RU199115U1 - FAIL-SAFE FIVE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR WITH COMBINATION WINDING - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве отказоустойчивых асинхронных двигателей с улучшенными выходными характеристиками. Заявленный асинхронный двигатель, содержащий корпус асинхронного двигателя, магнитопровод статора, выполненный из шихтованной электротехнической стали, в пазах которого расположена пятифазная однослойная обмотка с активными проводниками в пазах статора, число которых кратно пяти, расположена шаблонная обмотка с возможностью формирования десяти фаз, представляющих собой комбинацию двух схем обмоток, одна из них соединена в пятиугольник последовательно с шагом т, а вторая соединена в звезду с возможностью формирования при этом результирующих векторов магнитных потоков, имеющих между собой 72 электрических градуса, обеспечивает повышение энергоэффективности отказоустойчивого пятифазного асинхронного двигателя. 2 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the production of fault-tolerant induction motors with improved output characteristics. The declared asynchronous motor containing the housing of the asynchronous motor, the stator magnetic core, made of laminated electrical steel, in the grooves of which there is a five-phase single-layer winding with active conductors in the stator slots, the number of which is a multiple of five, a template winding is located with the possibility of forming ten phases, which are a combination of two winding circuits, one of them is connected in a pentagon in series with a step m, and the second is connected to a star with the possibility of forming the resulting vectors of magnetic fluxes, having 72 electrical degrees between each other, provides an increase in the energy efficiency of a fault-tolerant five-phase induction motor. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при производстве отказоустойчивого асинхронных двигателей с улучшенными выходными характеристиками.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the production of fault-tolerant induction motors with improved output characteristics.

Известна асинхронная электрическая машина [патент RU №2556075 C1, Н02К 3/12, опубл. 10.07.2014], которая содержит устройство для создания магнитного поля и устройство для преобразования одного вида энергии в другой вид. При этом в имеющиеся пазы магнитопровода устройства для создания магнитного поля укладывается обмотка в виде многожильного кабеля, состоящего из двух и более изолированных, не связанных между собой электрически, проводников.Known asynchronous electric machine [patent RU No. 2556075 C1, H2K 3/12, publ. 07/10/2014], which contains a device for creating a magnetic field and a device for converting one type of energy into another form. In this case, a winding in the form of a multicore cable, consisting of two or more insulated, not electrically connected, conductors is placed in the existing grooves of the magnetic circuit of the device to create a magnetic field.

Недостатком аналога является энергоэффективность асинхронной машины и меньший момент, который заключается в использовании в пазах магнитопровода многожильный провод, со стандартными схемами соединения.The disadvantage of the analogue is the energy efficiency of an asynchronous machine and a smaller moment, which consists in using a stranded wire in the grooves of the magnetic circuit, with standard connection schemes.

Известна обмотка электрической машины [патент RU №2275729 С1, Н02К 3/04, опубл. 27.04.2006], включающая стержни, расположенные в верхней части пазов сердечника ближе к зубцовой поверхности сердечника, образующие верхний слой обмотки, и стержни, расположенные в нижних частях пазов сердечника ближе к ярму сердечника, образующие нижний слой обмотки, проводники лобовых частей, расположенные по торцам сердечника, включающие электрически изолированные проводники между стержнями катушек обмотки и электрически изолированные проводники для соединения катушечных групп, а также электрически изолированные проводники выводов фаз обмотки, в которых по крайней мере большинство проводников лобовых частей выполнены в виде перемычек, площади сечения которых в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых стержней обмотки, причем места соединений катушечных перемычек со стержнями верхнего слоя обмотки расположены со стороны зубцовой поверхности сердечника, а места соединений этих перемычек со стержнями нижнего слоя обмотки расположены со стороны ярма сердечника, при этом проводники выводов фаз обмотки также имеют площади сечения в местах их соединения со стержнями меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения стержней, с которыми они соединены.Known winding of an electrical machine [patent RU No. 2275729 C1, N02K 3/04, publ. 04/27/2006], including rods located in the upper part of the core grooves closer to the toothed surface of the core, forming the upper layer of the winding, and the rods located in the lower parts of the core grooves closer to the yoke of the core, forming the lower layer of the winding, conductors of the frontal parts located along the ends of the core, including electrically insulated conductors between the rods of the winding coils and electrically insulated conductors for connecting the coil groups, as well as electrically insulated conductors of the winding phase terminals, in which at least most of the conductors of the frontal parts are made in the form of jumpers, the cross-sectional areas of which at the points of their connection with rods less than the cross-sectional area averaged over the length of the groove of the connecting rods of the winding, and the joints of the coil jumpers with the rods of the upper layer of the winding are located on the side of the toothed surface of the core, and the joints of these jumpers with the rods of the lower layer of the winding are located on the side of the yoke of the core, while the conductors of the winding phase leads also have a cross-sectional area at the points of their connection with the rods less than the cross-sectional area of the rods averaged over the groove length with which they are connected.

Недостатком аналога является низкая энергоэффективность асинхронной машины из-за расположенных в лобовых частях перемычек, которые создают поля рассеивания вблизи торцевых и пазовых плоскостей статора.The disadvantage of the analogue is the low energy efficiency of the asynchronous machine due to the bridges located in the frontal parts, which create scattering fields near the end and slot planes of the stator.

Известна асинхронная машина [патент RU 2240641 С2, Н02К 17/14 опубл. 20.11.2004], которая содержит короткозамкнутый кольцевой ротор и кольцевой статор, состоящий из секторов с разным числом прямых и встречных витков обмотки. Нужное количество и соотношение числа прямых и встречных витков обмотки достигается количеством и соответствующим включением секторов. Как вариант, витки обмотки статора - литые и применен механизм регулировки зазора между короткозамкнутым кольцевым ротором и секторами статора.Known asynchronous machine [patent RU 2240641 C2, N02K 17/14 publ. 20.11.2004], which contains a squirrel-cage annular rotor and an annular stator, consisting of sectors with a different number of direct and opposite turns of the winding. The required number and ratio of the number of direct and opposite turns of the winding is achieved by the number and the corresponding inclusion of sectors. Alternatively, the turns of the stator winding are cast and a mechanism for adjusting the gap between the squirrel cage annular rotor and the stator sectors is used.

Недостатком аналога является низкая энергоэффективность, вызванный тем, что в роли обмотки используются литые витки обмотки секторов статора.The disadvantage of the analogue is low energy efficiency, caused by the fact that cast turns of the stator sector winding are used as a winding.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленной полезной модели является асинхронная энергоэффективная машина [патент RU №2558672 С2 Н02К 3/42 опубл. 10.08.2015], включающая ротор и статор с сердечником, в пазах которого расположены активные проводники двухслойной волновой обмотки с лобовыми проводниками, площадь поперечного сечения по крайней мере большинства которых в местах их соединения с активными проводниками упомянутой обмотки меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых активных проводников, выполненным в виде плоских колец лобовых перемычек, снабжена двумя дополнительными плоскими кольцами с электропроводящими участками кольцеобразной формы по ширине кольца лобовых перемычек, закрепленными соосно на роторе в торцевых частях с небольшим воздушным зазором вблизи колец лобовых перемычек.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed utility model is an asynchronous energy efficient machine [RU patent No. 2558672 C2 H2K 3/42 publ. 08/10/2015], including a rotor and a stator with a core, in the grooves of which there are active conductors of a two-layer wave winding with frontal conductors, the cross-sectional area of at least most of which at the points of their connection with the active conductors of the said winding is less than the cross-sectional area averaged over the length of the groove of the connected active conductors, made in the form of flat rings of frontal bridges, is equipped with two additional flat rings with electrically conductive ring-shaped sections along the width of the ring of frontal bridges, fixed coaxially to the rotor in the end parts with a small air gap near the rings of the frontal bridges.

Недостатком данной машины является низкая энергоэффективность, вызванная использованием двухслойной волновой обмоткий в пазах сердечника статора, что ведет к снижению пусковых характеристик и создает меньший момент.The disadvantage of this machine is the low energy efficiency caused by the use of a double-layer wave winding in the grooves of the stator core, which leads to a decrease in starting characteristics and creates less torque.

Задачей полезной модели является улучшение пусковых характеристик асинхронного двигателя и расширение функциональных возможностей отказоустойчивого пятифазного асинхронного двигателя с комбинированной обмоткой статора.The task of the utility model is to improve the starting characteristics of an induction motor and expand the functionality of a fault-tolerant five-phase induction motor with a combined stator winding.

Технический результат является повышение энергоэффективности отказоустойчивого пятифазного асинхронного двигателя.The technical result is to increase the energy efficiency of a fault-tolerant five-phase asynchronous motor.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что асинхронный двигатель, включающий ротор и статор с сердечником, в пазах которого расположены активные проводники двухслойной волновой обмотки с лобовыми проводниками, площадь поперечного сечения по крайней мере большинства которых в местах их соединения с активными проводниками упомянутой обмотки меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых активных проводников, выполненным в виде плоских колец лобовых перемычек, снабжена двумя дополнительными плоскими кольцами с электропроводящими участками кольцеобразной формы по ширине кольца лобовых перемычек, закрепленными соосно на роторе в торцевых частях с небольшим воздушным зазором вблизи колец лобовых перемычек, согласно полезной модели, что в пазах статора, число которых кратно пяти, расположена шаблонная обмотка с возможностью формирования десяти фаз, представляющих из себя комбинацию двух схем обмоток, одна из них соединена в пятиугольник последовательно с шагом т, а вторая соединена в звезду с возможностью формирования при этом результирующих векторов магнитных потоков, имеющих между собой 72 электрических градуса.The problem is solved and the technical result is achieved by the fact that an asynchronous motor, including a rotor and a stator with a core, in the grooves of which there are active conductors of a two-layer wave winding with frontal conductors, the cross-sectional area of at least most of which at the points of their connection with the active conductors of the said winding less than the cross-sectional area averaged over the length of the groove of the active conductors to be connected, made in the form of flat rings of frontal bridges, equipped with two additional flat rings with electrically conductive ring-shaped sections along the width of the ring of frontal bridges, fixed coaxially to the rotor in the end parts with a small air gap near the frontal rings jumpers, according to the utility model, that in the stator slots, the number of which is a multiple of five, there is a template winding with the possibility of forming ten phases, which are a combination of two winding circuits, one of them is connected in a pentagon sequentially with a step m, and the second is connected to a star with the possibility of forming the resulting vectors of magnetic fluxes, having 72 electrical degrees between them.

Под шаблонной обмоткой понимается обмотка электрических машин, выполняемая из катушек (секций) одинаковых размеров и формы, изготовляемых на шаблоне и затем закладываемых в пазы.Template winding refers to the winding of electrical machines, made of coils (sections) of the same size and shape, made on a template and then laid in the grooves.

Существо полезной модели поясняется чертежами. На фигуре 1 изображена эскизная компоновка в поперечном сечении отказоустойчивого пятифазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. На фигуре 2 показана схема обмотки отказоустойчивого асинхронного двигателя.The essence of the utility model is illustrated by drawings. The figure 1 shows a sketch layout in cross-section of a fault-tolerant five-phase asynchronous squirrel-cage motor. Figure 2 shows a winding diagram of a fail-safe induction motor.

Отказоустойчивый пятифазный асинхронный двигатель с комбинированной обмоткой содержит: корпус асинхронного двигателя 1, магнитопровод статора 2, выполненный из шихтованном электротехнической стали, в пазах которого расположена пятифазная однослойная обмотка 3 с активными проводниками в пазах сердечника статора, состоящая из двух видов обмоток соединенных последовательно с равным шагом, представляющая из себя правильный пятиугольник 4, а другая подключена в звезду 5. Все катушки соединены согласно по схеме на фигуре 1 и имеют выводы А-В-С-Е-Д, кроме того изображен ротор 6 с сердечником и короткозамкнутой литой обмоткой 7, который закреплен на валу 8.A fault-tolerant five-phase asynchronous motor with a combined winding contains: an asynchronous motor housing 1, a stator magnetic core 2, made of laminated electrical steel, in the grooves of which there is a five-phase single-layer winding 3 with active conductors in the slots of the stator core, consisting of two types of windings connected in series with equal pitch , which is a regular pentagon 4, and the other is connected to a star 5. All coils are connected according to the diagram in figure 1 and have terminals A-B-C-E-D, in addition, a rotor 6 with a core and a short-circuited cast winding 7 is shown, which is fixed on the shaft 8.

Работает предложенный отказоустойчивый пятифазный асинхронный двигатель с комбинированной обмоткой следующим образом.The proposed failsafe five-phase induction motor with a combined winding operates as follows.

Входные концы обмотки статора подключают к пятифазному источнику напряжения переменного тока. При подаче напряжения к обмотке, состоящей из двух видов обмоток, одна из которых соединена в пятиугольник 4, а другая - в звезду 5. В каждой фазе создается магнитный поток, который изменяется с частотой подаваемого напряжения. Их магнитные потоки сдвинуты относительно друг друга на 72°, как во времени, так и в пространстве.The input ends of the stator winding are connected to a five-phase AC voltage source. When voltage is applied to a winding consisting of two types of windings, one of which is connected to a pentagon 4, and the other to a star 5. In each phase, a magnetic flux is created, which changes with the frequency of the applied voltage. Their magnetic fluxes are shifted relative to each other by 72 °, both in time and in space.

Результирующий магнитный поток статора 2 вращается, и тем самым создает в короткозамкнутым ротор 6 ЭДС. Так как обмотка ротора, имеет замкнутую электрическую цепь, в ней возникает ток, который в свою очередь, взаимодействуя с магнитным потоком статора, создает пусковой момент двигателя, стремящийся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Когда он достигает значения тормозного момента ротора, а затем превышая его, ротор с валом 8 начинают вращаться.The resulting magnetic flux of the stator 2 rotates, and thereby creates an EMF in the short-circuited rotor 6. Since the rotor winding has a closed electric circuit, a current arises in it, which in turn, interacting with the stator magnetic flux, creates a starting torque of the motor, which tends to turn the rotor in the direction of rotation of the stator magnetic field. When it reaches the value of the braking torque of the rotor, and then exceeding it, the rotor with shaft 8 begins to rotate.

Таким образом, предложенная конструкция позволяет увеличить пусковые характеристики асинхронного двигателя и расширить функциональные возможности отказоустойчивого пятифазного асинхронного двигателя с комбинированной обмоткой статора, повысить энергоэффективность, кроме того упростить конструкцию асинхронного двигателя и технологию его изготовления.Thus, the proposed design makes it possible to increase the starting characteristics of an asynchronous motor and expand the functionality of a fail-safe five-phase asynchronous motor with a combined stator winding, increase energy efficiency, and also simplify the design of the asynchronous motor and its manufacturing technology.

Claims (1)

Асинхронный двигатель, включающий ротор и статор с сердечником, в пазах которого расположены активные проводники двухслойной волновой обмотки с лобовыми проводниками, площадь поперечного сечения по крайней мере большинства которых в местах их соединения с активными проводниками упомянутой обмотки меньше усредненной по длине паза площади поперечного сечения соединяемых активных проводников, выполненных в виде плоских колец лобовых перемычек, снабжена двумя дополнительными плоскими кольцами с электропроводящими участками кольцеобразной формы по ширине кольца лобовых перемычек, закрепленными соосно на роторе в торцевых частях с небольшим воздушным зазором вблизи колец лобовых перемычек, отличающийся тем, что в пазах статора, число которых кратно пяти, расположена шаблонная обмотка с возможностью формирования десяти фаз, представляющих собой комбинацию двух схем обмоток, одна из них соединена в пятиугольник последовательно с шагом т, а вторая соединена в звезду с возможностью формирования при этом результирующих векторов магнитных потоков, имеющих между собой 72 электрических градуса.An asynchronous motor, including a rotor and a stator with a core, in the grooves of which there are active conductors of a two-layer wave winding with frontal conductors, the cross-sectional area of at least most of which at the points of their connection with the active conductors of the said winding is less than the cross-sectional area averaged over the length of the slot of the connected active conductors, made in the form of flat rings of frontal jumpers, is equipped with two additional flat rings with electrically conductive ring-shaped sections along the width of the ring of frontal jumpers, fixed coaxially on the rotor in the end parts with a small air gap near the rings of the frontal jumpers, characterized in that in the grooves of the stator, the number of which is a multiple of five, a template winding is located with the possibility of forming ten phases, which are a combination of two winding circuits, one of them is connected in a pentagon in series with a pitch of t, and the second is connected to a star with the possibility of forming in this case, the resulting vectors of magnetic fluxes having 72 electrical degrees between them.

Images