ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (Q=12/7) ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН 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 (2р) 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,
могут выполняться с q>1 (при b≠0 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 является повышенное 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 2р= 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=12/7.

Поставленная задача решается тем, что для трехфазной дробной (q=12/7) обмотки электрических машин, выполненной двухслойной с полюсностью 2р=14 в z=72 пазах из равномерно смещенных катушек с шагом по пазам y_п, объединенных в 6р= 42 катушечные группы с номерами от 1Г до 42Г при группировке в них катушек по ряду 2 2 2 1 2 2 1, повторяемому шесть раз, содержащей в первой фазе последовательно соединенные группы с номерами 1Г+(3к)Г при встречном включении четных групп относительно нечетных, а для двух других фаз их номера чередуются с интервалами в 2р=14 и в 4р=28 групп: катушки первая и вторая в двухкатушечных группах имеют числа витков (1-х)•W_k и (1+х)•W_k для групп 1Г+(7с)Г и 5Г+(7с)Г, по (1-х)•W_k для групп 2Г+(7с)Г, (1+х)•W_k и (1-х)•W_k для групп 3Г+(7с)Г и 6Г+(7с)Г, а катушка однокатушечных групп 4Г+(7с)Г и 7Г+(7с)Г имеет число витков (1+х)•W_k, где y_п=6; k=0, 1, 2, (2p-1); c=0, 1, 2,(p-2); 2W_k число витков каждого паза, а значение параметра "х" выбирается в пределах 0,20 ≅x≅ 0,35.

На фиг. 1 показана разметка пазовых слоев предлагаемой обмотки с неравновитковыми катушками при q=12/7, 2p=14 полюсах и z=72 пазах с разметкой номеров пазов (снизу), катушечных групп (сверху) и фазных зон; на фиг. 2 и 3 построены звезды пазовых ЭДС верхнего слоя первой фазы для полюсностей р=7 (фиг. 2) и р'=1 (фиг. 3); на фиг. 4 многоугольники МДС обмотки фиг. 1 при катушках равновитковых (внутренний) и неравновитковых (наружный).

Предлагаемая трехфазная двухслойная обмотка при 2р= 14 и z=72 имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=N/d=12/7 при полюсном делении τ_п3q= 36/7 и выполняется из равномерно смещенных катушек с шагом по пазам y_п=6, объединенных в 6р= 42 катушечные группы с номерами от 1Г до 42Г. В соответствии с выражением (1) из N=12 соседних катушек образуются d=7 катушечных групп, поэтому катушки обмотки с q=12/7 и 2р=14 группируются [1] по ряду 2 2 2 1 2 2 1, повторяемому 6 раз. Это показано на фиг. 1 развертки пазовых слоев, где фазные зоны фаз первой, второй, третьей обозначены как А-Х, В-Y, C-Z, чередуются в последовательности A-Z-B-X-C-Y и группы зон Х, Y, Z должны включаться в фазах встречно относительно групп зон соответственно А, В, С.

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

Для предлагаемой обмотки с d=7 в соответствии с (2) имеем n 6•k/7±1, откуда получаем: при k=0-n=1 основная гармоническая с числом полюсов 2р=14; при k=-1-n=-6/7+1=1/7 низшая дробная гармоническая (прямая) с числом полюсов 2p_ν=ν•2p=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=35^°, где α′= 360^o/z= 5^o; для низшей гармонической (ν=1/7) - α_ν=(ν•p)α′=5^q=α′. Звезды пазовых ЭДС одного (верхнего) слоя фазы обмотки по фиг. 1 с неравновитковыми катушками построены для n=1 (р=7) на фиг. 2 и для n=1/7 (p'=1) на фиг. 3, где окружность разбита на z=72 части и размечены фазные зоны А и Х первой фазы. Путем вычисления проекций векторов пазовых ЭДС на ось их симметрии по фиг. 2 и 3 вычисляются коэффициенты распределения K_p, после умножения которых на коэффициенты укорочения K_y определяются обмоточные коэффициенты K_об:
для гармонической n=1 с полюсностью р=7 (фиг. 2) -

для гармонической ν=1/7 с полюсностью p=7 (фиг.3) -

где K_y= sin(π•6/6q) для n1 и K_yν=sin(π•6/7•6q) для n1/7, при этом все пазы содержат одинаковое число (2•W_k) витков.

Из (3)-(4) видно, что для известной обмотки с равновитковыми катушками (х= 0) имеем для n=1-К_об=0,9227, для n=1/7-K_об=0,01105 и МДС F_ν этой гармонической составляет от МДС F₁ основной гармонической величину F_ν/F₁= K_обν/ K_об•ν 7•0,01105/0,9227= 0,084, т.е. такая гармоническая сильно выражена в МДС обмотки. Для ее полного устранения из условия K_обν по (4) получаем х=0,206.

Процентное содержание всех (низших и высших) гармонических в кривой МДС обмотки оценим с помощью коэффициента дифференциального рассеяния d_д%, определяемого выражениями [3]
,
где R2д

квадрат среднего радиуса q•d пазовых точек одной повторяющейся части многоугольника МДС; R радиус окружности для основной гармонической МДС с обмоточным коэффициентом K_об.

На фиг. 4 с помощью вспомогательной треугольной сетки построены многоугольники МДС обмотки по фиг. 1, где числу витков W соответствуют 1 сторона сетки при катушках равновитковых (х=0; внутренний на фиг. 4) и 1,5 стороны сетки при катушках неравновитковых (х=1/3; наружный на фиг. 4). По многоугольникам МДС (с помощью теоремы косинусов) и выражениям (5) определяем:
при х=0-R2д

=29/3, R=(72•0,9227/7π и d_д%5,922;
при х= 1/3 R2д=262/(12•2,25), R=(72•0,9335/7π и d_д%3,880, т.е. дифференциальное рассеяние снижается при х=1/3 в 5,922/3,88=1,526 раза, что показывает эффективность предложенной обмотки; при значении х=0,25 по (4) имеем K_об= 0,9308 и тогда δ_д%3,860; значения параметра "х" выбираются в пределах 0,20 ≅x≅0,35.

Таким образом, предлагаемая дробная обмотка имеет пониженное дифференциальное рассеяние (более чем в 1,5 раза) по сравнению с известной и ее применение существенно улучшает энергетические и виброакустические показатели электрических машин из-за улучшения гармонического состава поля.

Предлагаемая обмотка может применяться также в электрических совмещенных машинах переменного тока с двумя разнополюсными магнитными полями в магнитопроводе, например, в трехфазных асинхронных одномашинных преобразователях частоты 50/400 Гц при числах пар полюсов полей двигательной и генераторной частей p₁=1 и p₂=7, при этом такая обмотка взаимоиндуктивно не будет связана с полем 2p₁=2 полюсной двигательной обмотки.

Использование: многополюсные электрические машины переменного тока. Сущность изобретения: обмотка выполнена двухслойной с числом полюсов 2р=14 в z=72 пазах из равномерно смещенных катушек с шагом по пазам Y_п, объединенных в 6р=42 катушечные группы с номерами от 1Г до 42Г при группировке в них катушек по ряду 2 2 2 1 2 2 1, повторяемому шесть раз, содержит в первой фазе последовательно соединенные группы с номерами 1Г+(3к)Г при встречном включении четных групп относительно нечетных, а для двух других фаз их номера чередуются с интервалами в 2р= 14 и 4р=28 групп, катушки первая и вторая в двухкатушечных группах имеют числа витков (1-х)•W_k и (1+x)•W_k для групп 1Г+(7с)Г и 5Г+(7с)Г, по (1-х)•W_k для групп 2Г+(7с)Г, (1+х)•W_k и групп 4Г+(7с)Г и 7Г+(7с)Г имеют число витков (1+х)•W_k, где у_п=6, k=0, 1, 2,..., (p-2), 2W_k - число витков каждого паза, а значение параметра "х" выбирается в пределах 0,20 ≥x≥ 0,35. Технический результат: снижение дифференциального рассеяния. 4 ил.

Трехфазная дробная (q 12/7) обмотка электрических машин, выполненная двухслойной с полюсностью 2p 14 в z 72 пазах из равномерно смещенных катушек с шагом по пазам y_п, объединенных в 6p 42 катушечные группы с номерами от 1Г до 42Г при группировке в них катушек по ряду 2 2 2 1 2 2 1, повторяемому шесть раз, содержащая в первой фазе последовательно соединенные группы с номерами 1Г + (3к)Г при встречном включении четных групп относительно нечетных, а для двух других фаз их номера чередуются с интервалами в 2p 14 и 4p 28 групп, отличающаяся тем, что катушки первая и вторая в двухкатушечных группах имеют числа витков (1 x) • W_к и (1 + x) • W_к для групп 1Г + (7с)Г и 5Г + (7с)Г, по (1 x) • W_к для групп 2Г + (7с)Г, (1 + x) • W_к и (1 x) • W_к для групп 3Г + (7с)Г и 6Г + (7с)Г, а катушка однокатушечных групп 4Г + (7с)Г и 7Г + (7с)Г имеет число витков (1 + x) • W_к, где y_п 6, к 0, 1, 2, (2p 1), с 0, 1, 2 (p 2), 2W_к число витков каждого паза, а значение параметра x выбирается в пределах 0,20 ≅ x ≅ 0,35.