Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_345
.pdf
обратном порядке с теми же общими концевыми соединениями. Разумеется, следует понимать, что в
сочетании с обмоткой 26 с низким сопротивлением будет использоваться короткозамкнутая вторичная
обмотка с высоким сопротивлением, аналогичная обмотке 20 типа «беличья клетка».
Шаг обмоток с низким сопротивлением 21, 25 и 26 в каждом случае составляет 100%, или полный шаг.
Предложенная нами составная вторичная обмотка обеспечивает несколько цепей для вторичных токов и в
этом отношении аналогична «двойной короткозамкнутой обмотке», в которой одна короткозамкнутая обмотка
имеет низкое сопротивление и высокую индуктивность, а другая – высокое сопротивление и низкую
индуктивность. Многовитковая обмотка типа «двойная беличья клетка» сглаживает вершину кривой крутящего
момента в точке максимального крутящего момента, делая тем самым крутящий момент более равномерным
или почти равномерным в более широком диапазоне скоростей. Такое сглаживание кривой крутящего
момента иногда бывает полезным. Многоконтурная вторичная обмотка нашего изобретения, вероятно,
обладает этой характеристикой в незначительной степени, но эту характеристику можно усилить, увеличив
реактивное сопротивление обмотки с низким сопротивлением, чего можно очень эффективно добиться,
исключив некоторые из 70 высокоомных проводников с короткозамкнутым ротором. «Отсутствие
высокоомного стержня в обмотке короткозамкнутого ротора увеличивает реактивное сопротивление
проводников низкоомной обмотки, занимающих тот же 75-й паз, и, следовательно, увеличивает реактивное
сопротивление цепей, частью которых является этот проводник».
Предпочтительно, реактивное сопротивление каждой многоцепочечной обмотки с низким сопротивлением
соответственно увеличивается на 80% за счет исключения одной или нескольких высокоомных проводящих
шин для каждой многоцепочечной обмотки. Для того чтобы эффективное сопротивление вторичной обмотки
не увеличивалось настолько из-за отсутствия высокоомных проводников, что это могло бы снизить
эффективность работы двигателя на высоких скоростях, мы предпочитаем увеличить сечение высокоомных
проводников той же последовательной цепи, в которой отсутствует один или несколько проводников. Данная
модификация изобретения показана на фиг. 7 чертежей. Обозначения на схеме представляют собой
8-полюсную шестифазную первичную обмотку, имеющую основной компонент и отключаемый компонент.
В обмотке 201 с короткозамкнутым ротором и высоким сопротивлением отсутствуют три проводящих стержня,
по одному в каждой цепи, соответствующей трем многоцепочечным цепям обмотки 21 с низким
сопротивлением. Таким образом, первый пропущенный проводник находится в том же пазу, что и один из
проводников фазного ремня а, второй пропущенный проводник находится в том же пазу, что и один из
проводников фазного ремня b, 105, а третий пропущенный проводник имеет такое же отношение к фазному
ремню c. Симметрия обмотки максимально сохраняется за счет исключения этих трех стержней.
Сопротивление остальных стержней обмотки короткого замыкателя 110 несколько меньше, чем если бы
некоторые стержни не были исключены. Таким образом, один паз увеличивает реактивное сопротивление
вторичной цепи за счет исключения высокоомной проводящей шины, а другой паз уменьшает сопротивление
вторичной цепи за счет замены высокоомной проводящей шины типа «беличья клетка» на шину с низким
сопротивлением. Таким образом, коэффициент мощности микросхемы может быть снижен на 120% без
обязательного увеличения её импеданса, если это необходимо.
Наше изобретение предназначено для использования в многоскоростных асинхронных двигателях. Схема
такого двигателя представлена на рис. 8 рисунка X 1 v 173,556, а следующее описание этого рисунка укажет
способ применения изобретения к любому многоскоростному асинхронному двигателю. На рисунке символ 60
означает шестифазный, а QO — четвертьфазный, то есть двухфазный. Первичная обмотка двигателя
представлена на рис. Обмотка S предназначена для подключения к трехфазному источнику питания в
качестве 16-полюсной обмотки, а также для подключения к четвертьфазному или двухфазному источнику
питания в качестве 24-полюсной обмотки, как указано в обозначениях в верхней части рисунка. Изучение
обозначений покажет, что катушки, имеющие одинаковую фазу и направление тока для обоих полюсов,
расположены на расстоянии четырех и шести полюсов друг от друга на 16- и 24-полюсных обмотках
соответственно. Применяя принцип настоящего изобретения к этой первичной обмотке, основные и
отключаемые компоненты расположены на расстоянии четырех и шести полюсов друг от друга для 16- и
24-полюсных номеров соответственно, и, следовательно, активная и неактивная или холостые участки
первичной обмотки 2a5 охватывают четыре и шесть полюсов для 16- и 24-полюсных номеров соответственно.
Иными словами, основной компонент первичной обмотки состоит из чередующихся секций с четырьмя и
шестью смежными полюсами в 16- и 24-полюсной компоновке соответственно, тогда как отключаемый
компонент первичной обмотки состоит из других чередующихся секций с четырьмя и шестью полюсами.
Минимальное число полюсов для магнитной симметрии при такой комбинации из 4 и 6 полюсов составляет 16
и 24 полюса.
На фиг. 8 чертежей показана обмотка 30 с низким сопротивлением, воплощающая принципы нашего
настоящего изобретения. Катушки этой обмотки соединены таким образом, чтобы образовать закороченную
вторичную обмотку с низким сопротивлением как для 16-, так и для 24-полюсного соединения первичной
обмотки, а также для взаимодействия посредством трансформаторного действия с вторичной обмоткой с
высоким сопротивлением, когда чередующиеся участки из четырех или шести смежных полюсов для 16- или
24-полюсной первичной обмотки неактивны или не используются.
Катушки под фазным ремнем а соединены в замкнутую цепь с катушками, аналогичным образом
расположенными под фазным ремнем а, на расстоянии четырех полюсов от него по сравнению с 16-полюсной
схемой. Для большей ясности на рис. 8 показаны только цепи катушек под фазными лентами a и a, но следует
понимать, что остальные катушки обмотки аналогичным образом соединены в локальные короткие
замыкания.
Следует также понимать, что каждая локальная цепь может включать более двух групп катушек. Высокоомная
обмотка короткого замыкания, используемая совместно с низкоомной обмоткой:30, b)eeni опущена на рис. S
для упрощения чертежей. Следует отметить, что шаг обмотки вторичной обмотки с низким сопротивлением
составляет 100% для 16-полюсной схемы первичной обмотки и 130% для 24-полюсной схемы. Если обмотка
Becondarv:30 выполнена в виде 100% от полного шага обмотки относительно 24 первичных полюсов, то она
составит 6W621, процентов от полного шага относительно 16 первичных полюсов.
Шаг обмотки 30 следует выбирать таким образом, чтобы он наилучшим образом соответствовал конкретным
требованиям рассматриваемого случая.
При желании в цепь с низкоомной вторичной обмоткой можно включить внешнее сопротивление. Подобная
схема показана на рис. 9 чертежей, где символы 60 и QO имеют то же значение, что и на рис. 8, а 3p означает
трехфазный. Первичная обмотка S двигателя, схематически изображенного на этом рисунке, предназначена
для подключения к трем различным числам полюсов, как указано в обозначениях.
Таким образом, обмотка может быть подключена к трехфазному источнику питания либо как однополюсная
обмотка, либо как 32-полюсная обмотка, а также к четвертьфазному или двухфазному источнику питания как
24-полюсная обмотка.
Шаг в левой части легенды (диаграммы 91) указывает шаг первичной обмотки, а также низкоомной вторичной
обмотки 31 относительно конкретного полярного расположения первичной обмотки. Для большей ясности мы
изобразили обмотку 31 с одним проводником на фазном ремне, но на практике, как правило, на фазном ремне
будет несколько таких проводников. Первичная обмотка M0.
Как и вторичная обмотка двигателя 31, она расположена со 100% шагом относительно 24 первичных полюсов
и, следовательно, имеет шаг 2;,2 процента.
и 133 л/процента по отношению к 16 1 1 и 32 основным столбам соответственно.
Катушки обмотки 31 соединены с двумя комплектами коллекторных колец 33' и 34, так что относительно 24
первичных магнитных полюсов эта вторичная обмотка 11 имеет двенадцать цепей, соединенных параллельно
между коллекторными кольцами 33, и аналогично двенадцать цепей, соединенных параллельно между
кольцами 34. Для большей ясности на чертежах полностью показаны только соединения с I 2C,
коллекторными кольцами 3:3. Каждая катушка или группа катушек под фазными лентами p и p соединена
последовательно с аналогично расположенной катушкой или катушками, удаленными на шесть полюсов
относительно 24-полюсной схемы, и клеммы Y этих последовательно соединенных катушек или групп катушек
подключены к коллекторным кольцам 33. Катушки под фазными лентами q и g аналогичным образом
соединены с коллекторными кольцами 34. Таким образом, для 24-полюсного двигателя к каждому комплекту
коллекторных колец 33 и 34 будет подключено двенадцать таких последовательно соединенных катушек или
групп катушек. Трансформаторное действие между обмоткой 31 с низким сопротивлением и обмоткой 20 с
коротким замыканием и высоким сопротивлением достигается путем разомкнутия поочередных участков
первичной обмотки, охватывающих шесть смежных полюсов, как описано в связи с рис. 8.
Следует отметить, однако, что обмотка 31 фактически разомкнута при первичном магнитном поле, состоящем
из 24 полюсов. Таким образом, при такой полярной конфигурации эта обмотка может быть полностью
неактивна, и весь вторичный ток может быть вынужден протекать по обмотке 20 с высоким сопротивлением.
Однако, как правило, предпочтительнее предусмотреть внешние сопротивления 35, которые будут соединены
между коллекторными кольцами 33 и 34 соответственно, и таким образом замкнуть цепи обмотки 31.
Сопротивления 35 могут быть регулируемыми, и при их полном отключении, приводящем к короткому
замыканию колец 33 и 34 соответственно, обмотка становится электрически эквивалентной обмотке,
изображенной на рис. 8.
Хотя обмотка 31 фактически разомкнута на 24 полюса, она замкнута накоротко на 16 или 32 полюса. В
16-полюсной конфигурации катушки под фазными лентами a, b и c соединены с коллекторными кольцами 33,
образуя, по сути, короткозамкнутую обмотку, соединенную звездой, а катушки под фазными лентами a, b и c
аналогично соединены с коллекторными кольцами 34. В 32-полюсной схеме обмотка представляет собой
аналогично закороченную обмотку, соединенную звездой.
Единственное различие между короткими замыканиями для 16- и 32-полюсных схем заключается в том, что
для 32 полюсов цепи «p» и «q», подключенные к коллекторным кольцам 33 и 34 соответственно, несут токи в
одном направлении, тогда как для 16 полюсов токи в этих цепях «p» и «q» различаются на электрические
градусы. В дополнение к возможности подключения к внешнему резистору 56 для 24-полюсной схемы, эта
обмотка имеет более простую систему концевых соединений, состоящую из эвольвент, охватывающих группы
4, 6 или S полюсов по сравнению с 16-, 24- или 32-полюсной схемой 6(0).
Применение нашего настоящего изобретения к многоскоростному двигателю, описанному в нашем патенте №
143272, показано на фиг. 10 и 11. Двигатель, изображенный на этих рисунках, имеет четвертьфазную или
двухфазную первичную обмотку, состоящую из восьми цепей. Обычно одна из двух клемм этих восьми цепей
подключена к общему нейтральному проводу, а остальные восемь клемм соединены с соответствующим
выключателем для изменения подключения цепей к четвертьфазному источнику питания с целью получения
двух разных номеров полюсов. Восемь цепей первичной обмотки обозначены как Pp+, Pp-, Qq+, Qq-, Pq+, Pq-,
Qp+ и Qp-. Заглавными буквами обозначена фаза, в которой цепи подключены для одного полюса, а
строчными буквами — фаза, в которой цепи подключены для другого полюса. Буквы P и p обозначают фазу I,
а буквы Q и q — фазу II. Цепи с положительным знаком (+) имеют одинаковые 85 относительные клеммные
соединения относительно направления тока в обеих полярных схемах, тогда как цепи с отрицательным
знаком (-) имеют относительно обратные 90 клеммные соединения в обеих полярных схемах.
Каждый контур первичной обмотки разделен на две части, образуя основные и отключаемые компоненты
нашего изобретения. На рисунках 10 и 11 мы обозначили отключаемые компоненты штрихами (l). Обращаясь
теперь конкретно к рисунку 10, мы рассмотрим общий случай n- и mi-полюсного двигателя. Заглавные буквы
будут обозначать соединения для n полюсов, а строчные — соединения для n полюсов. Схема подключения
Tnpole представлена в векторном виде на рис. 11. Источник четвертьфазного или двухфазного тока
обозначается четырьмя проводниками, обозначенными буквами P и Q. Первичная обмотка имеет устройство
управления цепью, состоящее из двух выключателей 40 и 41. Последние два контакта l10 на левом конце
выключателя 40 образуют нейтральный замыкающий выключатель для n-полюсного соединения. Мы назовем
переключатель 40 главным переключателем, а переключатель 41 — переключателем маневрирования. Когда
главный выключатель 115 40 находится в левом положении, как основные, так и отключаемые компоненты
первичной обмотки подключены к источнику P-Q в виде n-полюсной обмотки.
Когда главный выключатель 40 120 переведён в правое положение, основной компонент первичной обмотки
подключается к источнику как mn-полюсная обмотка, а отключаемый компонент подключается для
взаимодействия с ним 125, когда выключатель 41 находится в левом положении S 173,556. Если
переключатель 41 перевести в положение «выкл», то отключаемый компонент первичной обмотки будет
неактивен или неактивен, а если переключатель 41 перевести в правое положение, то отключаемый
компонент первичной обмотки будет инвертирован относительно основного компонента. Разумеется, следует
понимать, что для двигателя, изображенного на этом рисунке, будет предусмотрена подходящая составная
или двухкомпонентная вторичная обмотка общего типа, описанного ранее; в схеме, показанной на рис. 11,
может быть использован несколько более простой механизм управления цепью. Каждая фаза источника
питания представлена двумя положительными выводами I P и Q и двумя отрицательными выводами -' и q.
Когда главный выключатель 42 переводится в левое положение, как основные, так и отключаемые
компоненты первичной обмотки подключаются к источнику в виде n-полюсной обмотки. Когда переключатель
42 переводится в правое положение, цепи Pp-, Pp+, Qq-, Qq+, Qp+, Qp-, Pq+ и Pq- основного компонента
подключаются к источнику, образуя замкнутые цепи и пропуская токи, и эти цепи будут создавать первичное
магнитное поле, эквивалентное
1 полюс. Цепи Plpm -, Pip1 P, QYq- _ Q'q'+, QWplm+ QWpl-, _Pmq+ и Plmq1- отключаемого компонента
фактически разомкнуты. Когда вспомогательный выключатель 44 замкнут, в цепи отключаемого компонента
подается нейтраль, и машина будет работать как обычный трехполюсный двигатель. — Способ
распределения обмоток первичной обмотки восьмиполюсного двигателя, описанного в спецификации нашего
патента № 143272, или, по сути, любого двигателя, между основным и отключаемым компонентами, как
полагается, будет понятен из приведенного выше описания. Ширина полюсов чередующихся активных и
неактивных ремней или участков первичной обмотки сначала определяется соотношением различных
полюсных номеров n, m и т. д., для которых должна быть подключена первичная обмотка. В случае
восьмиконтурного двигателя, показанного на рис. 10 и 11 (55), и, как правило, в случае других двигателей, все
обмотки в активных секциях, претерпевающие одинаковое электрическое изменение при переходе от одного
полюсного номера к другому, будут сгруппированы для образования цепей 6(0 Pp+, Pp- и т. д.) основного
компонента, в то время как все обмотки в неактивных или холостых секциях, претерпевающие одинаковое
электрическое изменение при изменении полюсных номеров, будут сгруппированы для образования цепей
Plm+, pip'- и т. д.
Предполагается, что конструкция подходящей низкоомной второй обмотки для двигателей, показанных на
рис. 10 и 11, станет очевидной ввиду вышеизложенных пояснений. Как видно, эти двигатели могут работать
как обычные высокоэффективные асинхронные двигатели с обоими номерами полюсов n и mi, но для
соединения полюсов rn может быть предусмотрена вторичная обмотка с высоким эффективным
сопротивлением mi путем деформации первичной обмотки в соответствии с принципами нашего настоящего
изобретения.
На рисунке 12 мы изобразили комбинацию двойного или двухкомпонентного двигателя, воплощающую
принцип настоящего изобретения. Комбинация включает два роторных сердечника 50 и 51, установленных на
общем валу.52. Первичные ws-входы 593 и i54 PolYphase электрически связаны с роторами 50 8 и 51
соответственно. Вторичная обмотка представляет собой двухпроводную обмотку, состоящую из обмотки с
коротким замыканием 5-3 с низким сопротивлением, общей для обеих первичных обмоток 5-3 и 54, и обмотки
с коротким замыканием 94 с высоким сопротивлением 56, установленной на роторе. Первичная обмотка 54
является разъединяющим компонентом моторного блока, и переключатель 57, соответствующий
переключателю 22 на рис. 2 и 3, предназначен для параллельного соединения двух первичных обмоток 53 и
54 с источником или для соединения с источником только первичной обмотки 5. Когда первичная обмотка
(w-winding)5 подключена только к источнику, индуцированная электродвижущая сила в стержнях обычной
короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя:
вызвать циркуляцию токов внутри себя.
В пазах сердечника ротора 51 стержни этой обмотки расположены линейно со стороны 10 с короткими
стержнями независимой высокоомной короткозамкнутой обмотки, которая, следовательно, действует как
короткозамкнутая вторичная обмотка трансформатора и пропускает ток, эквивалентный току первичной
обмотки трансформатора.
В таком трансформаторе с соотношением 1:1 сопротивление во вторичной обмотке в точности эквивалентно
сопротивлению в первичной обмотке. Пусть Ilt и t. обозначают относительные сопротивления двух обмоток
короткого замыкания в одном роторе, где I1 относится к обмотке OG5, а t') — к независимой обмотке OG5.
Общее сопротивление обоих моторных блоков составляет 211Ph Bm, а трансформатор с передаточным
отношением 1:1 1 2 (в роторе 51) и независимой короткозамкнутой обмоткой 56 фактически соединены
последовательно с обмоткой 55. Следовательно, общее виртуальное сопротивление вторичной обмотки
относительно активного двигателя составляет 2R1 + R, 173,55e. Ток намагничивания трансформатора,
образованный вторичными обмотками отключенного двигателя в аппарате на рис. 12, будет отводиться от
источника питания в виде дополнительного тока без потерь мощности, но при пониженном напряжении,
необходимом для запуска, сумма двух токов намагничивания относительно энергетических токов при запуске
не будет чрезмерной.
Работа аппарата с выключенной первичной обмоткой одного из моторных блоков особенно благоприятна в
условиях, когда выделяется относительно большое количество тепла. В данном случае оба роторных
сердечника могут использоваться для хранения и рассеивания тепла. Благодаря такому эффективному
трансформаторному взаимодействию между вторичными проводниками невозбуждаемого двигателя
значительное количество электрической энергии передается на высокоомную вторичную обмотку
невозбуждаемого двигателя, где тепловые и механические условия наиболее благоприятны для хранения и
рассеивания тепла, в которое эта энергия преобразуется. Таким образом, эффективное сопротивление
вторичной обмотки увеличивается, а ее мощность рассеивания энергии также возрастает без изменения ее
электрических соединений.
В данной работе мы показали и подробно описали некоторые варианты осуществления нашего изобретения с
целью объяснения его принципов и демонстрации его применения, однако многочисленные модификации
деталей конструкции и расположения этих вариантов осуществления и других применений станут доступны
специалистам в данной области техники.
Датировано 4 августа 1920 года.
Джон Грей, 83, Кэннон-стрит, Лондон, Восточная Англия, представитель заявителей.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования в области асинхронных двигателей и связанные с ними разработки.
Мы, компания THiE BRITISH TiioMs6N-llOUSTON COMPANY,-Y, LIMITED, британская компания,
зарегистрированный офис которой находится по адресу: Кэннон-стрит, 83, E.C. 4, настоящим заявляем о
характере данного изобретения (сообщение от General Electric Co.L.L., корпорации, организованной в
соответствии с законами штата Нью-Йорк, Шенектади, округ Шенектади, штат Нью-Йорк, Соединенные Штаты
Америки), и о том, каким образом оно должно быть выполнено, что подробно описано и установлено в
следующем заявлении:
Данное изобретение относится к асинхронным двигателям и имеет своей главной целью обеспечение
возможности получения увеличенного крутящего момента в асинхронном двигателе. Изобретение также
относится к многоскоростным асинхронным двигателям и в этой связи направлено на обеспечение простого и
удобного способа получения увеличенного крутящего момента на 6,5 дюйм·г для любого числа полюсов
двигателя без нарушения эффективной работы двигателя в нормальных условиях.
Обычный многофазный асинхронный двигатель с низкоомной вторичной обмоткой не обладает достаточным
пусковым моментом для многих целей. Настоящее изобретение направлено, в частности, на обеспечение
возможности удобного увеличения пускового момента многофазного асинхронного двигателя при
необходимости без ухудшения его желаемых рабочих характеристик в нормальных условиях. Как хорошо
известно, крутящий момент асинхронного двигателя наиболее эффективно изменяется путем изменения
эффективного сопротивления вторичной цепи двигателя. Однако, хотя увеличение крутящего момента при
запуске может быть достигнуто за счет увеличения эффективного сопротивления вторичной цепи, для
эффективной работы на скоростях, близких к синхронизму, сопротивление вторичной цепи должно быть
относительно низким, и, соответственно, увеличение эффективного сопротивления вторичной обмотки
следует поддерживать только до тех пор, пока сохраняется необходимость в увеличении крутящего момента.
В соответствии с настоящим изобретением, компания neans am-e предложила способ увеличения
эффективного сопротивления вторичной цепи асинхронного двигателя путем простого изменения соединений
первичной обмотки, которое может быть удобно выполнено при запуске или всякий раз, когда требуется
увеличение крутящего момента, без влияния на эффективную работу двигателя в нормальных условиях,
когда первичная обмотка подключена для создания первичного магнитного поля обычного типа.
Неравномерное первичное магнитное поле 105 создается путем отключения части первичной обмотки от
источника питания, так что результирующее первичное магнитное поле состоит из чередующихся активных
173,5056 и неактивные ремни. Таким образом, первичная обмотка разделена на два компонента, один из
которых приспособлен для независимого отключения от источника питания, что позволяет чередовать
активные и неактивные первичные обмотки. Таким образом, усовершенствованный двигатель снабжен
вторичной обмоткой, сконструированной таким образом, чтобы обеспечить путь с относительно низким
эффективным сопротивлением для нормального магнитного поля и путь с относительно высоким
эффективным сопротивлением для нерегулярного первичного магнитного поля, например, когда соединения
первичной обмотки 115 изменяются для получения увеличенного крутящего момента. Вторичная обмотка
сконструирована таким образом, что вторичные токи, индуцированные чередующимися активными ремнями
первичной обмотки, протекают через проводники вторичной обмотки, соответствующие неактивным ремням
первичной обмотки, и тем самым, благодаря трансформаторному действию, индуцируют вторичные токи в
соседних проводниках вторичной обмотки с высоким сопротивлением. Вторичная обмотка w представляет
собой составную или двойную обмотку, состоящую из обмотки с низким сопротивлением, включающей
множество замкнутых цепей, каждая из которых включает последовательно один или несколько проводников,
подверженных воздействию активных первичных ремней, и один или несколько проводников, подверженных
воздействию неактивных первичных ремней, и обмотки с высоким сопротивлением, имеющей проводники 3,
индуктивно связанные с проводниками обмотки w с низким сопротивлением, подверженной воздействию
неактивных первичных ремней.
Таким образом, вторичные токи, индуцированные в проводниках с низким сопротивлением активными
первичными ремнями, протекают путем проводимости через проводники с низким сопротивлением под
воздействием неактивных первичных ремней и, следовательно, посредством трансформаторного действия
индуцируют вторичные токи в индуктивно связанных проводниках с высоким сопротивлением.
Несколько модификаций и вариантов применения изобретения проиллюстрированы на чертежах,
оставленных вместе с временным разрешением. Описание, в котором: -5j Рис. 1 представляет собой
пояснительную схему многофазного асинхронного двигателя, сконструированного в соответствии с
изобретением; Рис. 2 представляет собой стандартную схему того же двигателя; Рис. 3 и 4 представляют
собой стандартные схемы, показывающие две модификации соединений первичной обмотки; Рис. 5
показывает модифицированный тип низкоомного компонента вторичной обмотки; Рис. 6 схематически
представляет двухфазный асинхронный двигатель в соответствии с изобретением, снабженный
модифицированной низкоомной обмоткой; Рис. 7 иллюстрирует модификацию вторичной обмотки; Рис. На
фиг. А и 9 показано применение изобретения к многополюсным двигателям; на фиг. 10 и 11 показано
применение изобретения к двухфазному двигателю, имеющему восьмиконтурную первичную обмотку,
расположенную таким образом, чтобы ее можно было соединить для двух разных полюсов; и на фиг. 12
показано применение изобретения к комбинации двигателей, имеющей два отдельных моторных блока.
Основные принципы изобретения лучше всего понять, обратившись к рис. 1. Обозначения a, b, c, b и c в
верхней части рисунка представляют шесть различных фаз обычного трехфазного первичного генератора.
Первичная обмотка так называемого трехфазного асинхронного двигателя обычно представляет собой
шестифазную обмотку с шестью фазными звеньями или секциями катушки на каждую пару полюсов. Этот
результат достигается путем установки на каждую пару полюсов двух фазных лент, в которых направление
тока относительно совпадает или смещено в фазе b на 180 электрических градусов для каждой из трех фаз
времени источника питания. Затем токи в соседних фазных лентах смещаются по фазе на 60 электрических
градусов, и обмотка 9,5 нав называется шестифазной первичной обмоткой. Такая трехполюсная обмотка
схематически представлена первым полным рядом символов a, T), C, n и т. д. на рис. 1. Таким образом, a и a
представляют собой фазные ленты или секции катушек, подключенные к фазе А, в которых токи имеют
относительно противоположное направление или сдвинуты по фазе на 181°, а b и b представляют собой
соответствующие фазные ленты, подключенные к фазе А. 1 0, к фазе B, а также к фазам C и E —
соответствующие фазные ремни, соединенные с фазой C. Все фазные ремни одной и той же фазы могут быть
электрически соединены друг с другом любым подходящим способом, например, последовательно,
параллельно или частично последовательно и частично параллельно, как это будет понятно специалистам в
данной области.
Первый ряд обозначений \, S и т. д. на рис. 1 обозначает полярное распределение основного вещества 1.
намотка.
Схема двигателя, представленная на рис. 1, имеет двойную или двухкомпонентную вторичную обмотку.
(Одной из частей или компонентов этой вторичной обмотки является обмотка короткого замыкания с высоким
сопротивлением 120 Ом.)
Вторая часть или компонент вторичной обмотки представляет собой многоволновую обмотку с низким
сопротивлением 21. Низковольтная резистивная обмотка 21 имеет столько же многократных цепей, сколько
пазов на полюс, а поскольку на рис. 1 показаны только три паза на полюс, обмотка имеет только три
многократных цепи. Каждая цепь представляет собой волнообразную обмотку, включающую последовательно
все стержни или проводники, которые аналогичным образом расположены под различными поверхностями.
В соответствии с нашим настоящим изобретением, первичная обмотка двигателя расположена таким
образом, что некоторые из ее катушек или цепей могут быть независимо подключены к источнику питания или
отключены от него таким образом, чтобы чередовать активные и неактивные или разомкнутые ремни.
Например, все фазные ленты двух соседних полюсов могут быть активны, в то время как все фазные ленты
следующей пары полюсов находятся в режиме ожидания.
Это условие мы схематически представили в последнем ряду легенды рисунка 2 (рис. 1). Следует отметить,
что первичная обмотка на чередующихся парах полюсов неактивна, так что активная часть первичной
обмотки, создающая крутящий момент, состоит только из оставшихся чередующихся пар полюсов. В этих
условиях активные обмотки статора или проводники индуцируют симметрично расположенные вторичные
токи, имеющие одинаковую величину на всех активных полюсах. В неактивных или простаивающих полюсах
этим токам будет противодействовать только импеданс, и они будут индуцировать под действием
трансформатора практически равные и противоположные по направлению токи в обмотке 20
короткозамкнутого ротора с высоким сопротивлением.
3
,5
Иными словами, те участки обмотки 21 с низким сопротивлением, которые расположены под неактивными или
разомкнутыми парами полюсов, будут действовать как первичная обмотка трансформатора, а вторичные
токи, протекающие через такие участки, будут индуцировать токи в соседних проводниках обмотки 20 с
высоким сопротивлением, которая, соответственно, будет действовать как вторичная обмотка
трансформатора. Таким образом, обмотка 20 с высоким сопротивлением образует существенную часть
активной вторичной цепи двигателя, и, соответственно, крутящий момент двигателя увеличивается.
На фиг. 2 чертежей мы в менее схематичной форме изобразили асинхронный двигатель, воплощающий наше
настоящее изобретение. На статорном элементе этого двигателя расположена шестифазная первичная
обмотка с углом 60 градусов и восемью полюсами, а фазные ремни обозначены теми же буквами, что и на
рис. 1. Переключатель 22 в положении справа соединяет все катушки первичной обмотки с трехфазным
источником питания 23, а в положении слева — соединяет с источником 23 только чередующиеся пары
полюсов. Ротор двигателя имеет описанную выше двойную вторичную обмотку, включающую высокоомные
компоненты 20 и 65, а также низкоомный компонент 21.
Таким образом, в соответствии с нашим настоящим изобретением, основная обмотка разделена на две
секции или компонента таким образом, что когда одна секция 70 отключается от источника питания, основная
обмотка состоит из чередующихся активных и неактивных ремней или секций. Для удобства в дальнейшем мы
будем называть ту часть первичной обмотки 7h, которая всегда соединена с источником, основным
компонентом, а ту часть, которая отключается от источника для получения увеличенного крутящего момента,
будем называть отключаемым компонентом. Аналогично расположенные катушки или фазовые ленты могут
быть электрически соединены между собой любым подходящим способом. В двигателе, изображенном на
рис. 2, два одинаково расположенных фазных ремня каждой из 85 обмоток компонентов соединены
последовательно, а группы фазных ремней, различающихся по фазе на 180 градусов, также соединены
последовательно. Другими словами, все фазные ремни a и a каждой обмотки первичной обмотки соединены
последовательно, и так далее для двух других фаз первичной обмотки.
Два компонента первичной обмотки могут быть соединены параллельно, последовательно или частично
последовательно и частично параллельно. На рис. 2 показано параллельное соединение этих двух
компонентов. На рис. 3 показано другое схематическое изображение первичной обмотки этого двигателя.
Здесь все отдельные фазные ремни a каждой обмотки компонента, соединенные последовательно,
параллельно или последовательно-параллельно, представлены обмоткой A, все фазные ремни a каждой
обмотки компонента представлены обмоткой A, и так далее. В правом положении переключатель 22
соединяет оба компонента первичной обмотки параллельно с трехфазным источником питания 23, а в левом
положении соединяет с источником только основной компонент. На рис. 4 два компонента первичной обмотки
соединены последовательно с источником, когда переключатель 221 находится в левом положении, тогда как
когда переключатель 22' находится в правом положении, к источнику подключен только основной компонент.
Когда две обмотки компонента соединены параллельно, на основной компонент подается одинаковое
напряжение независимо от того, работает ли он отдельно или совместно с отключаемым компонентом, тогда
как когда две обмотки компонента соединены последовательно, на основной компонент подается гораздо
большее напряжение при работе в одиночку, чем при работе совместно с отключаемым компонентом.
Разумеется, можно использовать любое промежуточное соединение двух обмоток компонентов между
прямым последовательным и прямым параллельным соединением.
Первичная обмотка асинхронного двигателя обычно представляет собой двухжильную петлевую обмотку.
В такой обмотке каждая катушка имеет две стороны, расположенные примерно на 180 электрических градусов
друг от друга. При применении нашего изобретения к такой обмотке между полностью активными и полностью
неактивными ремнями будут образовываться промежуточные зазоры, в которых активна половина
проводников на каждый паз. Включение обмотки с короткозамкнутым ротором с высоким сопротивлением в
состав вторичной цепи за счет трансформаторного действия будет менее эффективно под такими участками,
чем под полностью неактивными участками. Однако итоговый эффективный результат будет таким же, как
если бы активная и неактивная секции были однородными и имели ширину, равную ширине пары опор, что
будет ясно понятно специалистам в данной области. «Хотя в приведенном выше описании изобретения мы
для ясности предположили, что активный и неактивный ремни первичной обмотки однородны, специалистам в
данной области будет хорошо понятно, что наше изобретение обычно выполняется с двухрядной обмоткой, в
этом случае будут промежуточные пространства, наполовину активные и наполовину неактивные, как только
что описано.»
Далее будет показано, что могут использоваться и другие варианты распределения первичной обмотки,
например, можно изменять соотношение активных и неактивных ремней, не препятствуя формированию
синхронных групп всех катушек, при условии, что общее количество доступных цепей достаточно велико.
Вторичная обмотка с низким сопротивлением может быть разделена на короткие участки, каждый конец
которых соединен со специальными концевыми кольцами или с концевыми кольцами обмотки короткого
замыкания с высоким сопротивлением. Таким образом, максимальное напряжение вторичных цепей может
быть ограничено. Вторичная обмотка с низким сопротивлением также может быть обмоткой внахлест, и эти
модификации будут четко понятны при обращении к рис. 5 чертежей. Обмотку 25 на этом рисунке следует
рассматривать как замену обмотки 21 на рис. 1. Таким образом, обмотка 25 взаимодействует с высокоомной
короткозамкнутой обмоткой 20, образуя двойную вторичную обмотку для первичной обмотки, характеристики
которой представлены обозначениями на рис. 1. Обмотка 2 представляет собой обычную петлевую обмотку с
двумя слоями по 65 проводников на паз, собранными таким образом, что в каждой катушке проводники одной
стороны расположены в верхней части паза, а проводники другой стороны — в нижней части паза. На рис.
5,
Сплошные линии обозначают верхние проводники, а пунктирные — нижние. На каждой фазной ленте
первичной обмотки имеется три паза, и три катушки в этих трех пазах соединены последовательно. Три
последовательно соединенные катушки каждого фазного ремня соединены в локальную замкнутую цепь с
тремя последовательно соединенными катушками соответствующего фазного ремня следующего за ним
полюса. Таким образом, вся обмотка состоит из локально замкнутых цепей, каждая из которых включает
шесть катушек, три из которых расположены на расстоянии двух полюсов друг от друга, но в остальном
соответствуют трем другим. Катушки обмотки 2,5, расположенные под фазными ремнями a 85 и a, показаны
более толстыми линиями на рисунке Fi-. a, и показаны только концевые соединения этих катушек для лучшего
понимания принципа работы схемы. Разумеется, следует понимать, что катушки 90 под фазными лентами 1),
а также b, c и 7 аналогичным образом соединены для образования коротких локальных цепей. Когда
чередующиеся пары полюсов первичной обмотки неактивны или находятся в режиме ожидания, становится
очевидно, что каждый локальный контур вторичной обмотки 2,5 будет частично располагаться под активным
участком и частично под неактивным участком, и, следовательно, высокоомная вторичная обмотка
фактически включается в состав вторичной цепи двигателя за счет действия трансформатора.
Как уже упоминалось ранее, первичная обмотка обычного индукционного двигателя полифиазы обычно
представляет собой двухслойную обмотку 105 того же типа, что и обмотка (lg, представленная на рис. 5.
Таким образом, на схеме вторичная обмотка 25i может быть по существу аналогом первичной обмотки. Таким
образом, катушки вторичной обмотки lW 0 (295) обозначаются теми же обозначениями, что и
соответствующие фазные ленты первичной обмотки, причем катушки обозначаются обозначениями
первичных фазных лент 11,5, соответствующих проводникам в верхней части пазов. Если на данный момент
предположить, что на рис. 5 изображены катушки первичной обмотки, то специалистам в данной области
станет очевидно, что принципы 120 настоящего изобретения могут быть применены к этой обмотке путем
соединения групп катушек в соответствии с соответствующей схемой на рис. 2. Таким образом, будет
получена двухслойная обмотка, предназначенная для создания первичного магнитного поля с восемью
полюсами при подаче трехфазной электродвижущей силы и воплощающая принципы настоящего
изобретения.
Проводящие стержни обмотки короткого замыкания с высоким сопротивлением предпочтительно
располагаются в тех же пазах, что и проводники обмотки с низким сопротивлением. На рис. 2, 0() проводники
обмотки высокого сопротивления 20 расположены в нижней части пазов, а проводники волновой обмотки 21
— в верхней части пазов. В случае замены обмотки 2'1 на wifidin-25, обмотка 20 с короткозамкнутым ротором
предпочтительно имеет столько проводящих стержней, сколько пазов ротора, и тогда в пазах ротора будет
три концентрических ряда или слоя проводников.
На рис. 6 мы изобразили наше изобретение в виде четвертьфазного или двухфазного асинхронного
двигателя. Буквенные обозначения p) и pv обозначают фазные ремни первичной обмотки, подключенной к
фазе 1P и сдвинутой по фазе на 180 электрических градусов соответственно, а буквы q и q обозначают
фазные ремни первичной обмотки, подключенной к фазе Q и также сдвинутые по фазе на 180 электрических
градусов друг относительно друга. В соответствии с настоящим изобретением, эта четвертьфазная или
двухфазная первичная обмотка разделена на основной и отключаемый компоненты, причем чередующиеся
пары полюсов находятся в основном компоненте, а другие чередующиеся пары полюсов — в отключаемом
компоненте. Вторичная обмотка 26 с низким сопротивлением, закороченная накоротко, имеет тот же тип, что и
обмотка 25 на рис. 6.
Вместо множества независимых цепей, как в обмотке 25, в обмотке 20 все аналогичные локальные цепи
соединены параллельно четырьмя концевыми кольцами или концевыми соединениями 27 на каждом конце
обмотки. В четвертьфазной или двухфазной обмотке такого типа будет очевидно наличие четырех различных
групп локальных цепей. Первая группа включает катушки под полюсами p) и 7, соединенные последовательно
с аналогично расположенными катушками под следующей, но соседней парой полюсов. Другими словами,
катушки, расположенные аналогичным образом под воздействием активных участков первичной обмотки,
подключаются к общим концевым соединениям, тогда как катушки, расположенные аналогичным образом под
соответствующими участками неактивных или холостых секций, подключаются в обратном порядке к тем же
общим концевым соединениям. Разумеется, следует понимать, что высокоомная короткозамкнутая вторичная
обмотка, подобная обмотке типа «беличья клетка» 20, будет использоваться совместно с низкоомной
обмоткой 65 26.
Шаг низкоомных волокон 21, 25 и 26 в каждом случае составляет 100% от полного шага.
Усовершенствованная двойная вторичная обмотка, предложенная в нашем изобретении, может быть с
успехом использована в сочетании с первичными обмотками, в которых нерегулярное или искаженное
первичное магнитное поле получается иными способами, чем путем разомкнутой цепи на одном из участков
первичной обмотки.
Используемая в настоящем изобретении составная вторичная обмотка обеспечивает несколько цепей для
вторичных токов и в этом отношении аналогична вторичной обмотке с двумя короткозамкнутыми роторами, в
которой один короткозамкнутый ротор имеет низкое сопротивление и высокую индуктивность, а другой —
высокое сопротивление и низкую индуктивность. Многовитковая обмотка с 8,5 витками, выполненная по схеме
двойного короткозамкнутого ротора, сглаживает вершину кривой крутящего момента при максимальном
крутящем моменте, делая тем самым крутящий момент более равномерным или почти равномерным в более
широком диапазоне скоростей. Такое сглаживание кривой крутящего момента иногда бывает полезным.
Многоконтурная вторичная обмотка согласно настоящему изобретению, вероятно, обладает этой
характеристикой в незначительной степени, но эту характеристику можно усилить, увеличив реактивное
сопротивление обмотки с низким сопротивлением, чего можно очень эффективно добиться, исключив
некоторые из высокоомных проводников типа «беличья клетка» l 00. Отсутствие высокоомного стержня в
обмотке короткозамкнутого ротора увеличивает реактивное сопротивление проводников низкоомной обмотки,
занимающих тот же паз, и, следовательно, увеличивает реактивное сопротивление потерь в цепях, частью
которых является этот проводник.
Соседние файлы в папке патенты