ТРЕХФАЗНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ДРОБНАЯ (Q = 1,4) ОБМОТКА Российский патент 1997 года по МПК H02K3/28 

Изобретение относится к обмоткам электрических трехфазных машин переменного тока асинхронных и синхронных.

Известны трехфазные симметричные электромашинные обмотки, выполняемые двухслойными с дробным числом пазов (z) на полюс (p) и фазу q=z/6p=N/d при знаменателе дробности d, не кратном трем (d/3≠ц.ч.) и условия 2p/d ц.ч. [1 2] Недостатки таких обмоток при d≥4 связаны с повышенным содержанием гармонических (высших и низших) в кривой МДС, что ухудшает их электромагнитные параметры.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому результату является трехфазная двухслойная дробная обмотка с q 1, 6 (при d 5), выполняемая с группировкой катушек в катушечных группах по ряду 2 2 1 2 1, повторяемому 6 раз, при p 5 и z 48 [4] Такая обмотка выполняется с неравновитковыми катушками в группах вследствие чего снижается ее дифференциальное рассеяние.

В предлагаемом изобретении решается задача улучшения электромагнитных параметров трехфазной дробной обмотки с q 1, 4 (при d 5) за счет снижения ее дифференциального рассеяния.

Сущность изобретения заключается в том, что для трехфазной электромашинной дробной (q 1, 4) обмотки с полюсностью p, выполненной 2-слойной в z пазах их 6p катушечных групп с номерами 1Г + (3к)Г, 3Г+(3к)Г, 5Г+(3к)Г соответственно в фазах I, II, III, соединенных в каждой фазе последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных с выводами зажимов начал фаз из начал групп 1Г, 11Г, 21Г, а катушки с шагом по пазам y_n группируются в катушечных группах по ряду 2 1 2 1 1, повторяемому 6c раз: шаг катушек равен y_n 5, а катушки групп имеют числа витков по (1-x)W_k для двухкатушечных групп и (1+x)W_k для однокатушечных групп, где p 5•c и z 42•c при значениях c 1, 2, величина k принимает все значения в пределах от 0 до (2p 1), а значение x выбирается в пределах от 0,20 до 0,30 при числе витков в пазу, равном 2W_k.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показаны чередования фазных зон по пазам для предлагаемой обмотки с q 1, 4 при p 5 и z 42; на фиг. 2 и 3 звезды пазовых ЭДС фазы (A X) для полюсностей p' 1 (фиг. 2) и p 5 (фиг. 3) одного пазового слоя; на фиг. 4 многоугольники МДС обмотки предлагаемой (наружный) и известной равновитковой (внутренний).

Предлагаемая обмотка (фиг. 1) выполнена двухслойной с полюсностью p 5 в z 42 пазах, трехфазной с q z/6p 7/5 1,4 (при d 5), из 6p 30 катушечных групп (с номерами от 1Г до 30Г) с шагом катушек по пазам у_п 5 и группировкой катушек по известному [2] числовому ряду 2 1 2 1 1, повторяемому 6 раз. Фазы первая, вторая и третья содержат группы с номерами 1Г + (3к)Г 1Г, 4Г, 7Г, 10Г, 13Г, 16Г, 19Г, 22Г, 25Г, 28Г в фазе первой; 3Г + (3к)Г 3Г, 6Г, 9Г, 12Г, 15Г, 18Г, 21Г, 24Г, 27Г, 30Г в фазе второй; 5Г + (3к)Г 5Г, 8Г, 11Г, 14Г, 17Г, 20Г, 23Г, 26Г, 29Г, 2Г в фазе третьей, где к 0, 1, 2, (2p 1 9). Начала фаз должны выводиться из начал групп 1Г, 11Г, 21Г. Фазные зоны для фаз обозначены на фиг. 1 как A и X, B и Y, C и Z [1] Все больше (двухкатушечные) группы имеют числа витков катушек по (1 x) • W_k, а малые (однокатушечные) группы имеют в катушке (1 + x)•W_k витков, где значение x выбирается из условия наибольшего снижения дифференциального рассеяния в пределах 0,20 ≅ x ≅ 0,30 при числе витков в пазу, равном 2W_k. При этом часть пазов зачерченных на фиг. 1) содержит (2 2x) • W_k витков.

Так как трехфазная симметричная дробная обмотка создает в кривой МДС гармонические порядков ν = 6n/d± 1 (при любом целом значении n, при котором ν>0 [1] то обмотка при d 5 содержит наиболее сильно выраженную гармоническую дробного порядка ν=1/5 с полюсностью p′=ν•p=1; на фиг. 2 и 3 построены звезды пазовых ЭДС верхнего слоя обмотки (фиг. 1) для фазы (A X) при разбивке окружности на z 42 части с разметкой зон A и X. По фиг. 2 определяется ЭДС фазы E_(ν=1/5) для низшей гармонической ν=1/5 (p' 1) путем вычисления проекции векторов пазовых ЭДС на их ось симметрии: . Из условия E_(ν=1/5)=0 определяет значение x 0,286. По фиг. 3 определяются ЭДС фазы и обмоточный коэффициент для основной гармонической откуда получаем: при x 0 K_об 0,9134, что соответствует известной обмотке с равновитковыми катушками; при x 0,25 - K_об 0,9212 для предлагаемой обмотки по фиг. 1.

Уровень содержания в кривой МДС обмотки низших и высших гармонических оценивается коэффициентом дифференциального рассеяния σ_д%, определяемым по выражениям [3]

где R2д

квадрат среднего радиуса многоугольника МДС для qd пазовых точек его повторяющейся части; R радиус окружности, соответствующей основной гармонической МДС, а Z_э эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, равное z_э 42 6x 6(7 x) для фиг. 1.

Многоугольники МДС на фиг. 4 построены по вспомогательной треугольной сетке; для внутреннего (при x 0) сторона сетки равна единице длины; для наружного (при x 0,25) сторона сетки равна 0,5 единиц. По фиг. 4 в соответствии с выражениями (1) определяются: для x 0 R2д

45/7;R=(42•0,9134/5π) и σ_д% 7,78; для x 0,25 41,5625/7; при z_э (7 0,25)6 40,5 и s_д% 5,25, т.е. дифференциальное рассеяние снижается в 7,78/5,25=1,482 раза при возрастании обмоточного коэффициента (в 0,9212/0,9134 раза). В общем случае для обмотки фиг. 1 значение R2д равно
R2д= (45+17•x²-18•x)/7, (2)
тогда при полученных выше значениях К_об и z_э 6(7 x) получаем по (1)
σ_д= (45+17•x²-18•x)/(0,504384(9,09783-x)²-1, (3)
откуда из условия равенства нулю первой производной по x получаем значение x 0,253, при котором коэффициент σ_д минимален.

Таким образом, значение x для предлагаемой обмотки равно: x 0,286 из условия полного устранения из кривой МДС гармонической порядка ν= 1/5; x 0,253 из условия минимума коэффициента σ_д Поэтому значения x предлагаемой обмотки соответствуют пределам от 0,2 до 0,3.

Предлагаемая обмотка таким образом, характеризуется улучшенными электромагнитными параметрами; большим значением К_об и меньшим σ_д по сравнению с известной обмоткой с q 1,4. Ее можно выполнять при числах пазов z 42•c и пар полюсов p 5•c, где c 1, 2, Такую обмотку можно применять на статора асинхронных и синхронных машин (многополюсных 2-скоростных, совмещенных и др.) и ее применение существенно улучшает энергетические и виброакустические показатели машин.

Источники информации:
1. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник. Л. Энергия, 1978, с. 409 415, 449 450.

2. Лившиц-Гарик М. Сборник машин переменного тока /Пер. с англ. М. Л. ГЭИ, 1959, с. 224.

3. Попов В.И. Определение дифференциального рассеяния многофазных совмещенных обмоток //Электричество, 1987, N 6, с. 50 53.

4. А.с. N 1539900, кл. H 02 K 3/28, 1990 прототип.

Название: трехфазная электромашинная дробная (q = 1,4) обмотка. Область использования: многополюсные двухскоростные и совмещенные электрические машины. Существо: трехфазная обмотка - двухслойная, с номерами групп фаз 1Г+(3к)Г, 3Г+(3к)Г, 5Г+(3к)Г, соединенных последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных, катушки в группах группируются по ряду 2 1 2 1 1, повторяемому 6c раз, шаг по пазам y_n = 5, катушки двухкатушечных групп имеют по (1-x)W_k витков, а однокатушечных - (1+x)W_k витков, p = 5c, z = 42c при c = 1, 2, ..., k принимает значения от 0 до (2p - 1), а 0,2≅x≅0,3. Технический результат: улучшение электромагнитных параметров благодаря увеличению обмоточного коэффициента и уменьшения дифференциального рассеяния. 4 ил.

Трехфазная электромашинная дробная (q 1,4) обмотка, двухслойная с числом пар полюсов p, выполненная в Z пазах из 6p катушечных групп с номерами 1Г + (3k)Г, 3Г + (3k)Г, 5Г + (3k)Г соответственно в фазах первой, второй, третьей, соединенных в каждой фазе последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных с выводами зажимов начал фаз из начал групп 1Г, 11Г, 21Г, отличающаяся тем, что катушки с шагом по пазам У_п группируются в катушечных группах по ряду 2 1 2 1 1, повторяемому 6с раз, указанный шаг равен У_п 5, а катушки групп имеют числа витков по (1 - x)W_k для двухкатушечных групп и (1 + x)W_k для однокатушечных групп, где p 5с и Z 42с при значениях с 1, 2, величина k принимает все значения в пределах от 0 до (2p 1), а значение x выбирается в пределах 0,2 ≅ x ≅ 0,3.