ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (Q=6/7) ОБМОТКА СТАТОРА Российский патент 1997 года по МПК H02K3/28 

Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока и может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин.

Известны m= 3-фазные обмотки, выполняемые двухслойными, 2m=6-зонными с числом q=z/2pm=z/6 пазов (z) на полюс (2p) и фазу (m) целым или дробным [1, 2] Трехфазные обмотки с дробным числом q (дробные обмотки), представляемым в виде
q=z/6p=b+c/d=N/d, (1)
могут выполняться с q< 1 (при b=0 и N=c<d) и с q>1 (при b≠и N>d), при этом для получения обмотки симметричной должны соблюдаться условия: 2p/d целое число, а d/3 не целое число, где b, c, d, N целые числа и c/d правильная несократимая дробь.

Недостатком дробных обмоток (особенно с q <1) является высокое содержание гармонических в кривой МДС, что увеличивает их дифференциальное рассеяние и ухудшает показатели электрических машин с такими обмотками.

Наиболее близкой к предлагаемой является трехфазная дробная обмотка с q= 8/7 при 2p= 14 полюсах и z=48 пазах, выполняемая двухслойной с неравновитковыми катушками и характеризуемая пониженным содержанием гармонических в кривой МДС [4]
В настоящем изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния трехфазной дробной обмотки с q=6/7<1.

Задача достигается тем, что для трехфазной дробной (q=6/7) обмотки статора, выполненной двухслойной с числом полюсов 2p=14 в z=36 пазах из К=36 катушек с шагом по пазам У_п и с номерами от 1К до 36К, соединенных в фазах последовательно при сопряжении фаз звездой или треугольником в первой фазе включены катушки с номерами 1К, -3К, 6К, -8К, 11К, 16К, -19К, 21К, -24К, 26К, -29К, -34К, а для двух других фаз их номера чередуются с интервалами в двенадцать и в двадцать четыре катушки, при этом числа витков равны по (1+x)W_к для катушек 1К, 2К, по (1=x)W_к для катушек 3К, 4К, 5К, 6К и указанная группировка неравновитковых катушек чередуется в каждых последующих шести катушках, где У_п=2; знак минус перед номером катушки означает ее встречное включение в фазе относительно катушки без этого знака; 2W_к число витков в пазу, а значение параметра "x" выбирается в пределах 0,20≅x≅0,30.

На фиг. 1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки с неравновитковым катушками при q=6/7, 2p=14 полюсах и z=36 пазах с разметкой номеров пазов (снизу) и фазных зон; на фиг.2 и 3 построены звезды пазовых ЭДС верхнего слоя первой фазы для полюсностей p'=1 (фиг.2) и p7 (фиг.3); на фиг. 4 и 5 многоугольники МДС обмотки фиг.1 при катушках равновитковых (фиг. 4) и неравновитковых (фиг.5).

Предлагаемая трехфазная двухслойная обмотка при 2p= 14 и z=36 имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=N/d=6/7 при полюсном делении τ_п3q=18/7 и выполняется из К=36 катушек (с номерами от 1К до 36К) с их шагом по пазам У_п=2. В соответствии с выражением (1) из каждых N6 соседних катушек образуются d=7 катушек, поэтому катушки обмотки с q=6/7 и 2p=14 группируются [1] по ряду 1 0 1 1 1 1 1, повторяемому шесть раз, и тогда формирование такой обмотки можно представить в виде таблицы, где фазные зоны обозначены как A-X, B-Y, C-Z, чередуются в последовательности A-Z-B-X-C-Y и нулевые элементы группировки вычеркиваются. В таблице представлен порядок чередования по пазам фазных зон, показанный на фиг.1 и из нее видно, что первая фаза содержит катушки (и пазы) с номерами 1К, 6К, 11К, 16К, 21К, 26К зон A, 3К, 8К, 19К, 24К, 29К, 34К зон X и катушки зон X должны включаться в фазе встречно относительно катушек зон X.

Известно [2] что m= 3-фазные, 2m=6-зонные дробные обмотки содержат в кривой МДС гармонические порядков
ν=6•k/d±1, (2)
где k любое положительное или отрицательное число (включая k=0), при котором n>0; d знаменатель дробности числа q по (1), а значки (+) и (-) относятся соответственно к прямо и встречно вращающимся гармоническим.

Для предлагаемой обмотки с d=7 в соответствии с (2) имеем ν=6•k/7±1, откуда получаем: при k=0-n=1 основная гармоническая с числом полюсов 2p=14; при k=-1-n=-6/7+1=1/7 низшая дробная гармоническая (прямая) с числом полюсов 2p'= n2p=2 (остальные гармонические здесь не рассматриваем). Такая низшая n= 1/7) гармоническая оказывает наибольшее влияние на МДС обмотки и увеличивает ее дифференциальное рассеяние, поэтому определим условия ее устранения. Угол сдвига пазов обмотки по фиг.1 равен:
для основной гармонической
(ν=1)-α=(360^°/z)•p=α′•p=70^°,
где α′=360^°=360^o/z=10^o;
для низшей гармонической
(ν=1/7)-α_ν=(ν•p)α′=10^°=α′.

Звезды пазовых ЭДС одного (верхнего) слоя фазы обмотки по фиг.1 с неравновитковыми катушками построены для n=1/7 (p'=1) на фиг.2 и для n=1 (p=7) на фиг.3, где размечены фазные зоны A и X. Путем вычисления проекций векторов пазовых ЭДС на ось их симметрии по фиг.2 и 3 вычисляются коэффициенты распределения К_р, после умножения которых на коэффициенты укорочения К_у определяются обмоточные коэффициенты К_об:
для n=1 (фиг.3) - К_об=К_рК_у=[(1-x)(cos5^o+cos15^o) +(1+x)cos25^o]•К_у/(3-x)= (2,69544-x•0,99214)/(3-x); (3)
для n= 1/7 (фиг. 2)-K_обν= K_pνK_yν= [(1-x)(cos25^o+cos75^o)-(1+x)cos55^o] • •K_yν/(3-x)=(0,10272-x•0,30199)/(3-x), (4)
где К_у=sin(p•2/6q) для n=1 и К_у=sinp•2/76q) для n1/76 и K_yK_yν= sin(p•2/7•6f) для n= 1/7 при этом учтено, что не все пазы имеют полное заполнение и поэтому фаза содержит 2(3-x)W_к витков; на фиг.1 зачерненные пазы содержат 2(1-x)W_к витков.

Из (3)-(4) видно, что для известной обмотки с равновитковыми катушками (x= 0) имеем для n=1 К_об=0,8985, для n=1/7-K_обν=0,03424 и МДС F_ν этой гармонической составляет от МДС F₁ основной гармонической величину F_ν/F₁=K_обν/K_об•ν= 7•0,03424/0,8985= 0,2668, т. е. такая гармоническая очень сильно выражена в МДС обмотки. Для ее полного устранения из условия K_обν=0 по (4) получаем x=0,34.

Процентное содержание всех (низших и высших) гармонических в кривой МДС обмотки оценим с помощью коэффициента дифференциального рассеяния s_д%, определяемого выражениями [3]
δ_д% =[(R_д/R)²-1]•100; R=∑ (R2i

)/ (q•d); R=(z•K_об/pπ), (5)
где R2д квадрат среднего радиуса q•d пазовых точек одной повторяющейся части многоугольника МДС; R радиус окружности для основной гармонической МДС с обмоточным коэффициентом К_об.

На фиг. 4 и 5 с помощью вспомогательной треугольной сетки построены многоугольники МДС обмотки по фиг.1, где числу витков W_к соответствуют 2 стороны сетки при катушках равновитковых (x=0; фиг.4) и 2,5 стороны сетки при катушках неравновитковых (x=0,2; фиг.5). По многоугольникам МДС (с помощью теоремы косинусов) и выражениям (5) определяем:
При x= 0 (фиг.4) -R21

=3•2²=12 (пазовые точки многоугольника 1, 3, 4, 5, 6), R22 2²= 4 (пазовая точка 2 и R2д(5•12+6)/(6•2²=8/3 (при (q•d=6); R= (36•0,8985/7π) и d_д%= 23,26; при x=0,2 (фиг.5) -R21=[(1+x)²+(1-x)²+(1-x)²)] •2,5² (3+x²)•2,5² (пазовые точки 1,3), R22(1+x)²•2,5² (пазовая точка 2), R24 3(1-x)²•2,5² (пазовые точки 4,5,6) и R2д(8-8x+6•x²)/(3-x)=6,64; для x=0,2 по (3) К_об=0,8918 и эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов (см.фиг.1) равно z=12(3-x)=33,6, тогда R=(33,6•068918/7 π ) и d_д%19,21, т.е. дифференциальное рассеяние снижается при x=0,20 в 23,26/19,21=1,21 раза, что показывает эффективность предложенной обмотки.

Если в выражения (5) подставлять значение R2д

= Φ(x) и значение K_об= ψ(x) из (3), то получим функцию δ_д%f(x), которую можно исследовать на минимум и тогда из условия d(δ_д)/d(x)=0 определяется значение x≈0,23, при котором дифференциальное рассеяние обмотки по фиг.1 минимально; значения x выбираются в пределах 0,20≅x≅0,30.

Таким образом, предлагаемая дробная обмотка имеет пониженное дифференциальное рассеяние по сравнению с известной и ее применение существенно улучшает энергетические и виброакустические показатели электрической машины из-за улучшения гармонического состава поля.

Использование: многополюсные электрические машины переменного тока. Сущность изобретения: обмотка выполнена двухслойной с числом полюсов 2p=14 в z= 36 пазах из К=36 катушек с шагом по пазам У_п и с номерами от 1К до 36К, соединенных в пазах последовательно, в первой фазе включены катушки с номерами 1К, -3К, 6К, -8К, 11К, 16К, -19К, 21К, -24К, 26К, -29К, -34К, а для двух других фаз их номера чередуются с интервалами в двенадцать и в двадцать четыре катушки, при этом числа витков равны по (1+z)W_к для катушек 1К, 2К, по (1-x)W_к для катушек 3К, 4К, 5К, 6К и указанная группировка неравновитковых катушек чередуется в каждых последующих шести катушках, где У_п=2, знак минус перед номером катушки означает ее встречное включение в фазе относительно катушки без этого знака, 2W_к - число витков в пазу, а значение параметра "x" выбирается в пределах 0,20≅x≅0,30. Технический результат: снижение дифференциального рассеяния. 5 ил., 1 табл.

Трехфазная дробная (q 6/7) обмотка статора, выполненная двухслойной с числом полюсов 2p 14 в z 36 пазах из К 36 катушек с шагом по пазам y_п и с номерами от 1К до 36К, соединенных в фазах последовательно при сопряжении фаз звездой или треугольником, отличающаяся тем, что в первой фазе включены катушки с номерами 1К, -3К, 6К, -8К, 11К, 16К, -19К, 21К, -24К, 26К, -29К, -34К, а для двух других фаз их номера чередуются с интервалами в двенадцать и двадцать четыре катушки, при этом числа витков равны по (1 + x) • W_к, для катушек 1К, 2К, по (1 x) • W_к для катушек 3К, 4К, 5К, 6К и указанная группировка неравновитковых катушек чередуется в каждых последующих шести катушках, где y_п 2, знак минус перед номером катушки означает ее встречное включение в фазе относительно катушки без этого знака; 2W_к число витков в пазу, а значение параметра x выбирается в пределах 0,20 ≅ x ≅ 0,30.