Обмотка з перемиканням ефективного числа витків фаз електричної машини змінного струму

Обмотка з перемиканням ефективного числа витків фаз електричної машини змінного струму, окремі ланки якої утворені з котушок, розміщених у відповідних фазних зонах, при зустрічному ввімкненні котушок з діаметрально протилежних фазних зон з однаково визначеними початком і кінцем всіх ланок останні з'єднані в багатокутник з числом вершин, яке дорівнює подвоєному числу C2 2 (19) 1 3 80882 внаслідок чого не тільки зменшується електрорушійна сила в контурі (зменшується ефективне число витків контур у), але і збільшується його активний опір, завдяки чому досягається підвищення пускового моменту. Недоліком відомих обмоток є наявність в них коротко-замкнутих контурів з неврівноваженими електрорушійними силами, що не дозволяє використовува ти їх безпосередньо в асинхронізованих синхронних машинах через підвищені втрати від контурних струмів. Щоб уникнути контурних стр умів, необхідні складні перемикання частин відомих обмоток при переході від режиму пуску до асинхронізованої о режиму. Найбільш близьким технічним рішенням до пропонованого винаходу за призначенням і технічною сутністю є обмотка по схемі проф. K.I. Шенфера [патент СРСР№ 1865]. Недоліком обмотки, вибраної за прототип, є складність схеми перемикання частин обмотки при переході від режиму пуску до її живлення в асинхронізованому режимі. Метою винаходу є спрощення схеми перемикання частин обмотки при переході від режиму пуску до асинхронізованого режиму. Поставлена мета досягається тим, що окремі ланки обмотки утворені з котушок, розміщених у відповідних фазних зонах, при зустрічному ввімкненні котушок з діаметрально протилежних фазних зон, з однаково визначеними початком і кінцем всіх ланок останні з'єднані в багатокутник з числом вершин, яке дорівнює подвоєному числу фаз обмотки, а виводи його вершин, які використовуються в асинхронізованому режимі, чергуються з виводами, які використовуються в режимі пуску, причому порядок з'єднання ланок в багатокутник такий, що до кінця першої ланки обмотки, утвореної з котушок, розміщених на перших частинах однієї фазної зони, приєднується початком друга ланка обмотки, утворена з котушок, розміщених на других частинах цієї фазної зони, а до кінця цієї другої ланки обмотки приєднується початком перша ланка другої фази обмотки, утворена з котушок, розміщених на першій частині другої фазної зони, розташованої поруч з діаметрально протилежною другою частиною першої фазної зони, а до її кінця приєднується початком друга ланка другої фази обмотки, утворена з котушок, розміщених на другій частині цієї другої фазної зони і т. д.; для зменшення індуктивності розсіювання обмотки при використанні її в пусковому режимі крок котушок вибирається укороченим, переважно таким, щоб друга сторона котушок другої частини фазної зони розміщувалась на початку діаметрально протилежної першої частини цієї ж фазної зони. В порівнянні з прототипом запропонована обмотка відрізняється наявністю таких ознак: - ланки обмотки з однаково визначеними початком і кінцем з'єднані в багатокутник з числом вершин, яке дорівнює подвоєному числу фаз обмотки; виводи вершин багатокутника, які використовуються в асинхронізованому режимі, 4 чергуються з виводами, які використовуються в режимі пуску; - порядок з'єднання ланок в багатокутник такий, що до кінця першої ланки обмотки, утвореної" з котушок, розміщених на перших частинах однієї фазної зони, приєднується початком друга ланка обмотки, утворена з котушок, розміщених на других частинах цієї фазної зони, а до кінця цієї другої ланки обмотки приєднується початком перша ланка другої фази обмотки, утворена з котушок, розміщених на першій частині другої фазної зони, розташованої поруч з діаметрально протилежною другою частиною першої фазної зони, а до її кінця приєднується початком друга ланка другої фази обмотки, утворена з котушок, розміщених на другій частині цієї другої фазної зони і т. д.; - крок котушок вибирається переважно таким, щоб друга сторона котушок другої частини фазної зони розміщувалась на початку діаметрально протилежної першої частини цієї ж фазної зони. Всі вищеназвані ознаки є суттєвими, кожна окремо і в сукупності забезпечують досягнення поставленої мети. В подальшому винахід пояснюється детальним описанням та фігурами, на яких: Фіг.1 - розташування фазних зон нової обмотки, де: А1 , Х1 - перші частини першої фазної зони; А2 , Х2 - др угі частини першої фазної зони; Х1 - діаметрально протилежна частині А1 перша частина першої фазної зони; Х2 - діаметрально протилежна частині А2 др уга частина першої фазної зони; С1, Ζ1 - перші частини другої фазної зони, розташовані поруч з діаметрально протилежними другими частинами першої фазної зони; С2, Ζ 2 - др угі частини другої фазної зони. Фіг.2 - схема з'єднання ланок обмотки в багатокутник. Фіг.3 - векторна діаграма електрорушійних сил ланок багатокутника. Фіг.4 - векторна діаграма електрорушійних сил котушок двохполюсної двошарової обмотки в 24-х пазах. Фіг.5 - векторна діаграма електрорушійних сил ланок фаз двохполюсної двошарової обмотки в 24-х пазах. Фіг.6 - розгорнута діаграма магніторушійних сил двохполюсної двошарової обмотки в 24-х пазах при кроці 9 зубцевих поділок для двох моментів часу. Фіг.7 - векторна діаграма електрорушійних сил котушок чотирьохполюсної двошарової обмотки в 48-ми пазах з однаковими за розміром частинами фазних зон. Фіг.8 - векторна діаграма електрорушійних сил ланок фаз чотирьохполюсної двошарової обмотки в 48-ми пазах з однаковими за розміром частинами фазних зон. Обмотка має рівномірно розміщені на магнітопроводі котушки, які утворюють фазні зони A, Z, В, X, С, У, поділені на дві частини (Фіг.1). При виконанні обмотки двошаровою сторони котушок верхнього шару утворюють перші частини А1, Ζ1, 5 80882 В1, Х1, С1 , Y1, фазних зон і другі частини А2, Z2 , В2, Х2 , С2, Y2, відповідних фазних зон. Сторони нижнього шару тих же котушок утворюють перші частини А1 , Ζ1, В1 , Х1, С1 , Y1 та другі частини А2 , Z2, В2, Х2, С2, Y2, відповідно. Крок котушок двошарової обмотки доцільно вибирати таким, щоб сторони нижнього шару котушок другої частини певної фазної зони розміщувались під сторонами верхнього шару першої частини діаметрально протилежної фазної зони (А2 під X1, Z2 під С1, і т.д.). При цьому слід віддавати перевагу такому кроку котушок, при якому початок розміщення сторін нижнього шару котушок другої частини певної фазної зони буде співпадати з початком розміщення сторін верхнього шару першої частини діаметрально протилежної фазної зони. Перші ланки фаз обмотки утворені із зустрічно ввімкнених котушок перших частин діаметрально протилежних фазних зон, тобто ланка А, утворена із котушок першої частини А1 фазної зони та зустрічно ввімкнених котушок першої частини Х1, діаметрально протилежної фазної зони; ланка В1 утворена із котушок першої частини В1 фазної зони та зустрічно ввімкнених котушок першої частини Y1 діаметрально протилежної фазної зони; ланка С1 утворена із котушок першої частини С 1 фазної зони та зустрічно ввімкнених котушок першої частини Ζ1 діаметрально протилежної фазної зони. Другі ланки фаз обмотки утворені із зустрічно ввімкнених котушок други х частин діаметрально протилежних фазних зон, тобто ланка Аг утворена із котушок першої частини А2 фазної зони та зустрічно ввімкнених котушок першої частини Х2 діаметрально протилежної фазної зони; ланка В2 утворена із котушок першої частини В2 фазної зони та зустрічно ввімкнених котушок першої частини Y2 діаметрально протилежної фазної зони; ланка С2 утворена із котушок першої частини с, фазної зони та зустрічно ввімкнених котушок першої частини Z2, діаметрально протилежної фазної зони. Ланки фаз обмотки з'єднані послідовно в багатокутник (Фіг.2) так, що до кінця першої ланки А1 , приєднується початком друга ланка А2 цієї ж фази А; до кінця другої ланки А2 приєднується початком перша ланка С 1, оскільки вона утворена із котушок, розташованих поруч з котушками другої ланки попередньої фази, а до кінця першої ланки С1, приєднується початком друга ланка С 2 цієї ж фази С; до кінця другої ланки С 2 приєднується початком перша ланка B1, оскільки вона утворена із котушок, розташованих поруч з котушками другої ланки попередньої фази, а до кінця першої ланки В1 приєднується початком друга ланка В2 цієї ж фази В; до кінця другої ланки В2 приєднується початком перша ланка А1, замикаючи багатокутник. З вершин багатокутника виконані виводи Aa, Ва, Сa, які використовуються в асинхронізованому режимі і чергуються з виводами Аn, В n, Cn , які використовуються в пусковому режимі. Коефіцієнт розподілу котушкової групи (частини фазної зони) визначається співвідношенням 6 gg q 2 sin 2 » 2, = kp g q g sin 2 де q - кутове значення дуги (в електричних кутови х одиницях), на якій розміщені котушки розподіленої котушкової гр упи (відповідної частини фазної зони); q - число котушок на вказаній дузі; g - куто ва відстань (в електричних кутови х одиницях) між сусідніми котушками. Коефіцієнт розподілу фази визначається відношенням модуля геометричної суми векторів електрорушійних сил котушкових гр уп фази до арифметичної суми модулів векторів електрорушійних сил котушкових груп цієї фази (Фіг.3). Для фази А в п усковому режимі коефіцієнт розподілу sin krfn = An A 2 + C1 суттєво менший ніж коефіцієнт розподілу фази А в асинхронізованому режимі k rfa = A0 A1 + A 2 Що забезпечує зменшення ефективного числа витків фази в пусковому режимі. Як видно із Фіг.3 модуль вектора електрорушійної сили фази в пусковому режимі буде найменшим при однакових за розмірами частинами фазних зон = = = A1 A= B1 B= C1 C 2 2 2 На Фіг.4 приведена векторна діаграма електрорушійних сил котушок дво хполюсної двошарової обмотки в 24-х пазах, в якій перші частини фазних зон мають тричі більше число котушок, ніж другі частини. При цьому в пусковому режимі фаза Ап утворена із котушок 4, -16, 17, 18, 19, -5, -6, -7 (знак «-» перед номером котушки означає, що вона з'єднана зустрічно відносно котушок з позитивним номером); фаза Вn утворена із котушок 12, -24, І, 2, З, -13, -14, -15; фаза C n утворена із котушок 20, -8, 9, 10, 11, -21, -22, -23. Векторна діаграма електрорушійних сил ланок та фаз в пусковому і асинхронному режимах наведена на Фіг.5. Як видно з наведеної діаграми при такому розподілі котушок між частинами фазних зон електрорушійні сили фаз в пусковому режимі суттєво менші (An=0,5554 Aa) значення електрорушійних сил фаз в асинхронному режимі, що забезпечує зменшення пускових стр умів. На Фіг.6 наведена розгорнута діаграма магніторушійних сил цієї дво хполюсної двошарової обмотки в 24-х пазах при кроці 9 зубцевих поділок для двох моментів часу відносно живлення через виводи для пускового режиму. Як видно з наведених діаграм в шести пазах цієї обмотки ампер-витки дорівнюють нулю для любого моменту часу, що сприятливо позначається на параметрах обмотки (зменшується індуктивність пазового розсіювання). На Фіг.7 приведена векторна діаграма електрорушійних сил котушок чотирьохполюсної двошарової обмотки в 48-ми пазах, в якій перші 7 80882 частини фазних зон мають таке ж число котушок, ніж другі частини. При цьому в пусковому режимі фаза Аn утворена із котушок 3, 4, -15, -16, 27, 28, 39, -40, 17, 18, -29, -30, 41, 42, -5, -6 (знак «-» перед номером котушки означає, що вона з'єднана зустрічно відносно котушок з позитивним номером); фаза Вn утворена із котушок 35, 36, -47, -48, 11, 12, -23, -24, 1, 2, -13, -14, 25, 26, -37, -38; фаза Сn утворена із котушок 19, 20, -31, -32, 43, 44, -7, -8, 33, 34, -45, -46, 9, 10, -21, -22. Векторна діаграма електрорушійних сил ланок та фаз в пусковому і асинхронному режимах наведена на Фіг.8. Як видно з наведеної діаграми при такому розподілі котушок між частинами фазних зон електрорушійні сили фаз в пусковому режимі набагато менші An=0,268Aa,) значення електрорушійних сил фаз в асинхронному режимі, що забезпечує суттєве зменшення пускових струмів. При роботі обмотки в пусковому режимі виводи Аn, Вn , Сn з'єднують між собою, а виводи Аa , B a, Ca , які використовуються в асинхронізованому режимі, залишаються вільними. Якщо обмотка використовується лише як вторинна обмотка асинхронного двигуна, то після його розгону виводи Аа, Bа , Са також з'єднують між собою, наприклад, за допомогою відцентрового вимикача. При використанні обмотки в якості вторинної обмотки асинхронізованої синхронної машини пусковий режим здійснюється при з'єднаних виводах Аn, Bn, Cn, а після досягнення ротором заданої швидкості ці виводи розмикаються, а на виводи Aа , B а, Са подається напруга з частотою ковзання. При цьому машина переходить в режим синхронної асинхронізованої машини з подвійним живленням. Завдяки запропонованому виконанню обмотки суттєво спрощується схема перемикання частин обмотки при збереженні ефективності асинхронного пуску електричних машин з такою обмоткою. Бібліографічні дані джерел інформації: 1. К.И. Шенфер. Асин хронные машины / Μ., Л: Госиздат, 1929. -457 с. 2. Клюк Б.А., Подлесный A.M., Галиновский A.M., Новиков А.В. Асинхронизированный стартергенератор газокомпрессорной станции // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Весник ХППУ, Спецвыпуск, Харьков, ХППУ, 1998. с.285-286. 3. К.И. Шенфер. Патент СРСР № 1865 (прототип). 8 9 80882 10