ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА Российский патент 1997 года по МПК H02K3/28 

Изобретение относится к обмоткам электрических совмещенных машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе, выполняемым в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами.

Известны совмещенные электромашинные обмотки, выполняемые из пространственно смещенных катушек и соединяемые в параллельные ветви для полюсности р₁ с выводами из их средних точек для другой полости р₂. Угол между осями катушек ветви равен 2π/(p₁+p₂) рад. и их числа витков пропорциональны углу сдвига относительно оси ветви [1] Недостатки таких обмоток сложность конструкции и изготовления, большие потери в меди от уравнительны токов в ветвях, а также ограниченная область применения.

Известны также совмещенные обмотки для ротора одномашинных преобразователей частоты с контактными кольцами [2]
Наиболее близкой к предлагаемой является совмещенная обмотка ротора с числами пар полюсов р₁/p₂, 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 с их номерами в фазах 1+3к, 3+3к, 5+3к, 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; k=0, 1, 2,(2p-1) [3]
Цель изобретения расширение области применения путем получения при р₂=1 значений р₁=3 и р₁=5, а также улучшение электромагнитных параметров для полюсности р₁ путем повышения обмоточного коэффициента и снижения дифференциального рассеяния.

На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при р₁/p₂= 5/0 и Z=36 пазах; на фиг. 2 и 3 чередования по пазам фазных зон обмотки по фиг. 1 для полюсностей р₂(фиг. 2) и р₁=5 (фиг. 3)); на фиг. 4 и 5 диаграммы ЭДС фазы обмотки (Р1-0) 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= 36 пазах, содержит К=18 катушек с номерами от 1К до 18К с шагом по пазам Y_п и К'=18 катушек с номерами от 1К' до 18К' 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, -10К, -11К, -12К и к каждой из них подключена параллельно-согласно катушка с номером соответственно 1К', 2К', 3К', -10К', -11К', -12К'. Для фаз Р2 и Р3 номера катушек чередуются с интервалами в шесть и в двенадцать катушек соответственно. Для обмотки с р₁=5 (фиг. 1) шаги катушек равны Y_п=17 и Y'_п=11, а для обмотки с р₁=3 Y_п=17 и Y'_п= 7; оси таких катушек с одинаковыми номерами соосны друг с другом и их коэффициенты укорочения K_у= sin(πУ_п/2τ) равны:(см.таблицу).

Из условия получения одинаковых ЭДС катушек с шагами Y_п и Y'_п для полюсности р₂=1 следует: при р₁=5-0,9962(1-x)=0,8192(1+x)), откуда х=0,0975≈0,10; при р₁=3-0,9962(1-х)=0,5736(1+х), откуда х=0,27.

При этом каждый паз содержит одинаковое число витков 2W_k провода одинакового сечения. На фиг. 4 и 5 векторам ЭДС приписаны номера катушек, откуда видно, что катушки, например, 1К и 1К', образуют для полюсности р₂=1 две параллельные ветви (фиг. 4), а для полюсности р₁=5 - короткозамкнутую цепь (фиг. 5). Обмоточные коэффициенты предлагаемой обмотки равны: при р₁/p₂= 5/1-K_об1=0,8627 и К_об5=0,9558; при р₁/p₂=3/1 K_об1=0,7026 и К_об3=0,9659.

Для полюсности р₂=1 обмотка имеет m₁=3 фазы и m'₁=6 фазных зон, обозначенных на фиг. 2 как А-Х, B-Y, C-Z, где зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам катушек в пазах, а зоны X, Y, Z и конечным сторонам. По фиг. 2 построен многоугольник МДС (фиг. 6), где в центре показаны векторы токов фазных зон и при построении использована вспомогательная треугольная сетка, сторона которой принята за две единицы длины. По многоугольнику МДС определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д= [(R_д/R)²-1]100% характеризующий качество обмотки по уровню содержания в кривой МДС высших гармонических, где квадрат среднего радиуса пазовых точек многоугольника, а R = (Z•K_об/pπ) -радиус окружности для основной гармонической МДС. По фиг. 6 определяются: R2д2

600/6=100; R₁= (36•0,8627/π) и σ_д2= 2,32% .
Для полюсности р₁=5 обмотка (фиг. 1) имеет m₅=9 фаз и 18 фазных зон и их токи изображены на фиг. 7 тремя симметричными системами векторов A-Z-B-X-C-Y, A'-Z'-X'-C-Y', A''-Z''-B''-C''-Y'', взаимно смещенными на 20^o. Построение многоугольника МДС для полюсности р₁=5 при числе фаз, m₅=9 показано на фиг. 7, с помощью вспомогательных треугольников (например, bac), стороны которых изображают токи фазных зон (для треугольника bac-сторона ba-в направлении тока зоны А, ac- в направлении тока зона А'-см. фиг. 3 для паза 1) и пропорциональны числам витков катушек (1-х)W_k и(1+х))W_k. По фиг. 7 угол boc равен 50^o и угол bac равен 160^o; из треугольника boc(0-центр многоугольника) определяются квадраты радиусов точек b (36) и с(1) и по ним вычисляется квадрат среднего радиуса (R2b+R2c)/2; (bc)²= 1,1²+0,9²-2•1,1•0,9•(Cos 160^o, тогда угол (cba)=α из соотношения bc/sin160 = 1,1/sinα равен α = 11,01^° а угол (cbo) = β = 90^°-11,01 = 78,99 и угол (Ocb) = γ = 180^°-(50+78,99) = 51,01^°; радиусы точек b и c определяются из соотношений R_b/sinγ = bc/sin50^°= R_c/sinβ и тогда и σ_д5= [(R_д5/R₅)²-1]100 = 8,022% , где R₅= (36•0,9558/5π. Если двухслойную обмотку с полюсностью р₁=5 выполнять в Z=36 пазах трехфазной (при Y_п=3), то для нее К_об5 09236 и s_д5 11,59%
Таким образом, предлагаемая обмотка работает одновременно как многофазная короткозамкнутая с полюсностью р₁=5 (m₅=9) или р₁=3 (m₃=6) и как трехфазная с полюсностью р₂= 1 и имеет для полюсности p₁ улучшенные электромагнитные параметры (при р₁=5 коэффициент σ_д снижается в 11,59/8,022=1,45 раза). По сравнению с прототипом, для которого р₂ > p₁, предлагаемая обмотка позволяет получать р₂ <p₁, что расширяет область ее применения. Такая обмотка, например, при р₁/p₂=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 на статоре две раздельные трехфазные обмотки с числами пар полюсов р₁=p₂=1. Применение предлагаемой совмещенной обмотки ротора позволяет упростить конструкцию и изготовление совмещенной электрической машины, повысить использование активных материалов и эксплуатационную надежность, улучшить электромагнитные параметры.

Область использования: электрические совмещенные машины переменного тока с двумя разнополюсными полями, выполняемые в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами. Сущность изобретения: электромашинная совмещенная обмотка ротора с числами пар полюсов p₁/p₂, многофазная короткозамкнутая для полюсности P₁ и трехфазная для полюсности P₂ с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца выполнена в Z=36 пазах двухслойной из равномерно смешенных катушек, обмотка содержит К= 18 катушек с номерами от 1К до 18К с шагом по пазам Y_п и К=18 катушек с номерами от 1К' до 18К' с шагом по пазам Y'_п в первой фазе с зажимом Р1 из начала катушки 1К соединены последовательно катушки с номерами 1К, 2К, 3К,-10К, 11К, -12К и к каждой из них подключена параллельно-согласно катушкам с номером соответственно 1К', 2К', 3К' - 10К', -11К', -12 К', а для двух других фаз номера катушек чередуются относительно фазы Р1 с интервалами в шесть катушек для фазы Р2 и в двенадцать катушек для фазы Р3, чередующиеся катушки с шагами Y_п и Y'_п соосны друг с другом для их одинаковых номеров и имеют числа витков в отношении (1-х):(1+х), где знак минус перед номером катушки означает ее встречное включение в фазе, при p₁=5, Y_п = 17, Y'_п = 11 и х= 0,1. Достигаемый технический результат: расширение области применения и улучшение электромагнитных параметров. 7 ил., 1 табл.

Электромашинная совмещенная обмотка ротора с числами пар полюсов p₁/p₂, многофазная короткозамкнутая для полюсности p₁ и трехфазная для полюсности p₂ с выводами фаз на контактные кольца, выполненная двухслойной из равномерно смещенных катушек, отличающаяся тем, что обмотка выполнена в Z 36 пазах, содержит число катушек К 18 с шагом по пазам У_п и К' 18 катушек с шагом по пазам в первой фазе к выводу P1 из начала катушки 1К подсоединены последовательно катушки с номерами 1К, 2К, 3К, 10К, -11К, -12К и к каждой из них подключена параллельно согласно катушка с номером соответственно 1К', 2К', 3К', -10К', -11К', -12К', а для двух других фаз номера катушек чередуются относительно фазы P1 интервалами в шесть катушек для фазы P2 и в двенадцать катушек для фазы P3, причем фазы соединены звездой или треугольником, чередующиеся катушки с шагами У_п и соосны друг с другом 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, а значения У_п и и x равны для p₁ 5, У_п 17, и x 0,1.