Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток
Для многоуровневых двухслойных обмоток электрических машин, состоящих из простых волновых или простых петлевых жестких катушек, получены расчетные соотношения, позволяющие определить размеры лобовых частей катушек для каждого уровня их расположения в пазах статора. Для багаторівневих двошарових обмо...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143207 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток / А.С. Юрьев, Л.П. Кульшицкий, Э.Г. Евзикова // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 42-44. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860011852894830592 |
|---|---|
| author | Юрьев, А.С. Кульшицкий, Л.П. Евзикова, Э.Г. |
| author_facet | Юрьев, А.С. Кульшицкий, Л.П. Евзикова, Э.Г. |
| citation_txt | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток / А.С. Юрьев, Л.П. Кульшицкий, Э.Г. Евзикова // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 42-44. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | Для многоуровневых двухслойных обмоток электрических машин, состоящих из простых волновых или простых петлевых жестких катушек, получены расчетные соотношения, позволяющие определить размеры лобовых частей катушек для каждого уровня их расположения в пазах статора.
Для багаторівневих двошарових обмоток електричних машин, що складаються із простих хвильових або простих петльових жорстких котушок, отримано розрахункові співвідношення, що дозволяють визначити розміри лобових частин котушок для кожного рівня їх розташування у пазах статора.
For multilevel double-layer windings of electrical machines, composed of simplex wave or simplex rigid lap coils, a calculation procedure of coil end parts for each level of its layout in the stator slots has been developed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:42:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
42 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3.
УДК 621.313.045
А.С. Юрьев, Л.П. Кульшицкий, Э.Г. Евзикова
ОСОБЕННОСТИ ГЕОМЕТРИИ КАТУШЕК МНОГОУРОВНЕВЫХ ОБМОТОК
Для багаторівневих двошарових обмоток електричних машин, що складаються із простих хвильових або простих
петльових жорстких котушок, отримано розрахункові співвідношення, що дозволяють визначити розміри лобових
частин котушок для кожного рівня їх розташування у пазах статора.
Для многоуровневых двухслойных обмоток электрических машин, состоящих из простых волновых или простых
петлевых жестких катушек, получены расчетные соотношения, позволяющие определить размеры лобовых частей
катушек для каждого уровня их расположения в пазах статора.
ВВЕДЕНИЕ
Для создания надежных обмоток электрических
машин необходимо совершенствовать конструкцию
катушек обмоток.
К примеру, распределенные двухслойные обмотки
статоров тяговых асинхронных электродвигателей, пи-
таемых от преобразователя частоты, необходимо про-
ектировать таким образом, чтобы эффективные про-
водники по всей длине витков катушек имели не витко-
вую, а корпусную изоляцию, иначе есть вероятность
пробоя витковой изоляции проводников импульсным
(пиковым) напряжением от преобразователя.
Если катушки выполнены многовитковыми, то на-
нести корпусную изоляцию по всей длине каждого вит-
ка катушки невозможно. С этой целью вместо много-
витковой катушки можно применить соответствующее
количество одновитковых катушек. Технология изго-
товления и укладки в статор таких катушек значительно
упрощается и такая обмотка статора является более
надежной при эксплуатации электродвигателя.
Примером такой обмотки может быть схема
электрическая соединений, приведенная в [1].
При применении таких катушек (простых волно-
вых или простых петлевых) актуальной задачей конст-
руктора становится их размещение в зоне лобовых час-
тей, поскольку, если вместо, например, трехвитковых
катушек взять по три одновитковых, то они должны
быть расположены в статоре по высоте обмотки в трех
уровнях. Такая обмотка будет трехуровневой.
В практике ГП завода "Электротяжмаш" при
проектировании и производстве тяговых асинхронных
электродвигателей применяются двух– или трехуров-
невые двухслойные волновые обмотки статоров.
Для возможности укладки двухслойной много-
уровневой обмотки требуется точный расчет геомет-
рии лобовых частей катушки.
Катушки для каждого уровня расположения об-
мотки должны иметь различные геометрические раз-
меры лобовых частей, т.е. катушки должны быть не-
скольких исполнений.
Известные методы расчета жестких катушек [2-4]
более применимы для обычных одноуровневых двух-
слойных обмоток.
Расчет геометрии лобовых частей катушек мно-
гоуровневой двухслойной обмотки с применением
этих методов оказался громоздким и в процессе поис-
ка приемлемых решений авторами этой статьи была
разработана новая методика расчета лобовых частей
одновитковых катушек для многоуровневых двух-
слойных обмоток статоров машин переменного тока.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ ГЕОМЕТРИИ
ЛОБОВЫХ ЧАСТЕЙ КАТУШКИ
На рис. 1 представлена в двух проекциях одно-
витковая катушка волновой обмотки.
Согласно рис. 1
вв1нн11 sinsin α⋅=α⋅= llh , (1)
где h1 – вылет задней лобовой части катушки; l1н и l1в –
соответственно, длины нижней и верхней задней ло-
бовой части; α
н
и α
в
– соответственно, углы наклона
нижней и верхней задней лобовой части.
н
н1
н1 cosα
′
= l
l ;
в
в1
в1 cos α
′
= l
l , (2)
где l'1н и l'1в – соответственно, проекции длин нижней
и верхней задней лобовой части .
Проекции длин можно выразить как
н1
н
н1 360
β⋅
°
π=′ D
l ;
в1
в
в1 360
β⋅
°
π=′ D
l , (3)
где D
н
и D
в
– соответственно, диаметры расположения
в пазу поверхностей проводников нижней и верхней
сторон катушки; β1н и β1в – центральные углы нижней
и верхней задней лобовой части катушки.
Рис. 1. Параметры лобовых частей катушки
Отсюда
( )
н
к
н
sin
D
zb
π
⋅Δ+=α , (4)
( )
в
к
в
sin
D
zb
π
⋅Δ+=α , (5)
где b
к
– ширина лобовой части изолированной катуш-
ки; Δ – зазор между лобовыми частями двух соседних
катушек (величина зазора задается в зависимости от
принятой плотной или неплотной укладки); z – число
пазов сердечника статора.
Выражение (1) с учетом (2)–(5) примет вид
( ) ( )
в
к
в
в1в
н
к
н
н1н
cos360cos360 D
zbD
D
zbD
π
⋅Δ+⋅
α⋅°
β⋅π=
π
⋅Δ+⋅
α⋅°
β⋅π .
Преобразовав это выражение, получим
в
в1
н
н1
coscos α
β=
α
β или
в
н
в1
н1
cos
cos
α
α=
β
β .
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3. 43
Обозначим
К=
α
α=
β
β
в
н
в1
н1
cos
cos .
После преобразований
( ) 1в1в1в1в1н1
360
1 y
z
КК ⋅°=+⋅β=β+β=β+β ,
где y1 – задний шаг катушки (шаг по пазам).
)cos(cos
cos360
)1(
360
вн
в1
0
1
0
в1 α+α⋅
α⋅⋅=
+⋅
⋅=β
z
y
Kz
y , (6)
)cos(cos
cos360
вн
н1
0
н1 α+α⋅
α⋅⋅=β
z
y
. (7)
Выражения (1) и (2) с учетом (6) и (7) после пре-
образований
( )
вн
1н
н1 coscos α+α⋅
⋅π=
z
yD
l , (8)
( )
вн
1в
в1 coscos α+α⋅
⋅π=
z
yD
l , (9)
( )
( )
нвн
к1н
1 coscos Dz
zbyD
h
π⋅α+α⋅
⋅Δ+⋅⋅π= . (10)
Выражения (3) с учетом (6) и (7) после преобра-
зований
( )
вн
ннн
н1
coscos
cos
)1(
360
360 α+α⋅
α⋅⋅π=
+⋅
⋅⋅°⋅
°
π=
z
yD
Кz
КуD
l , (11)
( )
вн
в1в1в
в1 coscos
cos
)1(
360
360 α+α⋅
α⋅⋅π=
+⋅
⋅⋅°⋅
°
π=′
z
yD
Кz
КуD
l . (12)
Характерное в полученных формулах (6)-(12)
выражение
( )
вн
1
coscos α+α⋅z
y
назовем постоянной геометрии задних лобовых час-
тей катушки, обозначим его С
к1:
( )
вн
1
1к coscos α+α⋅
=
z
y
С . (13)
Выражения (6)–(12) с учетом (13) примут вид:
н1кн1 cos360 α⋅⋅°=β С , (14)
в1кв1 cos360 α⋅⋅°=β С , (15)
н1кн1 DСl π⋅= , (16)
в1кв1 DСl π⋅= , (17)
нн1кн1 cosα⋅π⋅=′ DСl , (18)
вв1кв1 cosα⋅π⋅=′ DСl , (19)
( )Δ+⋅⋅=
к1к1 bzСh . (20)
Аналогичные математические действия можно
выполнить и для передней лобовой части катушки,
учитывая, что углы наклона задних и передних лобо-
вых частей одинаковые.
В результате преобразований будет определена
постоянная геометрии передних лобовых частей ка-
тушки С
к2 и получены соотношения (рис. 1)
( )
вн
2
к2
coscos α+α⋅
=
z
y
С , (21)
где y2 – передний шаг катушки (шаг по выводам),
н2н2 DСl
к
π⋅= , (22)
в2в2 DСl
к
π⋅= , (23)
н2кн2 cos360 α⋅⋅°=β С , (24)
в2кв2 cos360 α⋅⋅°=β С , (25)
( )Δ+⋅⋅=
к2к2 bzСh . (26)
Размеры лобовых частей, рассчитанные по фор-
мулам (16), (17), (20), (22), (23), (26), образуют при
укладке катушек цилиндрические поверхности.
На практике лобовые части обмотки необходимо
поднять относительно поверхности расточки статора
на угол γ, равный 5-6°, причем, с учетом технологии
изготовления катушек с применением горбыля, этот
угол в расчете следует задать равным 8°.
Для получения необходимых конических по-
верхностей указанные выше размеры лобовых частей
следует разделить на косинус угла подъема лобовых
частей катушки (cos γ).
МЕТОДИКА РАСЧЕТА
Предлагаемая методика расчета несложная и по-
зволяет получить с приемлемой для производства
электрических машин точностью результаты расчета
геометрии катушек.
Исходными данными для расчета являются па-
раметры D
н
, D
в
, z, b
к
, Δ, y1, y2, γ.
Результатами расчета являются параметры лобо-
вых частей катушек многоуровневой двухслойной
обмотки, рассчитываемые по формулам:
( )
в
к
в
arcsin
D
bz
π
Δ+⋅=α ,
( )
н
к
н
arcsin
D
bz
π
Δ+⋅=α ,
( )
вн
1
1к coscos α+α⋅
=
z
y
С ,
( )
вн
2
2к coscos α+α⋅
=
z
y
С ,
γ
π⋅=
cos
н1к
н1
DС
l ,
γ
π⋅=
cos
в1к
в1
DС
l ,
нн1кн1 cosα⋅π⋅=′ DСl
вв1кв1 cosα⋅π⋅=′ DСl ,
н1кн1 cos360 α⋅⋅°=β С ,
в1кв1 cos360 α⋅⋅°=β С ,
( )
γ
Δ+⋅⋅=
cos
к1к
1
bzС
h ,
γ
π⋅=
cos
н2к
н2
DС
l ,
γ
π⋅=
cos
в2к
в2
DС
l ,
н2кн2 cos360 α⋅⋅°=β С ,
в2кв2 cos360 α⋅⋅°=β С ,
( )
γ
Δ+⋅⋅=
cos
к2к
2
bzС
h .
Методика применима для расчета лобовых час-
тей одновитковых катушек любого уровня располо-
жения. Для расчета геометрии катушки конкретного
уровня необходимо задать соответствующие этому
уровню диаметры расположения в пазу поверхностей
проводников нижней и верхней сторон катушки D
нi и
D
вi (рис. 2).
ПРИМЕР РАСЧЕТА
В качестве примера приведен расчет лобовых
частей катушек трехуровневой обмотки статора тяго-
44 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2009. №3.
вого асинхронного электродвигателя АД902У2.
После заполнения конструктором паза сердечни-
ка статора обмоточным проводом и изоляцией по вы-
соте и ширине для первого, второго и третьего уров-
ней расположения катушек определяются: диаметры
расположения в пазу поверхностей проводников ниж-
ней и верхней сторон катушек трех исполнений, ши-
рина лобовой части изолированной катушки, величина
зазора между двумя соседними катушками в зависи-
мости от укладки лобовых частей и задаются осталь-
ные исходные данные.
Исходные данные расчета приведены в табл. 1.
Результаты расчета лобовых частей катушек трех
исполнений приведены в табл. 2 и 3.
Полученные параметры лобовых частей катушек
используются при разработке чертежей катушек и
приспособлений для их изготовления.
Таблица 1
Исходные данные к расчету
Значения параметров
для исполнений катушек
Параметры
1 2 3
D
нi, мм 345 368 390
D
вi,мм 357 379 401
z 36
b
к
, мм 7,9
Δ, мм 0,1
y1 8
y2 10
γ, град. 8
Рис. 2. Паз статора, заполненный двухслойной
трехуровневой обмоткой
Таблица 2
Параметры задних лобовых частей катушек
Значения для исполнений катушек Параметры
1 2 3
α
н
, град. 15,4 14,4 13,6
α
в
, град. 14,9 14 13,2
С
к1, мм 0,116 0,115 0,114
l1н, мм 121 128 135
l1в, мм 125 132 139
l'1н, мм 115 122 130
l'1в, мм 119 126 134
β1н, град. 39,7 39,8 39,9
β1в, град. 40,3 40,2 40,1
h1, мм 33 34 35
Таблица 3
Параметры передних лобовых частей катушек
Значения для исполнений катушек Параметры
1 2 3
С
к2, мм 0,144 0,143 0,142
l2н мм 151 160 169
l2в, мм 156 165 174
β2н, град. 49,7 49,8 49,9
β2в, град. 50,3 50,2 50,1
h2, мм 40 41 42
ВЫВОДЫ
Для повышения надежности обмоток статора
многовитковые катушки с витковой изоляцией можно,
не изменяя обмоточных данных статора, заменить
соответствующим количеством одновитковых кату-
шек с нанесенной по всей длине катушек корпусной
изоляцией. При этом обычная одноуровневая двух-
слойная обмотка выполняется как многоуровневая.
Для размещения многоуровневых обмоток стато-
ров машин переменного тока разработана новая мето-
дика расчета катушек, основой которой являются по-
лученные математические выражения постоянных
геометрии лобовых частей катушек.
Методика расчета геометрии катушек много-
уровневых обмоток прошла успешную апробацию и
использовалась при разработке тяговых асинхронных
электродвигателей АД902У2 для вагонов метрополи-
тена (1994 г.), АД914У1 для грузопассажирского
электровоза ДС-3 производства ДЭВЗ – Сименс
(2004 г.), АД917УХЛ1 для грузовых тепловозов
(2008 г.) и при проектировании тяговых асинхронных
электродвигателей для трамваев и троллейбусов.
Методика расчета геометрии катушек много-
уровневых обмоток статора может быть адаптирована
применительно к многоуровневым обмоткам якорей
машин постоянного тока.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Юрьев А.С. Патент Украины № 30838. Спосіб виготов-
лення багатошарової обмотки статора електричної машини.
2. Зимин В.И. и др. Обмотки электрических машин. М.:
Энергия, 1975.- С. 268-273.
3. Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических ма-
шин. М.: Энергия, М., 1969.- С. 90-92.
4. Постников И.М. Проектирование электрических машин.
Киев: Издательство технической литературы УССР, 1960.-884с.
Поступила 02.02.2009
Юрьев Алексей Семенович,
Кульшицкий Леонид Петрович,
Евзикова Эммануэлла Гиршевна
ГП завод "Электротяжмаш"
Украина, 61055, Харьков, пр-т Московский, 299
тел. (0572) 956503
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-143207 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:42:47Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Юрьев, А.С. Кульшицкий, Л.П. Евзикова, Э.Г. 2018-10-26T18:00:06Z 2018-10-26T18:00:06Z 2009 Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток / А.С. Юрьев, Л.П. Кульшицкий, Э.Г. Евзикова // Електротехніка і електромеханіка. — 2009. — № 3. — С. 42-44. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2074-272X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143207 621.313.045 Для многоуровневых двухслойных обмоток электрических машин, состоящих из простых волновых или простых петлевых жестких катушек, получены расчетные соотношения, позволяющие определить размеры лобовых частей катушек для каждого уровня их расположения в пазах статора. Для багаторівневих двошарових обмоток електричних машин, що складаються із простих хвильових або простих петльових жорстких котушок, отримано розрахункові співвідношення, що дозволяють визначити розміри лобових частин котушок для кожного рівня їх розташування у пазах статора. For multilevel double-layer windings of electrical machines, composed of simplex wave or simplex rigid lap coils, a calculation procedure of coil end parts for each level of its layout in the stator slots has been developed. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток Peculiarities of multilevel windings coils geometry Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток Юрьев, А.С. Кульшицкий, Л.П. Евзикова, Э.Г. Електричні машини та апарати |
| title | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток |
| title_alt | Peculiarities of multilevel windings coils geometry |
| title_full | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток |
| title_fullStr | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток |
| title_full_unstemmed | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток |
| title_short | Особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток |
| title_sort | особенности геометрии катушек многоуровневых обмоток |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/143207 |
| work_keys_str_mv | AT ûrʹevas osobennostigeometriikatušekmnogourovnevyhobmotok AT kulʹšickiilp osobennostigeometriikatušekmnogourovnevyhobmotok AT evzikovaég osobennostigeometriikatušekmnogourovnevyhobmotok AT ûrʹevas peculiaritiesofmultilevelwindingscoilsgeometry AT kulʹšickiilp peculiaritiesofmultilevelwindingscoilsgeometry AT evzikovaég peculiaritiesofmultilevelwindingscoilsgeometry |