Обмотка для электрических машин

 

СССР

Ж 555И

Класс 21 d, 51

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировано в Бюро последующей регистрации изобретений Госплана при СНК СССР

: 1

О. В. Бенедикт.

Обмотка для электрических маш

Заявлено 14 сентября 1935 года в НКЭП за 1Ге 1

Опубликовано 31 августа 1939 года.

Предметом настоящего изобретения является обмотка для электрических машин с неизменной по высоте толщиной пазовой изоляции и несколькими слоями проводников в пазу, имеющих различную высоту.

В такой обмотке, согласно изобретению, сечения по крайней мере пазовых частей проводников в отдельных слоях сделаны неодинаковыми. Этим имеется в виду получить в каждом слое наивыгоднейшее соотношение между омически ми и добавочными потерями в меди. При этом соотношение размеров проводников по высоте в каждом слое — при одинаковой их ширине — может быть выбрано из условий получения наименьшей максимальной температуры перегрева, определяемой из наивыгоднейшего сочетания поверхности теплоотдачи проводника и потерь в нем.

Секция такой обмотки, согласно изобретению, выполняется из полосы меди, разрезанной по своей ширине на две неравные части, соединенные перемычкой и позволяющие выгнуть по шаблону секцию с различными по высоте проводниками. С целью же получения секции с неодинаковыми по высоте проводниками лишь в пазовой части, указанная полоса разрезается на неравные по длине части только посредине по длине, соответствующей длине якоря, с переходом разреза к краям полосы по средней линии. Подобный проводник может быть применен для выполнения проводников с транспозицией.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг. 1 которого изображено сечение паза электрической машины, выполненное согласно изобретению; на фиг. 2, 4, 5 и 6 — вид медных полос, из которых могут изготовляться секции предлагаемой обмотки; на фиг. 3 — вид такой секции в плане.

Обычно высота проводников, располагаемых в пазу, определяется по минимуму потерь в них (омических и добавочных от токов Фуко).

Автор, исходя из того, что, поскольку добавочные потери имеют различное значение в зависимости от расположения проводника в пазу по его высоте, постольку является более рациональным применять в различных слоях паза проводники различной высоты, предлагает применять в различных слоях проводники различного сечения, чем и достигается †п условии сохранения толщины пазовой изоляции по высоте постоянной — различная высота проводников в различных слоях, как это, показано на фиг. 1.

Сущность изобретения уясняется из следующих соображений автора.

Добавочные потери от токов Фуко вызываются следующими четырьмя видами магнитных потоков в пазу.

1. Получающимися, вследствие различной величины магнитной нагрузки отдельных зубцов выравнивающими поперечными потоками, которые почти не зависят от тока якоря.

2. Поперечными составляющими потоков, выходящих в паз у узких мест зубцов, вследствие магнитной перегрузки зубьев.

3, Поперечными составляющими магнитных потоков, поступающими из воздушного зазора через паз в, верхнюю часть зубцов.

4. Продольными потоками в пазе, которые составляются из продольных компонентов потоков, указанных в пп, 1 и 2, а также из потока, ко- ;. торый, вследствие большой магнитной нагрузки соседних зубцов, получается в пазу параллельно магнитному потоку зубца.

Предположим, что высота проводника определена обычным способом, так что перечисленные выше четыре вида добавочных потерь не приняты во внимание. Это значит, что увеличение высоты каждого проводника увеличило бы быстрее добавочные потери, чем снизило омические, а

iменьшение высоты каждого проводника быстрее увеличивало бы омические потери, чем уменьшало добавочные. Если добавочные потери в действительности больше, то, очевидно, высота, меньшая вычисленной „критической высоты", давала бы меньшие потери. Таким образом, приняв во внимание все потери, мы получили бы лучшие отношения. Но даже при этом улучшении расчет критической высоты проводника вообще дает невыгодные условия.

Предположим, что мы, принимая во внимание все добавочные потери, уже высчитали критическую высоту проводника и получили минимум всех потерь. Но в действительности дополнительные потери в верхнем и нижнем проводниках неодинаковы.

Предположим, что они больше в верхнем проводнике. Тогда очевидно, что если мы при сохранении суммы высот обоих проводников уменьшим высоту верхнего проводника на некоторую величину и на ту >ке величину увеличим высоту нижнего проводника, омические потери вверху, хотя увеличиваются на столько же, на сколько они снижаются внизу, но дополнительные потери будут вверху снижаться быстрее, чем увиличиваться внизу. Если потери внизу будут больше, чем вверху, то получится наоборот. Но во всяком случае получается, как условие правильного расчета проводников, что проводники различных слоев должны иметь принципиально неодинаковые высоты.

У современных машин, особенно, например, у транспортных, вопрос о наименьших потерях не является самым важным, так как для повышения мощности при данных внешних размерах до максимума наиболее важным вопросом является вопрос максимальной температуры изоляции (или иногда спайки), Если, например, мы применим проводник для наименьшей суммы всех потерь, как изложено выше, то очень часто возможно, что дальнейшее изменение высот проводников хотя увеличило бы потери, но одновре менно и уменьшило бы максимальную температуру, так как при изменении высот изменяются также условия теплопроводности изоляции. Но так как мы можем повышать мощность до тех пор, пока не получим опять прежнюю максимальную температуру, то такого рода дальнейшее изменение высот является большим преимуществом. Таким образом, выгодно сделать отношение неравных высот 6,: Ь, верхнего и нижнего проводника друг к другу таким, чтобы максимальная, наиболее опасна:, температура получилась наименьшей.

Это отношение h . Ь, названо авто ром „критическим отношением высот".

В зависимости от конкретных условий, наряду со случаем, когда высота верхнего проводника будет меньше высоты нижнего, возможен и случай, когда высота нижнего проводника может быть меньше высоты верхнего, как это изображено на фиг. 1; это может случиться тогда, когда потери, согласно и. 2, а равно и факт лучшего отвода тепла в нижней части паза, чем в верхней, играют ббльшую роль, чем остальные потери.

Необходимость выполнения высот проводников в различных слоях различными приводит к необходимости делать различными и сечения проводников, что является предметом настоящего авторского свидетельства и отличает предлагаемую обмотку от известных, в которых проводники различных слоев делают различной высоты (при сохранении площади сечения проводника постоянной) из других соображений, например, из соображений того или иного распределения изоляции, как это имеет место, например, в советском патенте № 30176.

Технологически изготовление обмоток с проводниками различных высот может производиться различным образом.

Обмотки могут составляться из проводников различной высоты, спаянных или сваренных между собой.

Но они могут быть также выполнены соответственно фиг. 2 и 3, где представлен пример обмотки, состоящей из двух проводников различной высоты, которые штампуются из одного куска таким образом, что часть Д отделена от части Ф прорезом, и затем проводники, согласно фиг. 3, сгибаются в контур, имея соединение в виде перемычки Е.

Возможно сделать так, что высоты проводников будут различны только внутри паза, но снаружи паза проводники будут иметь одинаковую высоту.

Это технологически легко осуществимо, если штамповка производится, согласно фиг. 4, таким образом, что расстояния прореза от кромок проводника будут в пазовой части иными, чем в наружной части. Конечно, все изложенное выше по смыслу относится также и к проводникам с параллельными подразделениями и транспозициями, применяемыми с целью уменьшения токов

Фуко. Здесь также (кроме тех случаев, когда полученные пренмущества не равноценны технологическим затруднениям) каждый частичный проводник должен иметь другую высоту, и отношение высот друг к другу должно определяться с учетом всех потерь, как критическое отношение высот.

Рассмотрим, например, транспозиционные проводники, состоящие, как известно, из полос, выполненных согласно фиг. 5 с прорезами О, которые расположены на равных расстояниях один от другого и от кромок и которые фальцуются вокруг линии АВ. Согласно изобретению, их можно изготовлять из полос, согласно фиг. б, штампованные прорезы которых имеют неодинаковые расстояния один от другого и от кромок, причем расстояния могут быть выбраны такие, что высоты проводников после фальцовки будут возрастать сверху вниз.

Цель изобретения достигается в большей степени при соответствующем выборе толщин а, b и с изоляции. В обычных машинах отношешение а: b c почти не связано с критической высотой проводника.

Если же принять во внимание все добавочные потери, то уясняется, что это отношение имеет большое значение, Если, например, потери, согласно п. 3, очень велики по сравнению с остальными, то может оказаться целесообразнее уменьшить величину с по сравнению с а; если же, например, потери согласно пп. 1 и 2 очень велики по сравнению с остальными, то будет целесообразнее отношение с: а увеличить; в соответствии с этим наилучший результат получится в том случае, если отношение а:b:с будет удовлетворять указанному выше условию минимума максимальной температуры. Это отношение автором названо „критическим радиальным положением" проводника.

Таким образом, является целесообразным проводники, неравные высоты которых имеют критическое отношение высот, располагать так, что они получают критическое радиальное положение. Наконец, цель изобретения осуществляется в большой степени целесообразным выбором формы паза.

Предположим, что для данной формы паза и для данных размеров, например, согласно фиг. 1, найдены критическое отношение высот и критическое радиальное положение проводников. Если изменить размеры паза на некоторую величину или изменить форму паза путем, например, сужения или расширения паза в некоторой части, то для полученных новых критического отношения высот и критического радиального положения проводников получится новая максимальная температура в зависимости от того, в каком направлении изменились добавочные потери, а также и размеры изоляции, благодаря изменениям размеров или формы паза.

Если при этом получится понижение максимальной температуры, то, выполняя все размеры в пазах пропорционально уменьшенными в такой степени, что при той же мощности появится та же самая максимальная температура, как и раньше, получится уменьшение объема материала внутри паза на некоторую величину, т. е. уменьшение количества меди или изоляционного материала, что является черезвычайно важным. Таким образом, имеется возможность, в зависимости от величины и распределения добавочных потерь, выбрать ту форму пазов (клиновидную, ступенчатую и т. д.) и те размеры пазов, у которых проводники, имеющие критическое отношение высот и критическое радиальное положение,. требуют минимум меди или изоляции.

Пр едме т из обретения.

1. Обмотка для электрических машин с неизменной по высоте толщиной пазовой изоляции и несколькими слоями проводников в пазу, имеющих различную высоту, отличающаяся тем, что, с целью получения в каждом слое наивыгоднейшего соотношения между омическими и добавочными потерями в меди, сечения по крайней мере пазовых частей проводников в отдельных слоях взяты неодинаковыми.

2. Форма выполнения обмотки по п. 1, отличающаяся . тем, что соотношение размеров проводников по высоте в каждом слое, при одинаковой их ширине, выбрано из условий получения наименьшей максимальной температуры перегрева, определяемой из наивыгоднейшего сочетания поверхности теплоотдачи проводника и потерь в нем.

3. Форма выполнения обмотки по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что секции обмотки выполнены из полосы меди, разрезанной по своей ширине на две неравные части, соединенные перемычкой и позволяющие выгнуть по шаблону секцию с различными по высоте проводниками.

4. Форма выполнения обмотки по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью получения секции с неодинаковыми по высоте проводниками лишь в пазовой части, указанная полоса разрезана на неравные по высоте части только посредине по длине, соответствующей длине якоря, с переходом разреза к краям полосы по средней линии.

5. Применение проводника для обмотки по пп. 3 и 4 для выполнения проводников с транспозицией.