МНОГОФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (Q=6/5) ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H02K3/28 H02K17/12 

Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока и может использоваться, например, на статоре асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнугым ротором, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты (ППЧ).

Известны m≥3-фазные, m'=2m-зонные петлевые симметричные обмотки переменного тока, выполняемые двухслойными из 2pm катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками с дробным числом q=z/2pm=b+c/d=N/d пазов z на полюс р и фазу при группировке катушек в катушечных группах, зависимой от дробной части c/d числа q [1, 2]. При знаменателе дробности d≥4 обмотки характеризуются повышенным содержанием гармонических МДС, что существенно ухудшает показатели электрических машин с такими обмотками; при увеличении числа фаз обмотки гармонический состав ее МДС улучшается.

Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная, m'=6-зонная обмотка при q=1+1/5=6/5 и р=5, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 2 1 1 1 1 (для c/d=1/5 и b=1), повторяемому 2m=6 раз [1].

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=12-фазной, m'= 12-зонной дробной обмотки при q=6/5 и р=5 в z=12pq=72 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной дробной гармонической для снижения дифференциального рассеяния [3].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для двухслойной дробной 2р= 10-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=6/5 и группировкой по ряду 2 1 1 1 1, выполняемой в z=72 пазах m=12-фазной, m'=12-зонной из 12р= 60 катушечных групп с номерами от 1Г до 60Г при шаге катушек по пазам y_п: двухкатушечные группы 1Г+5(к) содержат по (1-x)w_к витков в катушках, однокатушечные - по w_к витков для групп 2Г+5(к), 5Г+5(к) и по (1+x)w_к витков для групп 3Г+5(к) и 4Г+5(к), в первой фазе включены последовательно-согласно группы 1Г, 13Г, 25Г, 37Г, 49Г с началом фазы из начала 1Г и ее концом из конца 49Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 25 номеров в пределах 60 групп относительно групп первой фазы, где y_п=9; 2w_к - число витков каждого паза, х=0,13 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m'-1=11.

На фиг.1 показана развертка по пазам пазовых слоев с чередованиями m'=12 фазных зон A-A'-Z-Z'-B-B'-X-X'-C-C'-Y-Y' предлагаемой 2р=10-полюсной, m= 12-фазной, m'= 12-зонной двухслойной дробной обмотки при z=72 пазах и q= z/12p=6/5 (N=6, d=5) с разметкой сверху номеров групп 1Г, 13Г, 25Г, 37Г, 49Г первой фазы (зоны А) и снизу номеров пазов (от 1 до z=72); на фиг.2 - диаграммы сдвига осей катушечных групп первой фазы для полюсностей р=5 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) ν=1 и p_ν = 7 гармонической МДС дробного порядка ν= 7/5 (в центре) при углах α_п = 360^°/z = 5^° и γ = α_п/2d = 0,5^°; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы m'= 12-фазной системы токов фазных зон A-A'-Z-Z'-B-B'-X-X'-C-C'-Y-Y'.

Обмотка по фиг.1 при 2р=10 полюсах, z=72 пазах, m=12 фазах, m'=12 фазных зонах выполнена двухслойной из 12р=60 групп с шагом катушек по пазам y_п=9 и имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=6/5 при N=6 и d=5, т.е. по группировке [1] 2 1 1 1 1 из каждых N=6 катушек формируются d=5 катушек. Обмотка при m'=12 фазных зонах и d=5 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν=12k/d±1=1 (+), 7/5 (-), 17/5 (+), 19/5 (-),..., где ±k - любое целое число, при котором ν>0 (k=0 для основной гармонической ν=1), знак (+) соответствует гармоническим прямым и (-) обратным. Для определения углов сдвига осей катушечных групп первой из m'=12 симметричных фаз для полюсностей р= 5 (ν= 1) и p_ν = νp = 7 (ν=7/5) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между осями групп 1Г, 13Г, 25Г, 37Г, 49Г, ось их симметрии лежит по оси 1Г и относительно ее оси групп имеют углы: для р=5 - 1Г→13Г→14,5α_пp = 14,5•25^° = 362,5^°-360^° = +0,5α_п и 1Г→49Г = -0,5α_п, 1Г→25Г→28,5•25^° = 712,5^°-720^° = -1,5α_п и 1Г→37Г = +1,5α_п, по которым построена диаграмма фиг.2 (верхняя) при угле α_п = 5^°; для и 1Г-->49Г=7•72^o-7γ 1Г-->25Г-->28,5•35^o= 14•72^o-21γ и 1Г-->37Г=14•72^o+21γ, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=5 частей (360^o/5=72^o) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν=7/5, где γ = α_п/2d = 0,5^°. По фиг.2 определяется коэффициент распределения с учетом неравновитковости катушек путем вычисления проекций ЭДС катушек на ось их симметрии (вертикальную); при коэффициенте K_yν = sin(ν90^°у_п/τ_п) укорочения катушек (для шага y_п=9 и полюсного деления τ_п = z/2p = 7,2) затем определяется обмоточный коэффициент K_обν: для p_ν = 7 (ν=7/5) (при K_уν = 0,3827), откуда по условию K_обν = 0 определяется значение х=0,13, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая ν=7/5 с p_ν = 7; для р= 5 (ν=1) (К_у=0,92388), т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν=7/5 имеет относительное значение или 2,40%, а при х=0,13 - F_ν/F = 0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из ее многоугольника МДС фиг. 3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=N=6 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,13 снижается на ≈30%.

Таким образом, предлагаемая обмотка имеет одинаковое заполнение каждого паза проводом одинакового сечения, характеризуется пониженным дифференциальным рассеянием из-за устранения из МДС (ЭДС) дробной гармонической порядка ν= 7/5, является симметричной m=12-фазной, m'=12-зонной и каждая ее фаза образована катушечными группами зон соответственно A, A', Z, Z', В, В', X, X', С, С', Y, Y' со смещением начал фаз на электрический угол 30^o (так как интервалу в 25 групп соответствует электрический угол сдвига начал фаз 25α_пpq = 25•25^°6/5 = 750^°-2•360^° = 30^°). Применение ее в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ППЧ 12-фазного тока позволяет вчетверо снижать фазный ток по сравнению с 3-фазными ППЧ, что существенно снижает стоимость управляемых вентилей и всего ППЧ при упрощении его схемы.

Источники информации
1. Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока. / Пер. с англ. - М. -Л.: ГЭИ, 1959, с.224 - прототип.

2. Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов. - Л.: Энергия, 1978.

3. Попов В. И. Определение дифференциального рассеяния многофазных обмоток. //Электричество, 1987, 6, с.50-53.

Использование относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к двенадцатифазным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, питаемым от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат состоит в выполнении двухслойной m=12-фазной, m'=12-зонной дробной обмотки при q=6/5 и р=5 в z=12pq=72 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения: обмотка выполняется двухслойной 2р=10-полюсной в z=72 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=6/5 из 12р=60 катушечных групп с номерами от 1Г до 60К и шагом катушек по пазам у_п при их группировке по ряду 2 1 1 1 1. Группы двухкатушечные 1Г+5(к) содержат по (1-x)w_к витков в катушках, а однокатушечные - по w_к витков для групп 2Г+5(к), 5Г+5(к) и по (1+х)w_к витков для групп 3Г+5(к) и 4Г+5(к). В первой фазе включены последовательно согласно группы 1Г, 13Г, 25Г, 37Г, 49Г с началом фазы из начала 1Г и ее концом из конца 49Г, а группы каждой последующей из m=12 фаз чередуются с интервалом в 25 номеров в пределах 60 групп относительно групп первой фазы, где у_п=9; 2w_к - число витков каждого паза; x=0,13 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m' - 1=11 при числе фазных зон m'=m= 12. 3 ил.

Многофазная дробная (q=6/5) обмотка электрических машин переменного тока, выполненная 2р=10-полюсной двухслойной в z=72 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=6/5 из 12р=60 катушечных групп с номерами от 1Г до 60Г при шаге катушек по пазам у_п и их группировке по ряду 2 1 1 1 1, отличающаяся тем, что при числе фаз m=12 и фазных зон m'=12 двухкатушечные группы 1Г+5(к) содержат по (1 – x)w_к витков в катушках, однокатушечные – по w_к витков для групп 2Г+5(к), 5Г+5(к) и по (1+x)w_к витков для групп 3Г+5(к) и 4Г+5(к), при этом в первой фазе включены последовательно–согласно группы 1Г, 13Г, 25Г, 37Г, 49Г с началом фазы из начала 1Г и ее концом из конца 49Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 25 номеров в пределах 60 групп относительно групп первой фазы, где у_п=9; 2w_к – число витков каждого паза, х=0,13 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m' – 1=11.