Результат интеллектуальной деятельности: Многофазная стержневая волновая обмотка статора асинхронного двигателя

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конструировании асинхронных электрических двигателей, питаемых от преобразователей частоты.

В обычных электрических машинах магнитопровод статора выполняется шихтованным на разнообразные диаметры, различной полюсности при равномерных пазах для разных типов обмоток (заявка на изобретение РФ №2004112990 RU Н02K 1/20, 27.10.2005).

Известны двухслойные и однотонные обмотки, укладываемые в пазы магнитопровода, изготавливаемые не сплошными, а из параллельно соединенных элементарных проводников с целью снижения эффекта вытеснения тока. Например, известна трехфазная однослойная волновая обмотка (авторское свидетельство №1035729, кл. Н02K 3/28, 15.08.1983, Бюл. №30) с числом полюсов 2р>2, имеющая а-р параллельных ветвей на фазу, начало каждой последующей параллельной ветви сдвинуто по отношению к началу предыдущей параллельной ветви фазы на 360 эл. град., а каждая параллельная ветвь фазы распределена на расточки статора, где 2р - число полюсов; q - целое число пазов на полюс и фазу; а - число параллельных ветвей; τ - полюсное деление. Трехфазная однослойная волновая обмотка по сравнению с известными техническими решениями позволяет уменьшить расход меди и изоляции за счет отсутствия групповых соединений, укорочения шага и уменьшения длины лобовых частей; уменьшить рассеяние в лобовых частях, уменьшить влияние высших гармоник на величину основной волны ЭДС, а также понизить трудоемкость изготовления обмотки и укладки ее в пазы.

Недостатком является невысокая технологичность укладки волновой обмотки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является многофазная стержневая волновая обмотка статора асинхронного двигателя (патент RU №2437197 Н02K 17/12, Н02K 3/12 от 20.12.2011, Бюл. №35), статор которого выполнен шихтованным, является однослойной, уложенной в пазы статора, а стержни обмотки выполнены сплошными. При этом высота стержня выбирается такой величины, чтобы коэффициент демпфирования на максимальной частоте питающего напряжения был не менее чем в два раза больше величины требуемого диапазона регулирования частоты вращения асинхронного двигателя. Кроме того, лобовые части сплошных стержней, предназначенных для укладки в четные пазы, находящиеся с одной стороны шихтованного статора, имеют большую длину, чем их лобовые части, находящиеся с другой стороны шихтованного статора, а находящиеся с той же стороны шихтованного статора лобовые части стержней, предназначенных для укладки в нечетные пазы шихтованного статора, имеют меньшую длину, чем их лобовые части, находящиеся с другой стороны шихтованного статора, при этом соединительные перемычки между сплошными стержнями расположены в плоскостях, количество которых равно числу пазов на полюс и фазу, при этом наиболее длинные соединительные перемычки расположены в плоскостях, наиболее удаленных от торцевой поверхности шихтованного статора.

При неоспоримых преимуществах приведенной выше многофазной стержневой обмотки недостатком данного устройства, выбранного в качестве прототипа является недостаточно высокая технологичность конструкции в связи с ее сложностью, свойственная практически всем неявнополюсным электрическим машинам, имеющим пазовую изоляцию, кроме того, из-за наличия пазовой изоляции ухудшаются условия охлаждения обмотки.

Задачей изобретения является повышение технологичности и улучшение охлаждения многофазной волновой обмотки статора за счет ее выполнения однослойной без пазовой изоляции при одном сплошном стержне в каждом пазу, а также за счет выполнения шихтованного магнитопровода статора сегментным с числом сегментов равным числу пазов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение технологичности статора асинхронного двигателя при сборке, а также улучшение охлаждения волновой обмотки, позволяющее повысить технические показатели асинхронного двигателя.

Технический результат достигается тем, что в многофазной стержневой волновой обмотке статора асинхронного двигателя, статор которого выполнен шихтованным, является однослойной, уложенной в пазы статора, а стержни обмотки выполнены сплошными, при этом высота стержня выбирается такой величины, чтобы коэффициент демпфирования на максимальной частоте питающего напряжения был не менее чем в два раза больше величины требуемого диапазона регулирования частоты вращения асинхронного двигателя, кроме того лобовые части сплошных стержней, предназначенных для укладки в четные пазы, находящиеся с одной стороны шихтованного статора, имеют большую длину, чем их лобовые части, находящиеся с другой стороны шихтованного статора, а находящиеся с той же стороны шихтованного статора лобовые части сплошных стержней, предназначенных для укладки в нечетные пазы шихтованного статора, имеют меньшую длину, чем их лобовые части, находящиеся с другой шихтованного стороны статора, при этом соединительные перемычки между сплошными стержнями расположены в плоскостях, количество которых равно числу пазов на полюс и фазу, а наиболее длинные соединительные перемычки расположены в плоскостях, наиболее удаленных от торцевой поверхности шихтованного статора, согласно изобретению, шихтованный магнитопровод статора собран из сегментов, причем число сегментов равно числу пазов и все сегменты изолированы друг от друга изоляционным покрытием, предотвращающим короткое замыкание сегментов между собой, а листы каждого сегмента скреплены методом пуклевки, в каждом пазу сегмента помещен сплошной стержень обмотки без пазовой изоляции, кроме того, по всей длине сегмента имеется дополнительный охлаждающий паз, а вся многофазная стержневая волновая обмотка статора асинхронного двигателя, помещенная в шихтованный магнитопровод статора, собранной из сегментов, заключена в непроводящий корпус с возможностью исключения замыкания сегментов между собой.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором показана многофазная стержневая волновая обмотка асинхронного двигателя, уложенная в статор сегментной конструкции.

Многофазная стержневая волновая обмотка статора асинхронного двигателя содержит шихтованный магнитопровод статора, собранный из сегментов 1, изолированных друг от друга изоляционным покрытием 2, каждый сегмент 1 содержит паз 3 со стержневой обмоткой 4, пукли 5 для скрепления листов сегментов 1, дополнительный охлаждающий паз 6 по всей длине сегмента, многофазной стержневой волновой обмотки статора асинхронного двигателя с шихтованным магнитопроводом заключена в непроводящий корпус 7, чтобы исключить замыкание сегментов между собой.

В предлагаемом устройстве на пути распространения магнитного потока в тангенциальном направлении имеются зазоры в виде изоляционных покрытий 2 между сегментами 1. Чтобы исключить их влияние на величину магнитного потока предложено увеличить наружный диаметр шихтованного статора на величину, получаемую из расчета магнитной цепи. Увеличение наружного диаметра шихтованного статора дает возможность штамповать листы сегментов 1 с дополнительными охлаждающими пазами 6 по всей длине сегмента. Сборка шихтованного статора из сегментов 1 осуществляется в непроводящий корпус, чтобы исключить замыкание сегментов 1 между собой.

Таким образом, предлагаемое устройство многофазной стержневой волновой обмотки статора асинхронного двигателя имеет дополнительные преимущества:

1) технологичность устройства увеличивается по сравнению с прототипом благодаря отсутствию пазовой изоляции, т.к. сокращается число операций при сборке;

2) охлаждение обмотки улучшается, т.к. каждый сплошной стержень обмотки при отсутствии пазовой изоляции приобретает дополнительное охлаждение за счет теплового контакта с сегментом, в который он помещен, и наличию дополнительного охлаждающего паза, при этом технические показатели асинхронного двигателя, такие как ток статора и, соответственно момент двигателя могут быть увеличены.