ES2947261T3 - Devanado de máquina eléctrica con bobina central - Google Patents

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Abstract

Devanado de máquina eléctrica con bobina central en el centro del campo del par de polos y bobinas auxiliares en el campo de cada polo en el par de polos del estator. Las dos bobinas principales en cada par de polos del estator se reemplazan por una sola bobina central en el centro del campo del centro del polo. La potencia de la máquina eléctrica, del transformador y de la bobina dependen de elevar el área del núcleo de la misma a la segunda potencia. Para efectos de distribución de las potencias de las bobinas en una máquina eléctrica con bobinas auxiliares, se utiliza un factor que proporciona la carga adecuada para los núcleos del rotor y del estator. El número de ranuras en el estator se reduce aumentando el número de vueltas en la bobina central del campo. El estator se optimiza mediante el aprovechamiento de la raíz cuadrada de la potencia de una bobina sobre la zona del núcleo de la misma. En los compresores de refrigeración sellados herméticamente, el eje central macizo está alojado en el rotor. El núcleo central de los transformadores se reduce dos veces al doble del núcleo anular.

Description

DESCRIPCIÓN
Devanado de máquina eléctrica con bobina central
Devanado de máquina eléctrica con bobina central en el centro del campo en el par de polos y bobinas auxiliares en el campo de cada uno de los dos polos en el par de polos en el estator. El rotor de la máquina eléctrica es circular debido a la rotación en la máquina, se determina su área y la forma del núcleo. El estator debe garantizar una resistencia de campo adecuada en los lugares correctos con la ayuda del devanado. El devanado proporciona la potencia requerida en el lugar correcto por medio de una o más bobinas. La potencia de la bobina depende del número de vueltas en la bobina. Cuando el devanado consiste en varias bobinas en cada par de polos en el estator, la potencia se distribuye a las bobinas utilizando su correspondiente área en el área del núcleo del rotor elevada a la segunda potencia como base para la correcta distribución de la carga en la máquina y el máximo aprovechamiento del rotor y estator. Cada bobina en una máquina eléctrica transforma la electricidad del estator al rotor como un transformador. La potencia de la máquina eléctrica es la suma de las potencias de las bobinas y depende de elevar a la segunda potencia su área de núcleo en el rotor, que es el diámetro del rotor multiplicado por el ancho del rotor.
La potencia de una máquina eléctrica, de un transformador y de una bobina depende de su área de núcleo elevada a la segunda potencia. Potencia= B x A2. Potencia = W (vatio) o VA (voltio amperio). B = el flujo. A = el área de núcleo.
Según la presente invención, realizar un devanado de máquina eléctrica con bobina central en el centro del campo en el par de polos y bobinas auxiliares en el campo de cada uno de los dos polos en el par de polos en el estator.
En una máquina eléctrica con una bobina en cada uno de los dos polos del par de polos del estator, las dos bobinas se reemplazan por una bobina central en el centro del campo de cada par de polos del estator.
Según la presente invención, hacer más grande la ranura central en el par de polos en el estator y aumentar el número de vueltas en la bobina central en el centro del campo en el par de polos y ajustar las vueltas en las bobinas auxiliares.
En el motor universal y el motor de CC con una bobina en cada uno de los dos polos en el par de polos en el estator para unir las dos bobinas en una única bobina central en el centro del campo del estator. Las 2 bobinas en cortocircuito separadas en 4 ranuras en el rotor se unen en 2 ranuras radiales opuestas en el rotor.
La potencia de las máquinas eléctricas de diferentes tamaños se determina en función de su área de núcleo en el rotor elevada a la segunda potencia, que comprende el diámetro del rotor multiplicado por el ancho del rotor. Conseguir la potencia de una bobina en una máquina eléctrica con la función de elevar a la segunda potencia su área correspondiente en el núcleo del rotor estableciendo el número de vueltas en la bobina proporcional al área, que es el ancho efectivo del rotor multiplicado por la longitud de la cuerda en el rotor entre las dos líneas desde el centro del rotor hasta los dos centros de la bobina en el estator.
La distancia entre una ranura en el estator y la superficie exterior del estator depende de la función de la raíz cuadrada de la potencia de la bobina en esta ranura.
Las máquinas eléctricas multipolares se pueden bobinar con bobina central con o sin bobinas auxiliares en cada par de polos del estator. Las máquinas eléctricas multifásicas se pueden bobinar según el mismo principio que en la invención, bobinando una máquina eléctrica monofásica para cada fase.
Las máquinas eléctricas existentes.
La máquina eléctrica tiene un devanado con bobina principal con o sin bobinas auxiliares en cada uno de los dos polos en cada par de polos del estator. El volumen del rotor se utiliza como base para calcular la potencia de una máquina eléctrica. Cuando hay bobinas auxiliares en una máquina eléctrica, no se conoce ningún método eficaz para calcular la distribución de la potencia y el número de vueltas entre las bobinas que proporciona la carga adecuada del núcleo del rotor y el núcleo del estator. Cuando una bobina tiene muchas vueltas, absorbe más energía. Esto provoca la acumulación de calor, un mayor aumento de la temperatura que puede causar la posibilidad de quemar el aislamiento y cortocircuito en la bobina. El factor de potencia (cos $) y la eficiencia también se reducen. Este calentamiento es un desperdicio de energía. Casi siempre es la bobina más pequeña la que se quema debido a demasiadas vueltas, mientras que la bobina es la más cerrada.
El motor universal y el motor de CC tienen una bobina en cada uno de los dos polos del par de polos en el estator. Hay 2 bobinas en cortocircuito separadas en 4 ranuras en el rotor.
La compañía General Electric muestra en la patente de EE. UU. 3942055 las 4 ranuras más grandes para las bobinas principales con el mismo número de vueltas en la bobina. Las ranuras medio grandes se utilizan tanto para las bobinas auxiliares del devanado principal como para el devanado del arranque. Las ranuras más pequeñas son para el devanado del arranque. Las dos bobinas exteriores en un polo tienen por lo tanto el mismo número de vueltas.
El documento JP S5826555 A describe un estator de un pequeño motor de inducción monofásico que tiene dos polos y, más particularmente, se refiere a una forma mejorada y una utilización eficaz de un núcleo de estator de un motor de inducción con condensador que requiere solo una dirección de rotación.
El objetivo de la presente invención es superar las deficiencias mencionadas anteriormente y la solución a los problemas mencionados anteriormente se proporciona por medio de la presente invención como se define en la reivindicación independiente 1.
Mejoras.
Distribuyendo las potencias de las bobinas utilizando su correspondiente área del núcleo en el rotor elevada a la segunda potencia como base, el efecto de potencia aparente (VA) (voltio amperio) se mejora aproximadamente un 25 % en pequeños motores asíncronos con el diseño actual del rotor y el estator. El factor de potencia (cos $) y la eficiencia mejoraron significativamente. Al adaptar el diseño del estator y el rotor, se puede mejorar aún más la eficiencia. Genera menos calor y hay menos posibilidad de quemar el devanado. También se reduce la necesidad de enfriamiento. El consumo de cobre es casi el mismo que el actual, pero con una sección transversal más pequeña. Haciendo más grande la ranura central en el centro del campo en el par de polos en el estator y aumentando el número de vueltas en la bobina central en el campo y ajustando las vueltas en las bobinas auxiliares se puede reducir el número de ranuras y bobinas auxiliares en el estator.
Cuando el motor universal y el motor de CC con bobina en cada uno de los dos polos del par de polos en el estator están unidos en una única bobina central en el centro del campo y las 2 bobinas en cortocircuito separadas en 4 ranuras en el rotor unidas en 2 ranuras radiales opuestas en el rotor se aumenta la eficiencia del motor.
En las 4 bobinas principales en la patente de EE. UU. 3942055 las 2 bobinas exteriores principales se reemplazan por una bobina central y las 2 bobinas principales cambian a bobinas auxiliares, y la eficiencia del motor se mejora Cuando el estator está fuera del rotor, la forma exterior está formada por la distancia entre una ranura en el estator y la superficie exterior del estator que depende de la raíz cuadrada de la potencia en la bobina en la ranura. El diseño del estator en la patente GB 2199995 A tiene una base diferente para el diseño de la superficie exterior del estator de los motores de inducción monofásicos y no da el mismo resultado.
La patente DE 3704226A1 muestra un estator rectangular con menos área de núcleo en el estator para las 2 bobinas exteriores principales que para las 2 bobinas interiores principales. Las 2 bobinas exteriores principales tienen más potencia y deberían tener más área de núcleo que las 2 bobinas principales según esta invención.
La invención se explica con las siguientes figuras:
El devanado del arranque no está incluido. Este se bobina con las mismas reglas.
La Figura 1 muestra el devanado en un motor monofásico existente asíncrono con un estator (St) con 24 ranuras. Ro = rotor. St = estator. B12 = bobina principal. B10 = bobina auxiliar. B8 = bobina auxiliar. B6 = bobina auxiliar. B4 = bobina auxiliar.
La Figura 2 muestra el mismo motor que la Figura 1 con devanado con bobina central (BC) en el centro del campo en el par de polos y bobinas auxiliares (B) en el campo de cada uno de los dos polos del par de polos en el estator. B11 = bobina auxiliar. B9 = bobina auxiliar. B7 = bobina auxiliar.
La Figura 3 muestra el devanado de un estator con dos polos, 20 ranuras con núcleo central (BC) en el centro del campo en el par de polos y bobinas auxiliares (B) en cada par de polos en el estator (St). Las bobinas auxiliares (B) están numeradas según el número de ranuras con que se cruzan. Su ángulo correspondiente (A) y el seno A en el rotor (Ro) y la distancia (H) están numerados con el mismo número. H = la distancia entre una ranura en el estator y la superficie exterior del estator (St). Los signos utilizados se muestran en la siguiente tabla:
Figure imgf000003_0001
La Figura 4 muestra el área del núcleo (N) en el rotor (Ro) correspondiente a una bobina (B) en el estator (St). El área del núcleo (N) se muestra en color gris. Ro = núcleo del rotor. b = ancho del rotor. R = radio del rotor (Ro). N = área del núcleo del rotor que corresponde a la bobina (B) en el estator (St). a = longitud de la cuerda en el rotor (Ro) = altura del núcleo (N). Pc = la línea central del polo. A = el ángulo entre la línea central del polo (Pc) y la línea (R) desde el centro del rotor (Ro) a uno de los dos centros de la bobina (B) en el estator. S = seno A
La Figura 5 muestra la forma del estator con devanado con bobina central en el centro del campo y bobinas auxiliares en el par de polos. La forma del estator calculada se muestra en color negro.
La Figura 6 muestra el estator con 2 huecos para el montaje. La forma del estator calculada se muestra en color negro.
La Figura 7 muestra el motor universal y el motor de CC con el devanado actual. Las dos bobinas en el estator se muestran con una línea de color negro. Las 2 bobinas en cortocircuito en 4 ranuras en el rotor se muestran con una línea de color negro.
La Figura 8 muestra el motor universal y el motor de CC con una única bobina central en el centro del campo en el estator. La bobina central única se muestra con la línea de color negro. Las 2 bobinas en cortocircuito juntas en las mismas dos ranuras radiales opuestas en el rotor se indican con una línea negra.
Descripción detallada de la invención.
Usar un motor asíncrono monofásico en un compresor de refrigeración herméticamente sellado con 20 ranuras en el estator (St) como ejemplo. El devanado del arranque no está incluido. Este se bobina con las mismas reglas.
Véase la Figura 3 y la Figura 4. La bobina central (BC) en el centro del par de polos en el estator (St) tiene el diámetro del rotor (Ro) por el ancho (b) del rotor (Ro) como área de núcleo (NC). Las bobinas auxiliares (B) en el campo en cada uno de los dos polos del par de polos del estator (St) están numeradas según el número de ranuras con que se cruzan. Su ángulo correspondiente (A) y el seno A en el rotor (Ro) y la distancia (H) están numerados con el mismo número. Las bobinas (B) en el devanado del motor están conectadas en serie y por lo tanto tienen el mismo amperaje. El ancho del área del núcleo (b) es el mismo que el ancho efectivo (b) del rotor (Ro). El ángulo (A) está entre la línea central (Pc) del polo y la línea (R) que se extiende desde el centro del rotor (Ro) hasta uno de los dos centros de la bobina (B) en el estator (St).
La altura (a) del núcleo de una bobina (B) es igual a la cuerda (a) en el rotor (Ro) entre las líneas que se extienden desde el centro del rotor (Ro) hasta los dos centros de la bobina (B) en el estator (St).
Para lograr la misma carga de flujo, el número de vueltas en la bobina (B) debe ser proporcional al área del núcleo (N) correspondiente en el rotor (Ro). La potencia de la bobina (B) depende de su área de núcleo correspondiente (N) en el rotor (Ro) elevada a la segunda potencia. El ancho (b) de los núcleos (N) es igual y el número de vueltas de la bobina (B) será proporcional a su altura (a) del núcleo (N) en el rotor (Ro). La potencia en la bobina (B) depende de la altura (a) del núcleo (N) en el rotor (Ro) elevada a la segunda potencia. La longitud de la cuerda (a) en el rotor (Ro) es el radio (R) del rotor (Ro) por 2 veces el seno A. El radio (R) del rotor (Ro) es constante.
El seno A se puede utilizar como factor de distribución del número de vueltas en cada bobina (B) en el devanado del motor y se aplica a todas las máquinas eléctricas de todos los tamaños con bobinas auxiliares en el devanado. Seno2 A se utiliza como factor de asignación a la proporción de la potencia de las bobinas (B) y se aplica a todas las máquinas eléctricas de todos los tamaños con bobinas auxiliares en el devanado.
La suma de las potencias de las bobinas (B) es la potencia del motor. El motor depende de la bobina central (BC) en el centro del campo en el par de polos por función para elevar a la segunda potencia su área de núcleo (NC) en el rotor, que comprende el diámetro del rotor multiplicado por el ancho (b) del rotor (Ro).
Para un estator (St) de dos polos, 20 ranuras, devanado con bobina central (BC) en el centro del campo en el par de polos y bobinas auxiliares (B) en el campo de cada uno de los dos polos del par de polos la distribución del número de vueltas entre las bobinas (B) sería como se muestra en la siguiente tabla:
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000005_0001
Cuando se proporciona la distancia entre una ranura y la superficie exterior del estator, las demás distancias (H) deben adaptarse a su factor seno A. Los signos se refieren a la Figura 3. Para un estator (St) de dos polos, 20 ranuras, con devanado con bobina central (BC) y bobinas auxiliares (B) las distancias (H) serían como se muestra en la siguiente tabla:
Figure imgf000005_0002
La forma resultante del estator (St) se muestra en la Figura 5, y con dos huecos de montaje en la Figura 6 con color negro. En lo que respecta a la instalación en la máquina, alguna distancia (H) desde las ranuras hasta la superficie exterior del estator (St) es mayor que la necesaria y el número de vueltas en la bobina (B) se ajusta para que obtengan la potencia adecuada con respecto al rotor (Ro).
Un motor asíncrono monofásico existente con una bobina principal y 4 bobinas auxiliares en cada uno de los dos polos en el par de polos en el estator que se muestra en la Figura 1 se reemplazó por una bobina central en el centro del campo y 3 bobinas auxiliares en cada uno de los dos polos en el par de polos en el estator, como se muestra en la Figura 2 con un ahorro energético del 22,5 % y un ahorro del 16,5 % de cobre.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Una máquina eléctrica que comprende:
    un estator (St) y un rotor (Ro) ubicado dentro del estator (St),
    comprendiendo el estator (St) una pluralidad de dientes de estator distribuidos circunferencialmente, en donde los dientes de estator se proyectan radialmente hacia adentro desde un yugo trasero del estator,
    comprendiendo el estator (St) además una pluralidad de ranuras de estator dispuestas entre dientes de estator circunferencialmente adyacentes,
    comprendiendo además la máquina eléctrica:
    un devanado de estator con una bobina central (BC) ubicada en dos ranuras de estator diametralmente opuestas alineadas en un diámetro del estator (St),
    en donde una línea central (Pc) es perpendicular a dicho diámetro y pasa por el centro del rotor, y
    el devanado de estator comprende además una primera pluralidad de bobinas auxiliares (B3, B5, B7, B9.B11) ubicadas en ranuras que se encuentran en el mismo lado de dicho diámetro,
    en donde cada una de la primera pluralidad de bobinas auxiliares (B3, B5, B7, B9.B11) está enrollada en dos ranuras que son simétricas con respecto a la línea central (Pc), y una segunda pluralidad de bobinas auxiliares (B3, B5, B7, B9.B11) ubicadas en ranuras que se encuentran en el otro lado de dicho diámetro,
    en donde cada una de la segunda pluralidad de bobinas auxiliares (B3, B5, B7, B9.B11) está enrollada en dos ranuras que son simétricas con respecto a la línea central (Pc), en donde cada ranura de estator comprende una línea media que pasa por el centro de la ranura de estator y el centro del rotor
    caracterizada por que
    el número de vueltas de cada bobina (BC, B3, B5, B7, B9.B11) es proporcional a la longitud de la cuerda que une los puntos donde las líneas medias de las dos ranuras que contienen la bobina (BC, B3, B5, b 7, B9.B11) se intersecan con la superficie exterior del rotor (Ro), para cada bobina (BC, B3, B5, B7, B9.B11) la distancia radial entre la parte inferior de cada una de las dos ranuras que contienen la bobina (BC, B3, B5, B7, B9.B11) y la superficie exterior del yugo trasero del estator es proporcional a la longitud de la cuerda que une los puntos donde las líneas medias de las dos ranuras que contienen la bobina (BC, B3, B5, B7, B9.B11) se intersecan con la superficie exterior del rotor (Ro).
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