ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (Q=12/5) 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: 2р/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= 6/5 при 2р= 10 полюсах и z=36 пазах, выполняемая двухслойной с неравновитковыми катушками и характеризуемая пониженным содержанием гармонических в кривой МДС [4]
В настоящем изобретении становится задача снижения дифференциального рассеяния трехфазной дробной обмотки с q=12/5.

Поставленная задача решается тем, что для трехфазной дробной (q=12/5) обмотки электрических машин, выполненной двухслойной с полюсностью 2р=10 в z=72 пазах из равномерно смещенных катушек с шагом по пазам y_п, объединенных в 6р= 30 катушечных групп с номерами от 1Г до 30Г при группировке в них катушек по ряду 3 2 3 2 2, 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=10 и в 4р=20 групп: катушки первая, вторая, третья в трехкатушечных группах 1Г+(5с)Г и 3Г+(5с)Г имеют числа витков соответственно (1-х)•W_к, (1+x)•W_к, (1-x)•W_к, а катушки первая и вторая остальных двухкатушечных групп имеют числа витков по W_к для групп 2Г+(5с)Г, (1+х)•W_к и W_к для групп 4Г+(5с)Г, W_к и (1+х)•W_к для групп 5Г+(5с)Г, где y_п=6; к=0, 1, 2, (2р-1); с=0, 1, 2,(р); 2W_к число витков каждого паза, а значение параметра "х" выбирается в пределах 0,25 ≅ x ≅ 0,35.

На фиг. 1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки с неравновитковыми катушками при q=12/5, 2р=10 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=5 (фиг. 2) и p'=1 (фиг. 3); на фиг. 4 многоугольники МДС обмотки фиг. 1 при катушках равновитковых (внутренний) и неравновитковых (наружный).

Предлагаемая трехфазная двухслойная обмотка при 2р=10 и z=72 имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=N/d=12/5 при полюсном делении τ_п3q=36/5 и выполняется из равномерно смещенных катушек с шагом по пазам y_п=6, объединенных в 6р=30 катушечных групп с номерами от 1Г до 30Г. В соответствии с выражением (1) из N=12 соседних катушек образуются d=5 катушечных групп, поэтому катушки обмотки с q=12/5 и 2р=10 группируются [1] по ряду 3 2 3 2 2, 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 X, 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 гармонические порядков
ν=6•k/d ±1, (2)
где к любое положительное или отрицательное число (включая к=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=5 в соответствии с (2) имеем n=6•k/5±1, откуда получаем: при k=0-n=1 основная гармоническая с числом полюсов 2р=10; при k=1-n6/5-1=1/5 низшая дробная гармоническая (обратная) с числом полюсов 2p_ν=ν •2p= 2 (остальные гармонические здесь не рассматриваем). Такая низшая (n= 1/5) 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=25^°, где α′= 360^o/z= 5^o; для низшей гармонической (ν=1/5) -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 (p=5) на фиг. 2 и для n=1/5 (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=5 (фиг. 2)

для гармонической ν=1/5 с полюсностью р=1 (фиг. 3)

где K_y= sin p•6/6q) для n=1 и K_yν=sin p•6/5•6q) для n=1/5, 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-K_об 0,9227, для n=1/5 -K_обν0,01131 и МДС F_ν этой гармонической составляет от МДС F₁ основной гармонической величину F_ν/F₁= K_обν/K_об•ν 5•0,01131/0,9227= 0,061, т.е. такая гармоническая сильно выражена в МДС обмотки. Для ее полного устранения из условия K_обν=0 по (4) получаем х=0,24.

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

=55/3, R=(72•0,9227/5π и d_д%2,493;
при х= 1/3 R2д=502,25/(12•2,25), R=(72•0,9323/5π и d_д%/ =1,86, т.е. дифференциальное рассеяние снижается при х=1/3 в 2,493/1,86=1,34 раза, что показывает эффективность предложенной обмотки; при значении х=0,25 по (4) имеем K_об= 0,9299 и тогда δ_д%=1,856; значения параметра "х" выбираются в пределах 0,25 ≅x≅0,35.

Таким образом, предлагаемая дробная обмотка имеет пониженное дифференциальное рассеяние (более чем в 1,3 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 50/300 Гц при числах пар полюсов полей двигательной и генераторной частей p₁=1 и p₂=5, при этом такая обмотка взаимоиндуктивно не будет связана с полем 2p₁=2-полюсной двигательной обмотки.

Использование: многополюсные машины переменного тока. Сущность изобретения: обмотка выполнена двухслойной с числом полюсов 2р = 10 в 72 пазах из 30 групп с номерами от 1Г до 30Г при группировке в них катушек по ряду 3 2 3 2 2, повторенному 6 раз, катушки трехкатушечных групп 1Г+(5с)Г и 3Г+(5с)Г имеют числа витков соответственно (1-х)•W_к, (1+x)•W_к, (1-x)•W_к, а катушки двухкатушечных групп имеют по W_к витков для групп 2Г+(5с)Г, (1+x)•W_к и W_к витков для групп 4Г+(5с)Г, W_к и (1+x)•W_к витков для групп 5Г+(5с)Г, причем шаг по пазам у_п =6, к=0,2,..., (2р-1), с=0,1,2,..., (р), 2W_к - число витков в пазу, а 0,25≥x≥0,35. Технический результат: уменьшение дифференциального рассеяния. 4 ил.

Трехфазная дробная (q 12/5) обмотка электрических машин, выполненная двухслойной с полюсностью 2p 10 в z 72 пазах из равномерно смещенных катушек с шагом по пазу y_п, объединенных в 6p 30 катушечных групп с номерами от 1Г до 30Г при группировке в них катушек по ряду 3 2 3 2 2, 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 10 и 4p 20 групп, отличающаяся тем, что катушки первая, вторая, третья в трехкатушечных группах 1Г + (5с)Г и 3Г + (5с)Г имеют числа витков соответственно (1 x)W_к, (1 + x)W_к, (1 x)W_к, а катушки первая и вторая остальных двухкатушечных групп имеют числа витков по W_к для групп 2Г + (5с)Г, (1 + x)W_к и W_к для групп 4Г + (5с)Г, W_к и (1 + x)W_к для групп 5Г + (5с)Г, где y_п 6, к 0, 1, (2p 1), с 0, 1, 2, p, 2W_к число витков каждого паза, а значение параметра x выбирается в пределах 0,25 ≥ x ≥ 0,35.