ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА Российский патент 1997 года по МПК H02K3/28 H02K47/24 

Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе.

Известны одномашинные преобразователи частоты в конструкции асинхронной машины с контактными кольцами, совмещенная роторная обмотка которых работает как многофазная короткозамкнутая для полюсности p₁ и как трехфазная для полюсности p₂ с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца [1]
Наиболее близкой к предлагаемой является совмещенная обмотка ротора при p₂/p₁ ≥ 3/1, выполняемая двухслойной из 6p₂ распределенных катушечных групп с номерами в фазах Р1, Р2, Р3 соответственно 1+3к, 3+3к, 5+3к и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим фазы, концы нечетных и четных групп соединены вместе, а начала четных групп соединены в нулевую точку звезды, где к 0, 1, 2, (2р-1) [3] Такая совмещенная обмотка выполнима при целом числе пазов на полюс и фазу q Z/6p₂ ц.ч. что ограничивает ее область применения.

В настоящем изобретении решается задача расширения области применения и улучшения электромагнитных параметров совмещенной обмотки ротора с числами пар полюсов p₂/p₁ 4/1 при дробном числе пазов на полюс и фазу q 2,25.

Сущность изобретения заключается в том, что для электромашинной совмещенной обмотки ротора одномашинного преобразователя частоты с числами пар полюсов p₂/p₁ 4/1, выполненной в Z пазах из 6р₂ 24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г, многофазной короткозамкнутой для полюсности p₁ 1 и трехфазной для полюсности p₂ 4 с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца: обмотка выполнена в Z 54 пазах, в первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г, -10Г и к каждой из них подключена параллельно-согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г, а для других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в восемь групп для фазы Р2 и в шестнадцать групп для фазы Р3, причем группы содержат равношаговые с шагом по пазам У_п 19 или концентрические катушки с шагами У_п 21, 19, 17 для трехкатушечных групп 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г и с шагами У_п 20, 18 для двухкатушечных остальных групп, где знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе относительно группы без этого знака; для обмотки по второму варианту концентрические катушки имеют числа витков соответственно w_к, w_к, 0,5w_к для трехкатушечных групп и по w_к витков для двухкатушечных групп; для обмотки по третьему варианту концентрические катушки трехкатушечных групп имеют числа витков соответственно w_к; 1,5w_к; 0,5w_к.

На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки; на фиг. 2 и 3 чередования по пазам фазных зон обмотки для полюсностей p₂ 4 (фиг. 2) и p₁ 1 (фиг. 3); на фиг. 4 диаграмма сдвига осей катушечных групп для полюсности p₂ 4, где угол α = 15^°/q на фиг. 5 - упрощенная схема соединений фазы Р1-0 обмотки; на фиг. 6 многоугольники МДС обмотки для полюсностей p₂ 4 (внутренний) и p₁ 1 (наружный).

Обмотка (фиг. 1) выполнена в Z 54 пазах двухслойной, трехфазной для полюсности p₂ 4 из 6p₂ 24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г и соединена в звезду с выводами зажимов начал фаз Р1, Р2, Р3. Группы 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г содержат по три концентрические катушки с шагами по пазам У_п 21, 19, 17, а остальные группы по две концентрические катушки с шагами У_п 20, 18. В первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г, -10Г и к каждой из них подключена параллельно-согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г (см. также фиг. 5), где знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе относительно группы без этого знака. Для фаз Р2 и Р3 номера групп чередуются относительно группы фазы Р1 с интервалами в восемь (Р2) и шестнадцать (Р3) групп.

Коэффициенты укорочения катушек K_у= sin (π•y_п/2τ) для полюсностей p₁ 1 и p₂ 4 при полюсных делениях τ₁= 54/2= 27 и τ₄= 54/8=6,75 даны в таблице.

Соединения в фазе обмотки (фиг. 5) образуют для полюсности p₂ 4 две одинаковые параллельные ветви с уравнительными соединениями между их равнопотенциальными точками, а для полюсности p₁ 1 эта фаза образует 8-фазную короткозамкнутую систему; все три фазы Р1, Р2, Р3 образуют (для полюсности p₁ 1) 24-фазную короткозамкнутую систему.

Для обмотки по первому варианту при равновитковых катушках по коэффициентам укорочения концентрических катушек определяются обмоточные коэффициенты: для полюсности p₂ 4 с учетом фиг. 4 при угле для полюсности p₁ 1 К_об1 [(0,9397 + 0,8936 + 0,8355) +3(0,9182 + 0,8660)]/9 0,8913 при числе витков фазы w_ф 9•w_к. Для обмотки по второму варианту при числах витков w_к, w_к, 0,5w_к катушек 3-х катушечных групп: К_об4 0,9264 и К_об1 0,8946; для обмотки по третьему варианту при числах витков w_к; 1,5w_к; 0,5w_к катушек 3-х катушечных групп: К_об4 0,9281 и К_об1 0,8945.

Для оценки электромагнитных параметров предлагаемой совмещенной обмотки используем многоугольники МДС для каждой полюсности, по которым определяются [2] квадрат среднего радиуса пазовых точек; R=(Z•K_об/pπ) радиус окружности для основной гармонической МДС; σ_д%=[(R_д/R)²-1]100 коэффициент дифференциального рассеяния, характеризующий качество обмотки по уровню содержания в кривой МДС высших (и низших) гармонических. Многоугольники МДС строятся по чередованиям фазных зон (фиг. 2 и 3).

Для полюсности p₂ 4 с числом фаз m₄ 3 фазные зоны обозначены (фиг. 2) как А, В, С для начальных сторон катушечных групп и X, У, Z для их конечных сторон, а векторы токов фазных зон изображены единичными векторами в центре фиг. 6. Для полюсности p₁ 1 с числом фаз m₁ 24 обозначениям фазных зон приписаны один, два, три штриха сверху и токи фазных зон показаны векторами на фиг. 6. На фиг. 2 и 3 зачернены части пазов, соответствующие сторонам катушки шага У_п 17 с 0,5w_к витками (для обмотки по второму варианту).

По фиг. 2 с использованием вспомогательной треугольной сетки (ее сторона принята за единицу длины) на фиг. 6 построен многоугольник МДС (внутренний) для полюсности p₂ 4, по которому определяются: ,
где Z'= 51 эквивалентное число полностью заполненных пазов для обмотки по второму варианту. Для обмотки по первому варианту (при равновитковых катушках) σ_д%= 4,143 а для обмотки по третьему варианту σ_д%= 3,552 Таким образом, выполнение обмотки с неравновитковыми катушками снижает ее дифференциальное рассеяние для полюсности p₂ 4: в 4,143/2,381 1,74 для обмотки по второму варианту и в 4,143/3,552 1,17 раза для обмотки по третьему варианту.

По фиг. 3 с использованием вспомогательных равнобедренных треугольников [2] на фиг. 6 построен наружный многоугольник МДС для полюсности p₁ 1. Его одна повторяющаяся часть содержит девять точек (точки 1-9), построенных по треугольникам (их стороны соответствуют направлениям токов фазных зон и угол при вершине равен 120^o): большого abk с основанием ab и боковыми сторонами в 2,5 единиц; трех малых с основаниями bc cd de и боковыми сторонами в 2 единицы. При центре многоугольника в точке 0 радиус R_к 0к равен и тогда для точки 2 R22

= (R_к-0,5)²= 214,80516 а для точек 1 и Из треугольника kb(4) с углом kb(4) 135^o сторона n к(4) по теореме косинусов равна n² 2,5² + 1² 2•2,5•1•Cos 135^o
10,785535 и n 3,2841338, тогда угол β′ bk(4) определяется по теореме синусов из соотношения n/sin 135^q= 1/sinβ′ и равен β′ 12,4337^o; угол β=Ок(4)=60^q+β′= 72,4337^q и тогда для точек 4 и 9 по теореме косинусов R24= R29=R2к+n²-2•R_к•n•cosβ=210,45179 Радиус R_h 0h равен и тогда для точек 6 и 7 по теореме косинусов R26=R27=R2h+1²-2•R_h•1•cos60^°= 211,64598 Из треугольника ch(5) с углом (5)ch 135^o сторона m h(5) равна по теореме косинусов m² 2² + 1² 2•2•1•сos 135^o 7,828428 и m 2,7979328, тогда угол γ′ ch(5) по теореме синусов определяется из соотношения m/sin 135^q= 1/sinγ′ и равен γ′= 14,6388^q; угол γ = 0h(5) = 60^°+γ′=74,6388^° и тогда для точек 5 и 8 по теореме косинусов R25=R28=R2h+m²-2•R_h•m•cosγ = 211,22824 Таким образом, [R2д1=[R22+2(R23+R24+R25+R26)]/9 = 211,10123 и тогда σ_д%= 0,0904 0,0904 при R²=(51•0,8946/π)² При равновитковых катушках σ_д% 0,0744.

Таким образом, предлагаемая обмотка имеет высокие значения электромагнитных параметров при q 2,25 и по сравнению с обмоткой по прототипу [3] выполнимой при q ц.ч. имеет расширенное применение.

Такая обмотка может применяться, например, в асинхронном одномашинном преобразователе частоты 60/300 Гц в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами при Z₂ 54 пазах. Ее применение упрощает конструкцию и изготовление машины, снижает расход меди и изоляции на роторе, повышает энергетические показатели и эксплуатационную надежность машины.

Область использования: электрические машины переменного тока с двумя разнополюсными рабочими полями. Сущность изобретения: обмотка ротора с числами пар полюсов p₂/p₁ = 4/1 выполнена двухслойной в Z пазах из 6p₂ = 24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г, является многофазной короткозамкнутой для полюсности p₁ = 1 и трехфазной для полюсности p₂ = 4 с соединением фаз звездой или треугольником с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца, выполнена в Z = 54 пазах, в первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г-10Г и к каждой из них подключена параллельно - согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г, для двух других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1, с интервалами в 8 групп для фазы Р2 и в 16 групп для фаз Р3, группы содержат концентричные катушки с шагами У_п = 21, 19, 17 для трехкатушечных групп 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г и с шагами У_п = 20, 18 для двухкатушечных остальных групп. Технический результат: улучшение электромагнитных параметров. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

1. Электромашинная совмещенная обмотка ротора одномашинного преобразователя частоты с числами пат полюсов р₂/р₁ 4/1, выполненная двухслойной в Z пазах из 6р₂=24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г, многофазная короткозамкнутая для полюсности р₁=1 и трехфазная для полюсности р₂=4 с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контакные кольца, отличающаяся тем, что обмотка выполнена в Z 54 пазах, в первой фазе с зажимом РJ из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г, -10Г и к каждой из них подключена параллельно-согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г, а для двух других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в восемь групп для фазы Р2 и в шестнадцать групп для фазы Р3, причем группы содержат концентрические катушки с шагами у_п 21, 19, 17 для трехкатушечных групп 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г и с шагами у_п 20, 18 для двухкатушечных остальных групп, где знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе относительно группы без этого знака. 2. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют числа витков соответственно W_к, W_к, 0,5W_к для групп трехкатушечных и по W_к для двухкатушечных. 3. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что концентрические катушки трехкатушечных групп имеют числа витков соответственно W_к, 1,5W_к, 0,5W_к.