Катушка обмотки возбуждения асинхронной электрической машины трехфазного переменного тока
Текст
(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ КАТУШКА ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ АСИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(71) Заявитель Омельницкий Александр Иванович(72) Автор Омельницкий Александр Иванович(73) Патентообладатель Омельницкий Александр Иванович(57) 1. Катушка обмотки возбуждения асинхронной электрической машины трехфазного переменного тока, содержащая многовитковые электромагнитные катушки обмоток возбуждения статора, отличающаяся тем, что катушка обмотки выполнена одновременно,по меньшей мере, двумя параллельными обмоточными проводами. 2. Катушка по п. 1, отличающаяся тем, что обмоточный провод представляет собой одножильный изолированный обмоточный провод.(56) 1. Кацман М.М. Электрические машины. - М. Высшая школа, 1983. - С. 91-123, 124181, 155. 2. Копылов И.П. Электрические машины. - М. Энергоатомиздат, 1986. - С. 39-82, 150211. 3. Атабеков В.Б. Ремонт трансформаторов и электрических машин. - М. Высшая школа, 1983. - С. 173-191, 78-80, 125-126, 252, 262. 4. Виноградов Н.В. Обмотчик электрических машин. - М. Высшая школа, 1977. - С. 627, 18, 23, 27, 40-43. 5. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. - М. Высшая школа, 1976. - С. 5-8, 43-49, 51-82, 268-276. Предложение относится к области электротехники, а именно к асинхронным электрическим машинам трехфазного переменного тока, и может быть использовано при проектировании, изготовлении и ремонте обмоток электромагнитного возбуждения статора электрических машин. Известны асинхронные трехфазные электродвигатели переменного тока 1, 2. Магнитопровод (сердечник) статора состоит из изолированного пакета тонколистовых штампованных заготовок с использованием электротехнической стали для уменьшения потерь на вихревые токи. Форма пазов и число пазов на статоре зависят от мощности и частоты вращения 2. Магнитное поле в электрической машине создается намотанными и равномерно уложенными по периметру в пазы статора катушками обмоток фаз, которые выполнены круг 56622009.10.30 лым или прямоугольным медным или алюминиевым одножильным изолированным электротехническим проводом с изоляцией от корпуса статора 1, 2, 4. Известны многочисленные конструкции силовых асинхронных электродвигателей и микродвигателей переменного тока 5. Традиционно в асинхронных электрических машинах в виду технологичности и простоты исполнения сложилась практика укладки (всыпки) в пазы статора многовитковых катушек обмоток, выполненных одножильным электротехническим изолированным круглым или прямоугольным медным или алюминиевым обмоточным проводом 4. Известна патент РФ 2174277, 2001 конструкция обмоток возбуждения статора с намоткой катушек обмоток параллельными элементарными проводниками с транспозицией по элементарному пазу в турбогенераторах, трехфазных асинхронных электродвигателях и синхронных электрических машинах большой мощности, а также в трансформаторах. Известно применение нескольких элементарных параллельных проводников с целью упрощения изготовления массивных обмоток возбуждения, имеющих большую массу и большие поперечные сечения мм 2, а также для уменьшения потерь на вихревые токи и разность индуктивных сопротивлений в пазах статора электромашин большой мощности 3, 4. Прототипом является обмотка возбуждения статора для асинхронных трехфазных электродвигателей серии 4 А, 4 АМ, АИ. В этих электродвигателях применяются всыпные обмотки с несколькими круглыми параллельными проводниками для облегчения монтажа в пазы статора с целью увеличения производительности труда, а также для замены одного большего по сечению проводника несколькими меньшими по сечению мм 2 4. Известные решения выполнения катушек обмоток одножильным проводом для электрических машин имеют следующие недостатки А) при увеличении количества витков в катушках обмоток незначительно возрастает напряженность магнитного поля, увеличиваются потери, потребляемая мощность, возрастают габариты катушки обмотки и электрической машины, вес и расход провода, уменьшается коэффициент полезного действия Б) при увеличении сечения мм 2 проводника уменьшаются потери, но и уменьшаются плотность тока, напряженность магнитного поля, магнитного потока, электродвижущей силы и электромагнитного момента ротора, коэффициент полезного действия В) при уменьшении количества витков в катушках обмоток уменьшаются потери, напряженность магнитного поля, магнитный поток, электродвижущая сила и коэффициент полезного действия Г) малые электромашины и микромашины трехфазного переменного тока имеют низкий коэффициент полезного действия. Основной задачей заявляемого предложения является устранение этих недостатков, а именно снижение электрических потерь в проводниках и увеличение напряженности магнитного поля. Это позволяет создать сверхпроводящую катушку обмотки с увеличенной(форсированной) намагничивающей силой и основным магнитным потоком. Все это позволяет увеличить электродвижущую силу, электромагнитный момент ротора, коэффициент полезного действия и номинальную мощность. При этом уменьшатся потери энергии,потребляемой мощности, габариты и вес, расход материалов, экономится электроэнергия. Поставленная задача решается выполнением многовитковых электромагнитных катушек обмоток фаз возбуждения, уложенных в пазы статора асинхронного электродвигателя трехфазного переменного тока одновременно несколькими, по меньшей мере, двумя параллельными обмоточными проводами. При этом проводник представляет собой одножильный изолированный обмоточный провод преимущественно круглого, прямоугольного или любой другой геометрической формы сечения. Обмоточный провод выполнен из меди, алюминия или электропроводных сплавов. 56622009.10.30 Сущность технического решения заключается в использовании в катушке обмотки при намотке одновременно нескольких или, по меньшей мере, двух параллельных изолированных друг от друга проводников одинакового поперечного сечения, мм 2, меньшего суммарного сечения, мм 2 или того же суммарного сечения, мм 2 в сравнении с обмоточными данными при намотке катушек обмоток традиционно одним обмоточным проводом мм 2. Выбор количества проводников шт. и количества витков как общего суммарного сечения мм 2, так и сечения мм 2 отдельного проводника зависит от получения одного из вариантов требуемого результата. Эти параметры рассчитываются или подбираются опытным путем. Применение при намотке катушек обмоток нескольких штук параллельных обмоточных проводов одинакового поперечного сечения мм 2 уменьшает общее сопротивление и электрические потери, уменьшает потребляемую мощность с увеличением коэффициента полезного действия и мощности. Суммарное увеличение количества витков за счет нескольких параллельных проводников позволяет увеличить напряженность магнитного поля и плотность тока. Получаемый технический результат позволяет увеличить номинальную мощность и экономить в среднем 30 электротехнической меди или произвести замену меди на алюминий с удельным сопротивлением около 0,02857 при температуре 20 С, пренебрегая разностью удельного сопротивления меди и алюминия без увеличения сечения последнего. Для снижения стоимости и веса изделия заменить медный провод алюминиевым. Известно, что алюминий обладает большим электрическим сопротивлением по сравнению с медью в 1,63 раза. Достаточно увеличить на 30 сечение алюминиевого провода, чтобы получить те же результаты, что и с медным проводом 4. При выполнении катушек обмоток несколькими параллельными обмоточными проводами общее сопротивление всех обмоточных проводов меньше сопротивления отдельных проводов ввиду их параллельного соединения и, как следствие, - увеличение (виртуальное) общей площади поперечного сечения, мм 2. Основываясь на этом законе физики, можно пренебречь разностью удельного сопротивления меди и алюминия и оставить сечение алюминиевого провода таким же, каким оно было при использовании медного обмоточного провода, или даже уменьшить общее суммарное сечение, мм 2 алюминиевых параллельных проводников на некоторую величину, определяемую расчетом или опытным путем. Количество изолированных проводников, их сечение, мм 2 и количество витков зависят от выбираемого варианта. Поскольку плотность меди (С) - 8,9, а алюминия (А) - 2,7, то вес катушек обмоток возбуждения уменьшится почти в 2 раза. Нижеприведенные примеры подтверждают осуществимость заявленного изобретения,не ограничивая этими примерами весь объем притязаний. Пример 1. Замена медного проводника на параллельные алюминиевые (для понимания сущности предложения приводится отвлеченный пример). Асинхронная электрическая машина трехфазного переменного тока выполнена традиционно с характеристиками сечение электротехнического медного изолированного одножильного круглого провода диаметром 0,45 мм соответствует поперечному сечению 0,159 мм 2 количество витков в фазе 408 средняя длина одного витка около 0,3 метра число проводников в пазу 102. Все расчеты ведем по известным формулам.(0,0172123,87)/0,159 мм 213,4 Ом - сопротивление в традиционном варианте. Для использования алюминиевого проводника взамен медного нам необходимо иметь поперечное сечение больше в 1,63 раза или мм 2 должно быть около 0,1591,630,259 мм 2. 3 56622009.10.30 В сравниваемом варианте вместо меди используем алюминий с 2-мя параллельными круглыми изолированными проводниками одинакового сечения диаметром 0,28 мм, суммарным общим сечением 0,061520,1231 мм 2. Поперечное сечение получаем меньше почти в два раза. Для достижения необходимого результата принимаем 400 витков. Средняя длина витка около 0,28 м. Итого с учетом 2-х параллельных проводников 4002800 витков, что почти в два раза больше, чем в традиционном варианте. Отсюда 0,28400112 метров.(0,02857112)/0,1231 мм 226 Ом. Электрическое сопротивление почти в два раза больше, чем в традиционном варианте, и сопротивление уменьшилось только за счет уменьшения длины провода. Но поскольку у нас 2-а параллельных проводника если общ./, то тогда общ.26/213 Ом, что даже меньше на 0,4 Ом, чем в традиционном варианте. Габаритные размеры и вес катушки уменьшатся почти в два раза, уменьшится общий расход более дешевого и легкого алюминиевого провода. Пример подтверждает возможность замены медного проводника несколькими параллельными алюминиевыми без увеличения сечения и уменьшения мощности. Пример 2. Использование нескольких медных параллельных проводников с целью улучшения характеристик и экономии медного провода (для понимания сущности предложения приводится отвлеченный пример). Таблица 1 Заявляемый вариант с Параметры электрической машины пеТрадиционный вариант параллельными проременного тока 220 вольт, 50 Гц водниками Количество проводников, шт. 1 2 Сечение медного обмоточного провода,Ф 0,224 мм 2 шт. 0,159 мм 2 0,039420,0788 Количество витков, шт. 408 3682736 Средняя длина витка, метр 0,294 0,28 Основные отличия вариантов исполнения Таблица 2 Традиционное Сечение 0,159 мм 2 Количество витков 408 Длина провода (витков)123,87 м Заявляемое сечение суммарное 0,0788 мм 2 количество витков 368/736 витков длина провода (витков)103 м меньше длина провода, соответственно меньше потери энергии и меньше потребляемая мощность электродвигателем, меньший расход медного обмоточного провода Все расчеты производим по известным формулам. Сопротивление вычисляем по формуле/,где- удельное сопротивление меди, Ом, - длина обмоточного провода, в метрах, - сечение обмоточного провода, в мм 2,(0,0172123,87)/0,159 мм 213,4 Ом - в традиционном варианте,(0,0172103)/0,0788 мм 222,48 Ом - больше, чем в традиционном варианте. 4 56622009.10.30 Но при параллельном соединении активных проводников сила тока складывается, а напряжение остается постоянным. Так как об 12, то б 12. следовательно, об 12, об 12, 1//11/2. Если 12, то общ./,где- количество параллельных проводников, шт. Но, поскольку у нас 2-а параллельных проводника одинакового сечения, то тогда общ.22,48/211,24 Ом, сопротивление меньше в сравнении с традиционным вариантом(13,4 Ом). Так как 12 и из закона Омаследует, 1122. Силы тока распределяются по ветвям проводников обратно пропорционально их сопротивлениям. Уменьшается общее сопротивление бщ., и согласно закону Ома/, ампер - возрастает сила тока , ампер. Одновременно получаем уменьшение потерь энергии РЭл.пот., вт, в катушках обмоток возбуждения. Формула электрических потерь в обмотке статора выглядит РЭл.потерь 12, вт 1. В предлагаемом техническом решении формула электрических потерь примет вид и будет выглядеть РЭл. потерь 1/шт.2, вт,где шт. - количество активных параллельных проводников одинакового сечения мм 2. Уменьшение потерь энергии на нагрев будет выглядеть РЭл.потерь 2, Вт 16,4213,43604 вт. в традиционном варианте. РЭл.потерь 1/шт.2, Вт 0,519,57211,242153 вт. или потери уменьшились на 40 в сравнении с традиционным вариантом изготовления электродвигателей, а это, в свою очередь, позволяет увеличить К.П.Д. и мощность с уменьшением потребления электроэнергии. Все это особенно актуально в связи с недавним принятием развитыми странами мира более жестких норм по отношению экономии электроэнергии. Положительный эффект заключается в решении актуальной технической проблемы создания электрических машин с высокими удельными энергетическими характеристиками, уменьшением габаритно-установочных размеров и массы, а также с улучшением экономических и эксплуатационных показателей, а именно уменьшение электрического сопротивления и потерь энергии уменьшение расхода провода и других электротехнических материалов уменьшение потребляемой мощности и эксплуатационных расходов уменьшение габаритно-установочных размеров и массы увеличение коэффициента полезного действия и коэффициента мощности увеличение электромагнитного момента и номинальной мощности увеличение напряженности магнитного поля и плотности тока увеличение магнитного потока и электродвижущей силы замена медного обмоточного провода алюминиевым без увеличения сечения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5
МПК / Метки
Метки: обмотки, асинхронной, возбуждения, катушка, электрической, машины, трехфазного, переменного, тока
Код ссылки
<a href="https://by.patents.su/5-u5662-katushka-obmotki-vozbuzhdeniya-asinhronnojj-elektricheskojj-mashiny-trehfaznogo-peremennogo-toka.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Катушка обмотки возбуждения асинхронной электрической машины трехфазного переменного тока</a>
Предыдущий патент: Стоматологическое зеркало
Следующий патент: Гофрированный картон для коробчатой упаковки
Случайный патент: Пасечный электродымарь