СОВМЕЩЕННАЯ РОТОРНАЯ ОБМОТКА Российский патент 1995 года по МПК H02K3/28 

Изобретение относится к обмоткам электрических совмещенных машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе, выполняемых в конструкции асинхронных машин с фазным ротором.

Известны совмещенные обмотки электрических машин, выполняемые из пространственно смещенных катушек и соединяемые в параллельные ветви для одной полюсности р₁ с выводами из их средних точек для другой полюсности р₂. Угол между осями катушек ветви равен 2 π/(р₁ + р₂) радиан, и их числа витков пропорциональны углу сдвига относительно оси ветви [1]
Недостатки таких обмоток сложность конструкции и изготовления, большие потери в меди от уравнительных токов в ветвях, а также ограниченная область применения.

Известны также совмещенные обмотки ротора одномашинных преобразователей частоты с контактными кольцами [2]
Наиболее близкой к предлагаемой является совмещенная обмотка ротора с числами пар полюсов р₁/р₂, короткозамкнутая многофазная для полюсности р₁ и трехфазная для полюсности р₂ с соединением фаз звездой и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца, выполненная двухслойной из 6р₂ катушечных групп, и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим начала фазы, концы нечетных и четных групп соединены вместе, а начала четных групп соединены в нулевую точку звезды, где р₁ 1 и р₂ ≥ 3 [3]
Цель изобретения расширение области применения путем получения при р2 1 значений р₁ 3, р₁ 5 или р₁ 7, а также улучшение электромагнитных параметров для полюсности р₁ путем снижения дифференциального рассеяния.

На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при р₁/р₂ 5/1 и z 48 пазах; на фиг. 2 и 3 показаны чередования по пазам фазных зон обмотки по фиг. 1 для полюсностей р2 1 (фиг. 2) и р₁ 5 (фиг. 3); на фиг. 4 и 5 диаграммы ЭДС фазы Р1-0 обмотки для полюсностей р₂ 1 (фиг. 4) и р₁ 5 (фиг. 5); на фиг. 6 и 7 многоугольники МДС обмотки для полюсностей р₂ 1 (фиг. 6) и р₁ 5 (фиг. 7).

Обмотка (фиг. 1) выполнена двухслойной трехфазной для полюсности р₂ 1 в z 48 пазах, содержит К 24 катушки с номерами от 1К до 24К с шагом по пазам y_п и К' 24 катушки с номерами от 1K' до 24K' с шагом по пазам y_п' < y_п, соединена в звезду с зажимами Р1, Р2, Р3 начал фаз. В первой фазе (с зажимом Р1 из начала катушки 1К) соединены последовательно катушки с номерами 1К, 2К, 3К, 4К, -13К, -14К, -15К, -16К и к каждой из них подключена параллельно-согласно катушка с номером соответственно 1К', 2K', 3K', 4K', -13K', -14K', -15K', -16K'. Для фаз Р2 и Р3 номера катушек чередуются с интервалами в восемь для фазы Р2 и в шестнадцать для фазы Р3 катушек. Для обмотки с р1 5 (фиг. 1) шаги катушек равны y_п 23 и y_п' 13, для обмотки с р₁ 3 y_п 21 и y_п' 11, для обмотки при р₁ 7 y_п 23 и y_п' 17. Оси таких катушек с yп и y_п' соосны друг с другом для одинаковых номеров катушек, и их коэффициенты укорочения К_ysin(π y_п/2 τ) приведены в таблице.

Из условия получения одинаковых ЭДС катушек с шагами y_п и y_п' для полюсности р₂ 1 следует (например, при р₁ 5) 0,9979(1-х) 0,7518(1+х), откуда х 0,14. При этом каждый раз содержит одинаковое число витков 2w_к провода одинакового сечения. Из фиг. 4 и 5, где векторам ЭДС приписаны номера катушек, видно, что для полюсности р₂1 катушки, например, 1К и 1К' образуют две параллельные ветви (фиг. 4), а для р₁ 5 короткозамкнутую цепь (фиг. 5). Подобным образом определяются значения х при р₁ 3 и р₁ 7, обмоточные коэффициенты для полюсностей р₂ 1 и р₁ 3, 5, 7 приведены в таблице.

Для полюсности р₂ 1 обмотка (фиг. 1) имеет m₁ 3 фазы и m₁' 6 фазных зон, обозначенных на фиг. 2 как А-Х, В-Y, C-Z, где зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам катушек, а Х, Y, Z их конечным сторонам. По фиг. 2 построен многоугольник МДС (по вспомогательной треугольной сетке, сторона которой принята за две единицы длины), по которому определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д [(R_д/R)²-1]100% характеризующий качество обмотки по уровню содержания в кривой МДС высших гармонических, где R_д² R2i

R_i² квадрат среднего радиуса пазовых точек многоугольника; R (z˙К_об/р˙π) радиус окружности для основной гармонической МДС. По фиг. 6 для р₂ 1 обмотки фиг. 1 определяются R²_д1 163,79745, R₁ (48˙0,8213/˙) и σ_д1 4,02%
Для полюсности р₁ 5 обмотка (фиг. 1) имеет m₅ 12 фаз и m₅' 24 фазные зоны и токи в них изображены на фиг. 7 четырьмя симметричными системами векторов: A-Z-B-X-C-Y, A'-Z'-B'-X'-C'-Y', A''-Z''-B''-X''-C''-Y'', A'''-Z'''-B'''-X'''-C'''-Y''', взаимно смещенными на 15^о. Многоугольник МДС (фиг. 7) построен с помощью вспомогательных треугольников (например, abc), стороны которых изображают токи фазных зон (для треугольника abc сторона ab в направлении тока зоны А, сторона bc в направлении тока зоны А''' см. фиг. 3 для паза 1) и пропорциональны (1-x)w_к и (1+x)w_к. По фиг. 7 угол aОc равен 37,5^о и угол abc равен 135^о, из треугольника aОc (0 центр многоугольника) по радиусам точек a(48) и с(1) вычисляется квадрат среднего радиуса (R_a² + R_c²)/2, (ac)² 1,14² + 0,86² 2x x1,14 ˙ 0,86 ˙ cos 135, тогда угол (cab) α из соотношения ac/sin 135^о 1,14/sin α равен α= 25,82^о, а угол (Oac) β 90^o 25,82^o 64,18^о и угол (Oca) γ 180^o (37,5 + 64,18)= 78,32^o. Радиусы точек a и с определяются из соотношений R_a/sin γ ac/sin 37,5^oR_c/sin β, тогда R²_д5 (R_a² + R_c²)/2 (ac)²x x(sin² β + sin² γ)/2sin² 37,5^o 8,177694 и σ_д5 [(R_д5/R₅)²-1] ˙100 3,830% где R₅ (48˙0,9184/5 π). Если двухслойную обмотку с полюсностью р₁ 5 выполнять в z 48 пазах трехфазной (при y_п 4), то для нее К_об5 0,9231 и σ_д5 5,27%
Таким образом, предлагаемая обмотка работает одновременно как многофазная короткозамкнутая с полюсностью р₁ 5 (или р₁ 3 или р1 7) и как трехфазная с полюсностью р₂ 1, имеет улучшенные электромагнитные параметры для полюсности р₁ (при р₁ 5 коэффициент σ_д уменьшается в 5,27/3,83 1,38 раза). По сравнению с обмоткой по прототипу, для которой р₂ > р₁, предлагаемая обмотка позволяет получать р₂ < р₁, что расширяет область ее применения. Такая совмещенная обмотка, например, при р₁/р₂ 5/1 применяется на роторе асинхронного одномашинного преобразователя частоты 50/60 Гц или 60/50 Гц (обратимого), выполняемого в конструкции асинхронной машины с фазным ротором и имеющего две раздельные трехфазные обмотки на статоре с р₁ 5 и р₂ 1. Ее применение позволяет упростить конструкцию и изготовление совмещенной электрической машины, повысить использование активных материалов и эксплуатационную надежность, улучшить энергетические показатели.

Использование: в электромашиностроении, в совмещенных машинах переменного тока. Сущность изобретения: совмещенная роторная обмотка с числами пар полюсов p₁/p₂ двухслойная. Обмотка уложена в 48 пазов. Для p₁ обмотка короткозамкнутая, для p₂ -трехфазная. Фазы трехфазной обмотки соединяются звездой или треугольником. Обмотка имеет выводы P1, P2, P3 на контактные кольца. p₂=1, p₁ может принимать значения 3,5,7. Число катушек равно 24. Катушки с номерами 1K, 2K, 3K, 4K,-13K,-14K,-15K,-16K соединены последовательно, подсоединены к выводу P1 первой фазы и имеют шаг y_п катушки с номерами 1K′, 2K′, 3K′, 4K′, -13K′, -14K′, -15K′, -16K′ подсоединены соответственно к каждой из них параллельно-согласно и имеют шаг Катушки фазы P2 чередуются относительно фазы P1 с интервалом в восемь катушек, для фазы P3- шестнадцать катушек. 1 табл. 7 ил.

СОВМЕЩЕННАЯ РОТОРНАЯ ОБМОТКА с числами пар полюсов p₁/p₂, двуслойная с числом пазов Z 48, для p₁ многофазная короткозамкнутая, для p₂ - трехфазная с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами P1, P2, P3 на контактные кольца, содержащая равномерно смещенные катушки, отличающаяся тем, что обмотка имеет p₁ > p₂ при p₂ 1 и значении p₁ 3, или 7, число катушек K 24 с номерами от 1K до 24K и с шагом по пазам Y_п, причем в первой фазе с выводом P1 из начала катушки 1K соединены последовательно катушки с номерами 1K, 2K, 3K, 4K, -13K, -14K, -15K, -16K и к каждой из них подключена параллельно согласно катушка с номером соответственно 1K′,2K′, 4K′,-13K′,-14K′,-15K′,-16K′, а для двух других фаз номера катушек чередуются относительно фазы P1 с интервалами в восемь катушек для фазы P2 и в шестнадцать катушек для фазы P3, а чередующиеся катушки с шагами y_п и соосны для их одинаковых номеров и имеют числа витков в отношении 1 x 1 + x, где знак минус перед номером катушки означает ее встречное включение в фазе, значения y_п, и x равны: для p₁ 3 y_п 21, и x 0,2 для p₁ 5 y_п 23, и X 0,14, для p₁ 7 y 23, и x 0,055.