ДЕВЯТИФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (Q=3/5) 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 короткозамкнутым ротором, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты (ППЧ).

Известны m≥ 3-фазные, m’=2m-зонные петлевые симметричные обмотки переменного тока, выполняемые двухслойными 2р-полюсными из 2pm катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками с дробным числом q=z/2pm=b+c/d=N/d пазов z на полюс 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 при существенном ухудшении показателей электрических машин с такими обмотками; при увеличении числа фаз m и фазных зон m’ гармонический состав МДС обмотки улучшается.

Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная, m’=6-зонная, 2p=10-пoлюcнaя обмотка при q=3/5, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 1 1 0 1 0 из [1] для c/d=3/5 и b=0.

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной дробной обмотки при q=3/5 и р=5 в z=18pq=54 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 2p=10-пoлюcнoй обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=3/5 и группировкой по ряду 1 1 0 1 0, выполняемой в z=54 пазах m=9-фазной, m’=18-зонной из К=54 катушек с номерами от 1К до 54К и шагом по пазам у_п: катушки 1К+3(к) и 2К+3(к) содержат по (l-x)w_к витков, а катушки 3К+3(к) - по (l+x)W_k витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 12К, 23К, -28К, -39К, -50К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 50К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 12 номеров в пределах К=54 катушек относительно катушек первой фазы, где y_п=5, 2w_к - число витков полностью заполненного паза, х=0,09 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе.

На фиг.1 показана развертка по пазам пазовых слоев с чередованиями m′ =l8 фазных зон A-A’-A”-Z-Z’-Z”-B-B’-B”-X-X’-X”-C-C’-C”-Y-Y’-Y” предлагаемой 2р=10-полюсной, m=9-фазной, m’=2m=18-зонной двухслойной дробной обмотки при z=54 пазах, К=54 катушках и q=z/18p=3/5 (N=3, d=5) с разметкой сверху номеров катушек 1К, 12К, 23К, 28К, 39К, 50К первой фазы (зоны А и X) и снизу номеров пазов (от 1 до z=54), где зачерненные пазы содержат по 2(1-х)\w_к витков, а все остальные полностью заполненные пазы - по 2w_к витков; на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсности р=5 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) ν =1 и полюсности pν =ν p=13 дробной гармонической МДС ν =13/5 (в центре) при углах α _п=360° /z=20° /3 и γ =α _п/2d=2° /3; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы симметричной m’=18-фазной системы токов фазных зон A-A’-A”-Z-Z’-Z”-B-B’-B”-X-X’-X”-C-C’-C”-Y-Y’-Y”.

Обмотка по фиг.1 при 2р=10 полюсах, z=54 пазах, m=9 фазах, m′ =2m=18 фазных зонах выполнена двухслойной из К=54 катушек с номерами от 1К до 54К и шагом по пазам y_п=5, имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=3/5 (N=3, d=5), т.е. по группировке [1] 1 1 0 1 0 из каждых N=3 катушек формируются d=5 групп. Для этого составляется ряд из 2m=18 группировок 1 1 0 1 0, под ним размечаются фазные зоны в последовательности A-A’-A”-Z-Z’-Z”-B-B’-B”-X-X’-X”-C-C’-C”-Y-Y’-Y” и вычеркиваются зоны под нулевыми числами ряда, затем под оставшимися числами размечаются последовательно числа пазов и получается развертка по фиг.1. Обмотка при m’=18-фазных зонах и d=5 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν =18k/d± 1=18k/5± 1=1(+), 13/5(-), 23/5(+),... , 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 катушек первой из m=9 симметричных фаз для полюсностей р=5(ν =1) и рν =ν p=13 (ν =13/5) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 12К, 23К зон А, ось их симметрии лежит в 12К и относительно нее углы сдвига равны: для р=5-12K→ 23K→ 11α _пp=11· 100° /3=360° +20° /3=+α _п и 12K→ 1K=-α _п, по которым построена верхняя диаграмма фиг.2 при угле α _п=20° /3 (катушки зон Х - 27К, 39К, 50К смещены на 180° относительно катушек зон А); для pν =13-12К→ 23К→ 11α _пр_п=11· 260° /3=13· 72° +52° /3=3· 72° +26γ и 12К→ 1К=2· 72° -26γ , по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=5 частей (360° /5=72° ) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν =13/5, где γ =α _п/2d=2° /3. По коэффициентам укорочения K_yν=sin(ν90°y_n/τ_п) катушек (для полюсного деления τ_п=z/2p=5,4) и фиг.2 вычисляются проекции ЭДС катушек на вертикальную ось симметрии и определяются обмоточные коэффициенты с учетом неравновитковости катушек:

для pν =13(ν =13/5)-К_обν =[(1+х)-(1-х)2соs(36° +26γ )]К_уν /(3-х)=(-0,1160+х1,3104)/(3-х) при К_уν =0,59716, откуда по условию К_обν =0 определяется значение х=0,09, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая ν =13/5 с рν =13;

для р=5(ν =1)-K_oб=[sin(10° )/sin(10° /3)+x-x2cosα _п]K_y/(3-x)=(2,96628-x0,97981)/(3-x) при К_у=0,96593, т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν =13/5 имеет относительное значение Fν /F=K_oбν /ν K_oб=0,0387/(13/5)0,9888=0,0151 или 1,51%, а при х=0,09 - Fν /F=0.

Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из ее многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=N=3 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,09 снижается на ≈ 40%.

Таким образом, предлагаемая обмотка характеризуется пониженным дифференциальным рассеянием из-за устранения из МДС (ЭДС) дробной гармонической порядка ν =13/5, является симметричной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной, каждая ее фаза смещена на электрический угол в 40° (так как интервалу в 12 катушки соответствует электрический угол сдвига начал фаз 12α _пр=12· 100° /3=400° -360° =40° ). Применение ее в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ППЧ 9-фазного тока позволяет втрое 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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромашиностроении при создании девятифазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока. Техническая задача данного изобретения состоит в устранении МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния из девятифазной дробной (q=3/5) обмотки электрических машин переменного тока. Сущность изобретения состоит в том, что обмотка выполняется двухслойной 2р=10-полюсной с числом пазов на полюс и фазу q=3/5 и группировкой по ряду 1 1 0 1 0 в z=54 пазах из К=54 катушек с номерами от 1К до 54К и шаге по пазам у_п. Причем при числе фаз m=9, фазных зон m’=2m=18 катушки 1К+3(к) и 2К+3(к) содержат по (l-x)w_K витков, а катушки ЗК+3(к) - по (l+x)w_K витков. В первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 12К, 23К, -28К, -39К, -50К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 50К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 12 номеров в пределах К=54 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=5, 2w_K - число витков полностью заполненного паза, х=0,09 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе. 3 ил.

Девятифазная дробная (q=3/5) обмотка электрических машин переменного тока, 2р=10-полюсная, двухслойная с числом пазов на полюс и фазу q=3/5 и группировкой по ряду 1 1 0 1 0, выполняемая в z=54 пазах из К=54 катушек с номерами от 1К до 54К и шагом по пазам у_п, отличающаяся тем, что при числе фаз m=9 и фазных зон m'=2m=18 катушки 1К+3(к) и 2К+3(к) содержат по (l-x)w_K витков, а катушки ЗК+3(к) - по (l+x)w_K витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1K, 12K, 23К, -28К, -39К, -50К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 50К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 12 номеров в пределах К=54 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=5; 2w_K - число витков полностью заполненного паза, х=0,09 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе.