Двухполюсная обмотка асинхронной машины
Владельцы патента RU 2453025:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в асинхронных двухполюсных двигателях с и асинхронных генераторах с конденсаторным возбуждением автономных электростанций. Согласно данному изобретению двухполюсная обмотка асинхронной машины состоит из двенадцати катушечных групп, при этом первые три вывода обмотки по схеме «звезда» образованы от начала первой катушечной группы, от начала пятой катушечной группы, от начала девятой катушечной группы, вторые три вывода обмотки по схеме «треугольник» образованы от объединенных начал второй, седьмой и двенадцатой катушечных групп, от объединенных начал четвертой, шестой и одиннадцатой катушечных групп, от объединенных начал третьей, восьмой и десятой катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, конец второй катушечной группы соединен с концом восьмой катушечной группы, конец пятой катушечной группы соединен с концом одиннадцатой катушечной группы, конец шестой катушечной группы соединен с концом двенадцатой катушечной группы, конец девятой катушечной группы соединен с концом третьей катушечной группы, конец десятой катушечной группы соединен с концом четвертой катушечной группы, при этом первые три вывода обмотки по схеме «звезда» и вторые три вывода обмотки по схеме «треугольник» предназначены для соединения с сетью в двигательном режиме, а в режиме асинхронного генератора указанные первые три вывода по схеме «звезда» соединены с конденсаторами возбуждения, вторые три вывода обмотки по схеме «треугольник» предназначены для соединения с нагрузкой генератора. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в расширении функциональных возможностей предлагаемой двухполюсной обмотки при работе асинхронной машины с такой обмоткой в двигательном и генераторном режимах, а также в повышении энергетических показателей асинхронной машины при её работе в генераторном режиме путем исключения действия высших пространственных гармоник, при этом включение части предлагаемой двухполюсной обмотки по схеме «треугольник» исключает появление наиболее выраженной третьей временной гармоники, генерируемой насыщенным магнитопроводом. 5 ил.
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 |
| Fmv/Fm | 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 |
| Fmv/Fm | 1 | ≈0 | 0,027 | 0,0056 | 0,0023 |
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 kоб14-16=0,911 относительно выводов 14 и 16 и koб13-15=0,895 относительно выводов 13 и 15. Соотношение индукций в воздушном зазоре двигателя при разном способе включения обмотки в сеть В14-16/В13-15=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.
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 В14-16/В13-15=1,18/1.
Двухполюсная обмотка асинхронной машины, состоящая из двенадцати катушечных групп, отличающаяся тем, что первые три вывода обмотки по схеме «звезда» образованы от начала первой катушечной группы, от начала пятой катушечной группы, от начала девятой катушечной группы, вторые три вывода обмотки по схеме «треугольник» образованы от объединенных начал второй, седьмой и двенадцатой катушечных групп, от объединенных начал четвертой, шестой и одиннадцатой катушечных групп, от объединенных начал третьей, восьмой и десятой катушечных групп, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом седьмой катушечной группы, конец второй катушечной группы соединен с концом восьмой катушечной группы, конец пятой катушечной группы соединен с концом одиннадцатой катушечной группы, конец шестой катушечной группы соединен с концом двенадцатой катушечной группы, конец девятой катушечной группы соединен с концом третьей катушечной группы, конец десятой катушечной группы соединен с концом четвертой катушечной группы, при этом первые три вывода обмотки по схеме «звезда» и вторые три вывода обмотки по схеме «треугольник» предназначены для соединения с сетью в двигательном режиме, а в режиме асинхронного генератора указанные первые три вывода обмотки по схеме «звезда» соединены с конденсаторами возбуждения, вторые три вывода обмотки по схеме «треугольник» предназначены для соединения с нагрузкой генератора.
