СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА ОДНОМАШИННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ Российский патент 1995 года по МПК H02K3/28 

Изобретение относится к обмоткам электрических совмещенных машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе и может применяться в одномашинных преобразователях частоты и числа фаз.

Известны совмещенные обмотки электрических машин переменного тока, выполняемые из пространственно смещенных катушек и соединяемые в параллельные ветви для одной полюсности р₁ с выводами зажимов 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 ограниченные область применения и функциональные возможности.

Известны также совмещенные обмотки ротора одномашинных преобразователей частоты, короткозамкнутые многофазные для полюсности р₁ и трехфазные для полюсности р₂ > р₁ с выводами зажимов фаз на три контактных кольца [2]
Наиболее близкой к предлагаемой является двухслойная совмещенная обмотка ротора одномашинных преобразователей частоты 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, содержащая 6р₂ катушечных групп с номерами в фазах 1+3к, 3+3к, 5+3к, при этом 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; р₂ ≥3; к 0, 1, 2,(2р-1) [4]
Цель изобретения расширение области применения путем получения р₁ > р₂ при р₂ 1 и четном числе р₁ ≥ 4, а также улучшение электромагнитных параметров путем повышения обмоточного коэффициента и снижения дифференциального рассеяния обмотки для полюсности р1.

На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при р₂ 1, р₁ 4, z 36 паза и К 18 катушечных группах; на фиг. 2 и 3 показаны чередования по пазам фазных зон обмотки для полюсностей р₂ 1 (фиг. 2) и р₁ 4 (фиг. 3); на фиг. 4 и 5 диаграммы ЭДС катушечных групп для р₂ 1 (фиг. 4) и р₁ 4 (фиг.9 5); на фиг. 6 многоугольники МДС обмотки для полюсностей р₂ 1 (наружный) и р₁ 4 (внутренний).

Предлагаемая обмотка по фиг. 1 выполнена двухслойной трехфазной для полюсности р₂ 1 в z 6 ˙ с ˙ q' 36 пазах (при значениях с 3 и q' 2) из К 6с 18 катушечных групп с номерами от 1К до 18К с выводами зажимов начал фаз Р1, Р2, Р3 (на фиг. 1 фазы соединены звездой) и с q' 2 соседними катушками в каждой группе. В первой фазе (с зажимом Р1 из начала группы 1К) соединены последовательно-согласно группы с номерами от 1К до сК (1К, 2К, 3К) и к каждой из них подключена паралелльно-встречно группа, смещенная на 3с 9 групп (группы -10К, -11К, -12К). Для фаз Р2 и Р3 номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами 2с 6 и 4с12 групп. Шаг катушек по пазам определяется целой частью числа (р₁-1) ˙ z/2р₁ и для обмотки фиг. 1 (при р₁ 4) равен y_пent[(4-1)36/8] 13, при выполнении катушек концентрическими шаг y_п средний шаг катушек по пазам.

На фиг. 4 и 5 векторам ЭДС приписаны номера катушечных групп обмотки фиг. 1 и знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе. Для обмотки по фиг. 1 при р₂ 2 и р₁ 4 оси групп смещены на углы (в эл. град. ) 360^ор₂/К 360^о ˙ 1/18 20^о для р₂ 1, 360^ор₁/К360^о ˙ 4/18 80^о для р₁
4. Следовательно, для групп, смещенных на 3с 9 групп, угол сдвига составляет 20^о ˙ 9 180^о для р₂ 1 и 80^о ˙ 9 2 ˙ 360^о для р1 4, т.е. параллельно-встречно включенные группы (например 1К и -10К) образуют для полюсности р₂ 1 две одинаковые параллельные ветви (фиг. 4), а для полюсности р₁ 4 короткозамкнутую цепь (фиг. 5). Коэффициенты укорочения (К_у), распределения (К_р) и обмоточный (К_об) обмотки фиг. 1 равны для р₂ 1 К_у1 sin (π˙13/2˙18) 0,9063, К_р1 [sin(c˙q'˙α₁/2)]/[c˙q'˙sin (α₁/2)] sinx x (6˙5^o)/6sin(5^o) 0,95615 и _Коб
0,9063x x 0,95615 0,8666, где α₁ 360^оp₂/z 10^о, для р₁ 4К_у4 sin (π˙13/2˙4,5) 0,9848, K_p4 [sin (q' α₄/2)]/[q' sin α₄/2)] sin x x (2˙20^o)/2˙sin(20^o) 0,9397 и К_об40,9848˙0,9397 0,9254, где α₄ 360^ор₁/z= 40^о.

Для полюсности р2 1 обмотка (фиг. 1) имеет m₁ 3 фазы (фиг. 4) и m₁' 6 фазных зон, обозначенных на фиг. 2 как A-X, B-Y, C-Z, причем зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам катушечных групп, а Х, Y, Z их конечным сторонам и векторы токов A-Z-B-X-C-Y фазных зон образуют симметричную систему (показаны в центре фиг. 6). По фиг. 2 построен многоугольник МДС (наружный на фиг. 6) с использованием вспомогательной треугольной сетки (ее сторона принята за единицу длины), по которому определяются [3] R_д1² R_i² 99,0 квадрат среднего радиуса пазовых точек (i 1 36) многоугольника, R₁² (z˙К_об1/р² π)²36˙0,8666/π)² 98,614921 квадрат радиуса для основной гармонической МДС, σ_д1[(R_д1/R₁)² 1] ˙100 0,390% коэффициент дифференциального рассеяния, характеризующий процентное содержание гармонических в кривой МДС.

Для полюсности р₁ 4 обмотка (фиг. 1) имеет m₄ 9 фаз (фиг. 5) и m₄' 18 фазных зон, обозначенных на фиг. 3 как A-X, B-Y, C-Z, A'-X', B'-Y', C'-Z', A''-A'', B''-Y'', C''-Z'', и им соответствуют симметричная система векторов, показанная в центре фиг. 6. По фиг. 3 построен многоугольник МДС (внутренний на фиг. 6) с использованием вспомогательных равнобедренных треугольников [3] и по нему определяются R_o² (2˙cos 10^o/sin40^o)² 9,38918, R_д4² + sin 10^o) + cos²˙10^o 7,324997, R₄² (36˙0,9254/4 π)² 7,028202 и σ_д4 [R_д4/R₄)² -1]˙100 4,223%
При заданном числе пазов произведение c˙q' z/6 равно целому числу и при увеличении значения с при соответствующем уменьшении q' улучшаются параметры обмотки для полюсности р₁ из-за возрастания коэффициента распределения, но при этом схема соединений усложняется, например, обмотку по фиг. 1 можно выполнять также при с 6 и q' 1.

Если обмотку по фиг. 1 (р₁ 4 и р₂ 1) выполнять известным способом из 6р₂ 6 катушечных групп (z 36, К 6, y_п 13, с 1 и q' 6) с двумя параллельными ветвями, то для нее К_об1 0,8666 и σ_д1 0,390% (р₂ 1), К_р4 sin (6˙20)/6˙sin 20 0,4220, К_об40,4256 и σ_д4 > 100% т.е. предлагаемая обмотка имеет значительно лучшие электромагнитные параметры для полюсности р₁. По сравнению с обмоткой по прототипу [4] предлагаемая обмотка позволяет получать при р₂ 1 и четных значениях р₁ > р₂ ≥ 4, что расширяет область ее применения.

Предлагаемая обмотка может применяться на роторе, например, асинхронных одномашинных преобразователей частоты, выполняемых в конструкции асинхронных машин с фазным ротором и контактными кольцами. При р₁ 4 и р₂ 1 она позволяет получать преобразованную частоту [2] f₂ ≈ f₁(1 + 1/4) 5f₁/4, т.е. при f₁ 60 Гц f₂ ≈ 75 Гц. Применение предлагаемой обмотки в совмещенной электрической машине упрощает ее конструкцию и изготовление, снижает расход меди и изоляции на роторе, так как заменяет собой две раздельные разнополюсные обмотки на роторе, повышает энергетические показатели и эксплуатационную надежность машины, а также расширяет область применения.

Использование: в электромашиностроении, в одномашинных преобразователях частоты. Сущность изобретения: совмещенная обмотка ротора одномашинных преобразователей частоты с числами пар полюсов p₁/p₂·p₁=1 p₂≥ 4 четное число. Обмотка двухслойная, уложена в Z = 6cq′ пазах. Она имеет шаг по пазам y_п. Для полюсности p₁ обмотка короткозамкнутая, для полюсности p₂ трехфазная. Трехфазная обмотка соединяется в звезду или в треугольник. Выводы P1, P2, P3 идут на контактные кольца. Обмотка имеет число катушечных групп K 6 c, где c≥ 2 целое число. В каждой катушечной группе соединены последовательно q′ катушки. Группы с номерами от 1K до cK соединены последовательно-согласно с выводом P1 первой фазы, к каждой группе подключена параллельно-встречно группа, смешенная на 3c групп. Группы других фаз чередуются относительно фазы P1. Для фазы P2 интервал чередования равен 2c, для фазы P3 интервал чередования равен 4c. Для обмотки 1≅ q′≅ 3 и y_пр=ent[(p₁-1)Z/2p₁]. 6 ил.

СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА ОДНОМАШИННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ с числом пар полюсов p₁/p₂, двуслойная, с числом пазов Z и шагом катушек по пазам Y_п, для полюсности p₁ короткозамкнутая, многофазная, для полюсности p₂ трехфазная с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами P₁, P₂, P₃ начал фаз на контактные кольца, имеющая K равномерно смещенных катушечных групп с q′ последовательно включенными соседними катушками в каждой катушечной группе, отличающаяся тем, что число катушечных групп равно K 6c с номерами от 1K до 6cK, причем в первой фазе с выводом P₁ из начала группы 1K соединены последовательно согласно группы с номерами от 1K до cK и к каждой из них подключена параллельно встречно группа, смещенная на 3c групп, а для двух других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы P₁, с интервалами в 2c групп для фазы P₂ и 4c групп для фазы P₃, где P₁ 1 и P₂ ≥ 4 четное число, Z = 6cq′, c ≥ 2 целое число, 1 ≅ q′ ≅ 3 Y_п ent [(P₁ 1) · Z/2P₁]