі стрічкового ізоляційного матеріалу, або гільзової в пазових і безперервною у лобових частинах. Можливо підрозділене виконання котушок, при якому котушки розділені уздовж на дві однакові самостійні в конструктивному відношенні частини. У пази машини їх укладають по черзі, а після укладання кожну пару з'єднують паралельно між собою. Недоліком такої конструкції є значні габарити лобових частин котушок в радіальному напрямку, тому що проекція лобової частини на площину, що проходить через подовжню вісь статора і бісектрису центрального кута між пазовими частинами котушки, має форму овалу. Тобто розмір лобової частини обмотки в радіальному напрямку дорівнює малій осі овалу. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, за технічною суттю, призначенням і результатом, що досягається, є обмотка електричної машини з коротким вильотом лобових частин [Патент Российской Федерации №2310965, опубл. 2007.11.20], яка складається з твердих котушок, виконаних з проводу прямокутного перерізу і має пазові і лобові частини. Кожен стрижень обмотки при переході від пазової частини до лобової і назад двічі згинається по лінії, що проходить під кутом у 45 градусів до подовжньої осі широкої сторони стрижня, а лобові частини котушок різних фаз обмотки розміщаються один за одним уздовж осі обертання машини і згинаються по окружності. Недолік прототипу полягає в тому, що така обмотка електричної машини має значні радіальні габарити передньої лобової частини твердої дво 4 шарової обмотки, що приводить до збільшення витрат металу на кожну одновиткову котушк у і не дозволяє розмістити в однойменних пазах більш однієї двошарової обмотки, а також знижує ступінь використання конструктивного простору електричної машини. В основу корисної моделі поставлена задача створення статора електричної машини, у якому зміна форми голівки передньої лобової частини одновиткової котушки твердої двошарової обмотки статора забезпечує скорочення радіальних габаритів передньої лобової частини твердої дво шарової обмотки, що знижує витрати металу на котушку, дозволяє розмістити в однойменних пазах сердечника статора дві і більше твердих двошарових обмоток і збільшує ступінь використання конструктивного простору електричної машини в умовах обмежених габаритів, що характерно для тягових електродвигунів транспортних засобів. Поставлена задача вирішується тим, що обмотка статора асинхронного двигуна, що складається з твердих котушок, виконаних із проводу прямокутного перерізу і має пазові і лобові частини. Відповідно до корисної моделі, кут, складений віссю циліндричної спіралі голівки і подовжньою віссю машини, складає 90° - y, де y - кут підйому лобових частин. В одному з варіантів виконання корисної моделі передні лобові частини одновиткових котушок мають два плеча і виконану по циліндричній спіралі голівку, що з'єднує плечі між собою, причому довжина ділянки І спірального переходу з одного шару в іншій визначається по формулі: I=(2r+hk)·cosj, (1) де r - радіус спірального переходу; j - кут спірального переходу, який визначається як 2r - D j = arcsin , (2) 2r + hk де D - товщина ізоляції поверхонь сусідніх голівок, що сполучаються; hk - висота неізольованого пакета провідників одновиткової котушки. Також можливе виконання пристрою, у якому висота голівки в радіальному напрямку визначається як: Р (3) HГ = 2(hk + D ) . Згідно з іще одним варіантом виконання корисної моделі, гарантією можливості розміщення голівок одновиткових котушок є дотримання умови, при якій відстань між зовнішнім радіусом наступної голівки і торцем ділянки спірального переходу попередньої не перевищує значення кроку по голівках лобових частин котушок t: R·sing+(R+bk+D1)·cosg≤t (4) де D1 - відстань між зовнішнім радіусом наступної голівки і торцем ділянки спірального переходу попередньої; R - внутрішній радіус вигину ізольованої голівки котушки; bk - ширина ізольованого пакета провідників котушки; 5 36553 g - кут сполучення радіуса R+bk+D1 наступної голівки з торцем ділянки спірального переходу попередньої голівки. Відповідно до іншого можливого варіанта корисної моделі внутрішній радіус вигину R1,2 голівки визначається з використанням такої залежності: R1,2 = 2 - bk ± bk - 2æ b2 - t 2 ö ç k ÷ è ø 2 = - bk ± 2t 2 - b2 (5) k . 2 В іншому варіанті пристрою максимальний габарит спірального переходу в напрямку осі обмотки статора дорівнює НГ: HГ=hГ+bk, (6) де hГ - розрахунковий виліт лобової частини. Також можливе виконання корисної моделі, при якому максимальний габарит лобової частини одновиткової котушки Н не перевищує сумарного габариту голівки і плеча котушки і складає: H=h+HГ. (7) Таким чином, розташування осі циліндричної спіралі голівки передньої лобової частини одновиткової котушки по нормалі до поверхні, утвореної лобовою частиною обмотки, дозволяє знизити радіальні габарити передньої лобової частини в порівнянні з прототипом на величину діаметра циліндричної спіралі, тому що діаметр переноситься з площини, що проходить через подовжню вісь статора і бісектрису центрального кута між пазовими частинами одновиткової котушки, у площину, утворену передньою лобовою частиною обмотки. Зменшення радіальних габаритів знижує витрати металу і дозволяє розмістити в однойменних пазах статора кілька двошарових обмоток, а також збільшує ступінь використань конструктивного простору електричної машини. Крім того, зниження довжини провідників у лобовій частині зменшує електричні втрати і підвищує тим самим ККД електричної машини. На Фіг.1 показані одновиткові котушки двох двошарових обмоток, розміщених в однойменних пазах; на Фіг.2 - вигляд В на голівку одновиткової котушки; на Фіг.3 - показаний просторовий вигляд обмотки котушки у складі статора асинхронного двигуна. Статор електричної машини містить сердечник 1 (див. Фіг.1) з пазами 2, у яких розміщені одновиткові котушки 3 двох двошарових обмоток 4 (див. Фіг.2). Кожна одновиткова котушка 3 складається з задньої лобової частини 5 з вивідними кінцями 6, пазових частин 7 і передньої лобової частини 8 (Фіг.1). Передня лобова частина 8 має два плеча 9 і з'єднуючу їх голівку 10, виконану по циліндричній спіралі, вісь 11 якої розташована по нормалі до поверхні 12, утвореної передньою лобовою частиною 8 (Фіг.3). Можливість виконання даної конструкції підтверджується наступним розрахунком. Довжина ділянки спірального переходу І з одного шару в інший (Фіг.2) визначається з використанням (1), а кут переходу j визначається як (2). 6 Висота голівки в радіальному напрямку визначається відповідно до (3). Голівки одновиткових котушок зможуть розміститися на окружності передньої лобової частини обмотки в тому випадку, якщо зовнішній радіус наступної голівки, який дорівнює R+bk (Фіг.1) не перетнеться з ділянкою спірального переходу попередньої довжиною І (по середній лінії). У загальному випадку гарантією можливості розміщення таких голівок буде деяка відстань D1 між зовнішнім радіусом наступної голівки і торцем ділянки спірального переходу попередньої. Це виражене рівнянням (4). Граничний випадок можливості розміщення голівок і максимальне значення радіуса буде при D1=0 (Фіг.2) і виражається рівнянням: (8) R·sing+(R+bk)cosg=t. Внутрішній радіус вигин у голівки визначимо, виходячи з граничного випадку, склавши рівняння (Фіг.1): R2+(R+bk)2=t 2. (9) Перетворимо це квадратне рівняння і приведемо до нуля: 2R2+2bkR+bk2-t 2=0 (10) або b 2 - t2 (11) R 2 + b kR + k =0. 2 Значення величини радіуса R одержимо, вирішуючи рівняння (11) відносно R, одержуючи рівняння (5). Для визначення максимального габариту спірального переходу в напрямку осі обмотки статора визначимо довжину хорди ділянки спірального переходу на внутрішньому радіусі дуги R: a=2R·sing. (12) Побудуємо цю хорду на прямій, що проходить через точки перетинання осьових пліч лобових частин. Для визначення координати центра радіуса R обчислимо стрілку дуги радіуса R, що стягається хордою а: a g (13) hГ = × tg . 2 2 Максимальний габарит спірального переходу в напрямку осі обмотки статора визначається відповідно до (6), а максимальний габарит лобової частини одновиткової котушки - відповідно до (7) (Фіг.3). Таким чином, запропонована конструкція одновиткової котушки двошарової обмотки дозволяє скоротити крім аксіального ще і радіальний габарит передніх лобових частин обмотки статора, а також відкриває можливість укладання двох і більше двошарових обмоток в однойменні пази сердечника статора, збільшує ступінь використання конструктивного простору електричної машини. 7 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 36553 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601