МНОГОФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (Q=6/7) 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 короткозамкнутым 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 такие обмотки характеризуются повышенным содержанием гармонических МДС, в том числе и дробных порядков, особенно сильно выраженных при q<1 (b=0), 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=b+6/7 и р=7, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 1 1 1 1 1 1 0 (для b=0 и c/d=6/7), повторяемому 2m=6 раз [1].

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=12-фазной. m'= 12-зонной дробной обмотки при q=6/7 и р=7 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= 14-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=6/7 и группировкой по ряду 1 1 1 1 1 1 0, выполняемой в z=72 пазах m'=12-фазной, m'=12-зонной из K= 72 катушек с номерами от 1К до 72К при шаге по пазам у_п: катушки 1К+6(к) и 6К+6(к) содержат по (1+x)w_к витков катушки 2К+6(к) и 5К+6(к) по w_к витков, а катушки 3К+6(к) и 4К+6(к) по (1-x)w_к витков, в первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 12К, 22К, 32К, 53К, 63К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 63К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 42 номера в пределах К=72 относительно катушек первой фазы, где y_п=3; w_к - число витков каждого паза, х=0,17 и значение к в номерах катушек 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=14-полюсной, m= 12-фазной, m'= 12-зонной двухслойной дробной обмотки при z=72 пазах и q= z/12p= 6/7(N= 6, d=7) с разметкой сверху номеров катушек 1К, 12К, 22К, 32К, 53К, 63К первой фазы (зоны А) и снизу номeров пазов (от 1 до z=72); на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсностей р=7 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) ν=1 и p_ν = 5 гармонической МДС дробного порядка ν=5/7 (в центре) при углах α_п = 360^°/z = 5^° и γ = α_п/2d = 2,5^°/7; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы токов фазных зон A-A'-Z-Z'-B-B'-X-X'-C-C'-Y-Y'.

Обмотка по фиг.1 при 2р=14 полюсах, z=72 пазах, m=12 фазах, m'=12-фазных зонах выполнена двухслойной из К=72 катушек с шагом по пазам у_п=3 и имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=6/7 при N=6, d=7, т.е. по группировке [1] 1 1 1 1 1 1 0 из каждых N=6 катушек формируются d=7 катушек. Для формирования обмотки записывается ряд из 12 группировок 1 1 1 1 1 1 0, под его числами снизу размечаются фазные зоны в последовательности A-A'-Z-Z'-B-B'-X-X'-C-C'-Y-Y' и вычеркиваются зоны, соответствующие нулям ряда, после чего нумеруются последовательно пазы под оставшимися числами ряда, в результате чего и получаются чередования фазных зон по пазам фиг.1.

Обмотка при m'= 12-фазных зонах и q=6/7(d=7) создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν=12k/d±1=1(+), 5/7(-), 17/7(-), 19/7(+),..., 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 катушек первой из m'=12 симметричных фаз для полюсностей р=7 (ν=1) и p_ν = νp = 5 (ν=5/7) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 12К, 22К, 32К, 53К, 63К и ось их симметрии лежит посередине О между катушками 32К и 53К, тогда относительно этой оси катушки сдвинуты на углы:
для р=7-1O→53K→10,5α_пp = 10,5•35^° = 367,5^°-360^° = +1,5α_п
и O→32K = -1,5α_п, O→63K→20,5•35^° = 717,5^°-720^° = -0,5α_п,
и O→22K = +0,5α_п,
и O→1K→30,5•35^° = 1067,5^°-1080^° = -2,5α_п
и O→12K = +2,5α_п,
по которым построена диаграмма фиг.2 (верхняя) при угле α_п = 5^°;
для
и О-->32К=10•360^o/7+15γ, О-->63К-->20,5•35^o=10•/7-5γ
и О-->22К= 10•360^o/7+15γ, О-->1K-->30,5•35^o= 15•360^o/7-25γ и О-->12К= 15•360^o/7+25γ,
по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=7 частей (360^o/7) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν=5/7, где γ = α_п/2d = 2,5^°/7. 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=3, полюсного деления τ_п = z/2p = 36/7) затем определяется обмоточный коэффициент K_обν:
для
(при K_уν = 0,60876), откуда по условию K_обν = 0 определяется значение х= 0,17, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая ν=5/7 с p_ν/= 5;
для ,
т. е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν=5/7 имеет относительное значение

или 10,15%,
а при x = 0,17-F_ν/F = 0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=6 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,17 снижается на ≈60%.

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= 5/7, является симметричной m=12-фазной, m'=12-зонной и каждая ее фаза образована катушками зон соответственно А, А'; Z, Z'; В, В'; X, X'; С, С', Y, Y' (со смещением начал фаз на электрический угол 30^o (так как 42α_пp = 42•5^°7 = 1470^°-4•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 как управляемых вентилей, так и всего ППЧ при упрощении его схемы.

Источники информации
1. Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/пер. с англ. М-Л.: ГЭИ, 1989, 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.

Изобретение относится к электротехнике и электромашиностроению, а именно к двенадцатифазным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, питаемые от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат: выполнение двухслойной m=12-фазной, m'=12-зонной дробной обмотки при q=6/7 и р=7 в z=12pq=72 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения состоит в следующем. Обмотка выполняется двухслойной петлевой 2р= 14-полюсной в z=72 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=6/7 из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п при их группировке по ряду 1 1 1 1 1 1 0. Катушки 1К+6(к) и 6К+6(к) содержат по (1+x)w_к витков, катушки 2К+6(к) и 5К+6(к) - по w_к витков, а катушки 3К+4(к) и 4К+4(к) - по (1-x)w_к витков. В первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 12К, 22К, 32К, 53К, 63К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 63К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 42 номера в пределах К=72 относительно катушек первой фазы, где у_п=2; 2w_к - число витков каждого паза, х=0,17 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 11. 3 ил.

Многофазная дробная (q=6/7) обмотка электрических машин переменного тока, выполненная 2р=14-полюсной двухслойной в z=72 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=6/7 из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п при их группировке по ряду 1 1 1 1 1 1 0, отличающаяся тем, что при числе фаз m=12 катушки 1К+6(к) и 6К+6(к) содержат по (1+x)w_к витков, катушки 2К+6(к) и 5К+6(к) – по w_к витков, а катушки 3К+6(к) и 4К+6(к) – по (1-х)w_к витков, в первой фазе включены последовательно–согласно катушки 1К, 12К, 22К, 32К, 53К, 63К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 63К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 42 номера в пределах К=72 относительно катушек первой фазы, где у_п=3; 2w_к – число витков каждого паза, x=0,17 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 11.