ТРЕХФАЗНО-МНОГОФАЗНАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА Российский патент 1997 года по МПК H02K3/28 

Изобретение относится к обмоткам электрических совмещенных машин переменного тока с двумя разнополюсными рабочими полями в общем магнитопроводе и может применяться на роторе одномашинных преобразователей частоты.

Известны асинхронные одномашинные преобразователи частоты в конструкции асинхронной машины с фазным ротором и контактными кольцами. Они содержат две раздельные разнополюсные обмотки на статоре и на роторе, причем обмотки ротора могут совмещаться в одной электрически совмещенной обмотке [1, 2]
Изобретение относится к совмещенной трехфазно-многофазной обмотке ротора одномашинных преобразователей частоты при числах пар полюсов p₂ для трехфазной генераторной и p₁ для многофазной короткозамкнутой двигательной частей. Она выполняется двухслойной из 6p₂ распределенных катушечных групп с номерами в генераторных фазах 1+3i, 3+3i, 5+3i, соединенных в звезду с выводами фазных зажимов к контактным кольцам и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим фазы, четных групп в нулевую точку звезды, а кнцы всех групп фазы соединены вместе, где p₂/p₁ ≥ 3 - целое число; i 0, 1, 2, (2p₂-1) [2, 3]
В изобретении ставится задача улучшения электромагнитных параметров совмещенной трехфазно-девятифазной роторной обмотки одномашинных преобразователей частоты при числах пар полюсов p₂/p₁ 3/1 и пазов z₂ 27.

Задача решается тем, что для трехфазно-многофазной совмещенной обмотки ротора одномашинных преобразователей частоты с полюсностями p₂ для трехфазной генераторной и p₁ для многофазной короткозамкнутой двигательной частей, выполненной двухслойной в z₂ пазах из 6p₂ распределенных катушечных групп с номерами в генераторных фазах 1+3i, 3+3i, 5+3i, соединенных в звезду с выводами зажимов фаз на три контактных кольца и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим фазы, четных групп в нулевую точку звезды, а концы всех групп фазы соединены вместе: при полюсностях p₂/p₁=3/1 и z₂=27 пазах нечетные группы содержат по две концентрические катушки с шагами по пазам y_n=7 и 5 с числами витков (1-x)W_k и (1+x)W_k, а четные группы содержат по одной катушке с шагом y_n=6 и числом витков W_k, где i=0, 1, 2, (2p₂-1); 2W_k число витков в каждом пазу, а значение "x" выбирается в пределах 0,50 ≅ x ≅ 0,65.

На фиг. 1 изображена развернутая схема совмещенной роторной обмотки по [3] при z₂=27 пазах, полюсностях p₂/p₁=3/1 и 6p₂=18 катушечных группах; на фиг. 2 и 3 чередования фазных зон по пазам обмотки по фиг.1 с неравновитковыми катушками для полюсностей p₂=1 (фиг.2) и p₂=3 (фиг.3); на фиг.4 многоугольники МДС обмотки по фиг.1 для полюсностей p₂=3 (внутренний) и p₂=1 (наружный).

Трехфазно-девятифазная совмещенная обмотка ротора по [3] при p₂/p₁=3/1 и z₂=27 содержит 6p₂=18 катушечных групп с номерами от 1Г до 18Г (фиг.1). Генераторные фазы соединены в звезду с выводами фаг P1, P2, P3 и нулевой точкой 0; номера групп этих фаз определяются как: 1+3i=1, 4, 7, 10, 13, 16 (P1); 3+3i=3, 6, 9, 12, 15, 18 (P2); 5+3i=5, 8, 11, 14, 17, 2 (P3), где параметр i принимает значения от 0 до (2p₂-1)=5 и если получаемый номер группы превышает общее число групп (6p₂), то из него вычитается число 6p₂. Нечетные группы содержат по две концентрические катушки с шагами Y_n=7 и 5 с числами витков (1-x)W_k и (1+x)W_k, а четные группы по одной катушке с шагом Y_n=6 и числом витков W_k, где 2W_k число витков в каждом пазу. Коэффициенты укорочения катушек K_y= sin(πy_п/2τ_п) и их числа витков (при W_k*=1, полюсных делениях τ_п1= 13,5 для p₁=1 и τ_п2= 4,5 для p₂=3) равны по таблице, откуда определяются обмоточные коэффициенты K_об= (ΣK_y)/3 для полюсностей p₂=1 и p₂=3:
K_об1= 0,639890-x•0,059288;
K_об2= 06831207+x^o0,114007.

Оценим электромагнитные свойства предлагаемой обмотки по многоугольникам МДС путем вычисления коэффициента дифференциального рассеяния [2] σ_д%= [(R_д/R)²-1] •100, где R2д

= (ΣR2i)/3 квадрат среднего радиуса трех пазовых точек повторяющейся части многоугольника, а R = (z•K_об/p•π) радиус окружности для основной гармонической МДС.

Для трехфазной генераторной полюсности p₂=3 совмещенная обмотка (фиг.1) имеет чередования по пазам фазных зон по фиг.3, где зоны фаз I, II, III обозначены как A-X, B-Y, C-Z; их токи показаны единичными векторами в центре фиг. 4 и по вспомогательной треугольной сетке построен многоугольник МДС: пунктирными линиями при x=0 и сплошными линиями при x=0,6 (для z₂/3=9 пазов), откуда при стороне сетки в единицу длины для полюсности p₂=3 определяется
R2д2

= 6 + (4x + x²)/3, (3)
тогда с учетом (2) вычисляются:
при x=0 (равновитковые катушки) R2д2 = 6,0; R₂= (9•0,8312/3•π) при K_об2= 0,8312 и σ_д2% = 5,817; при, например, x = 0,6 - R2д2 = 6,92; R₂= (9•0,8996/3•π) при K_об2=0,8996 и σ_д2% = 4,189, т.е. обмотка с неравновитковыми катушками эффективнее в 0,8996/0,8312 раза по K_об2 и в 5,817/4,189=1,39 раза по σ_д2% .
С учетом (2) и (3) можно получить выражение σ_д2 ≡ (R_д2/K_об2)²= Φ(x²), тогда из решения уравнения d(σ_д2)/dx = 0 определяется значение x=0,65, при котором σ_д2 имеет минимальное значение, целесообразные пределы для выбора параметра "x" 0,50 ≅ x ≅ 0,65.

Для девятифазной двигательной полюсности p₁=1 совмещенная обмотка (фиг. 1) имеет чередования фазных зон по пазам в соответствии с фиг.2, представленных в виде трех равномерно смещенных систем A-Z-B-X-C-Y, A'-Z'-B'-X'-C'-Y', A''-Z''-B''-X''-C''-Y'' и их токи показаны векторами на фиг.4, тогда в соответствии с фиг. 2 строится многоугольник МДС (наружный на фиг.4), откуда подобно [2] с учетом (1) определяется коэффициент дифференциального рассеяния: при x = 0 - R2д1

= 30,385919; R₁= (27•0,6399/π) при K_об1= 0,6399 и σ_д1% = 0,466; при, например, x=0,6 и K_об1=0,6043 коэффициент σ_д1% несколько возрастает.

Если брать обмотку по [2] при тех полюсностях и пазах, но с шагом катушек y_n=5, имеющей K_об1=0,5470 и σ_д1% = 0,499; K_об2=0,9450 и σ_д2% = 4,560, то предлагаемая обмотка эффективнее ее по электромагнитным параметрам для каждой полюсности.

Предлагаемая совмещенная обмотка использована в маломощных (0,5-3,0 кВ•А) трехфазных асинхронных одномашинных преобразователях частоты типа ОПЧС-50/200 Гц, спроектированных для серийного выпуска в конструкции асинхронных машин с высотами оси вращения от 80 до 112 мм и предназначенных для питания трехфазного электрооборудования с высокоскоростными асинхронными двигателями, а также ручного электроинструмента. Такие ОПЧС-50/200 Гц превосходят показатели отечественных и зарубежных асинхронных двухмашинных преобразователей, выполняемых с раздельными магнитопроводами двигательной и генераторной частей.

Использование: одномашинные преобразователи частоты и числа фаз. Сущность изобретения: обмотка ротора двухслойная с полюсностями p₂ для трехфазной генераторной и p₁ для многофазной короткозамкнутой двигательной частей, выполнена в Z₂ пазах из 6p₂ распределенных катушечных групп с номерами в генераторных фазах I+3i, 3+3i, 5+3i, соединенных в звезду с выводами зажимов фаз на три контактных кольца, в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим фазы, четных групп - в нулевую точку звезды, а концы всех групп фазы соединены вместе, при полюсностях p₂=3, p₁=1, и Z₂=27 пазах, нечетные группы содержат по две концентрические катушки с шагами по пазам У_П= 7 и 5 с числами витков (I-x)W_k и (I+x)W_k, а четные группы содержат по одной катушке с шагом У_П= 6 и числом витков W_k, где параметр i принимает значение от 0 до (2p₂-I)= 5, 2W_k - число витков в каждом пазу, а значение "x" выбирается в пределах 0,50≅ x ≅ 0,65. Технический результат: улучшение электромагнитных параметров. 1 табл., 4 ил.

Трехфазно-многофазная совмещенная обмотка ротора для одномашинных преобразователей частоты с полюсностями р₂ для трехфазной генераторной и р₁ для многофазной короткозамкнутой двигательной частей, выполненная двухслойной в z₂ пазах из 6р₂ распределенных катушечных групп с номерами в генераторных фазах 1 + 3i, 3 + 3i, 5 + 3i, соединенных в звезду с выводами зажимов фаз на три контактных кольца и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим фазы, четных групп в нулевую точку звезды, а концы всех групп фазы соединены вместе, отличающаяся тем, что при полюсностях р₂ 3, р₁ 1 и z₂ 27 пазах нечетные группы содержат по две концентрические катушки с шагами по пазам у_п 7 и 5 с числами витков (1 х)w_k и (1 + х)w_k, а четные группы содержат по одной катушке с шагом у_п 6 и числом витков w_k, где параметр i принимает значения от 0 до (2р₂ 1) 5; 2w_k число витков в каждом пазу, а значение х выбирается в пределах 0,50 ≅ х ≅ 0,65.