ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ДРОБНАЯ (q=4,5) ПОЛЮСОПЕРЕКЛЮЧАЕМАЯ В ОТНОШЕНИИ 2p/2p=2/1 ОБМОТКА Российский патент 2005 года по МПК H02K17/14 H02K3/28 

Изобретение относится к трехфазным полюсопереключаемым в отношении 2:1 обмоткам (ППО) электрических машин переменного тока и может использоваться на статоре трехфазных двух- и многоскоростных асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором.

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные ППО с числами полюсов в отношении 2p₁/2p₂=2/1 со схемами соединения фаз Y/YY или Δ/YY, выполняемые в z пазах из N_кг=6p₂ катушечных групп с q=z/6p₂ катушками в каждой при их шаге по пазам у_п≈z/2p₁ и разделении каждой фазы на две одинаковые части с нечетными группами в одной и четными в другой с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе, где q - целое число [Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1970, с.450-451]. При дробном числе q=z/6p₂=b+0,5 (b=1, 2, 3,...) m=3-фазные обмотки имеют неодинаковые чередующиеся большие (b+1)-катушечные и малые b-катушечные группы [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.409-411], что не позволяет выполнять их в качестве таких симметричных ППО.

В изобретении ставится задача выравнивания ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=3-фазной дробной обмотки при q=4,5, что позволяет выполнять ее в качестве симметричной ППО с числами полюсов 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной двухслойной дробной (q=4,5) полюсопереключаемой в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотки с соединением фаз по схемам Y/YY или Δ/YY, выполняемой в z=6p₂q пазах из N_кг=6p₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам у_п≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой и с дополнительными выходами средних точек в каждой фазе: при 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6 полюсах, q=4,5 концентрические группы нечетные пятикатушечные имеют шаги катушек у_пi=11-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к катушек с i=1, 5 и (1+x)w_к катушки с i=3, а четные четырехкатушечные - у'_пi=10-2(i-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i=3 при w_к витках остальных катушек групп, где z=27 для 2p₁/2p₂=4/2, z=54 для 2p₁/2p₂=8/4, z=81 для 2p₁/2p₂=12/6, i=1...5 - номер катушки в группе, начиная с наружной, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,52.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой двухслойной трехфазной обмотки при 2p₁/2p₂=4/2, q=4,5 и z=27 пазах с номерами 1...27, N_кг=6 катушечных группах с номерами 1Г...6Г: сверху - для полюсности 2p₂=2 с чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y, где пронумерованы группы 1Г, 4Г первой фазы, а снизу - для полюсности 2p₁=4 с чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С для верхнего и X, Y, Z нижнего слоя; на фиг.2 и 3 построены (по треугольной сетке) многоугольники МДС обмотки по фиг.1 для полюсностей 2р₂=2 (наружные) и 2p₁=4 (внутренние) при катушках равно-(фиг.2) и неравновитковых (фиг.3) для х=0,5. ППО для 2p₁/2p₂=8/4 (z=54) и 2р₁/2р₂=12/6 (z=81) повторяют параметры обмотки по фиг.1 при ее повторе два и три раза.

Соединения фаз, например Y/YY для ППО при 2p₁/2p₂=8/4 полюсах соответствуют: Y -для полюсности 2p₁=8 с выводами начал фаз а, b, с при последовательно-согласном включении в каждой фазе нечетных групп в одной части и четных в другой с дополнительными выводами (а', b', с') из их средних точек (например, в фазе а группы 1Г, 7Г, 10Г, 4Г с дополнительным выводом а' из конца 7Г и начала 10Г), поэтому ППО для 2p₁=8 имеет m'=m=3 фазные зоны на пару полюсов с чередованиями по нижней развертке фиг.1; YY - для 2р₂=4 с выводами а', b', с' (выводы а, b, с закорочены) при параллельно-встречном включении тех же групп (например, в фазе a' - группы 10Г, 4Г и -7Г, -1Г), поэтому ППО для 2р₂=4 имеет m'=2m=6 фазных зон на пару полюсов с чередованиями по верхней развертке фиг.1 с зонами A-Z-B-X-C-Y (начиная с группы 4Г).

Обмотка по фиг.1 для пятикатушечных групп (нечетных) имеет шаги катушек по пазам у_пi=11-2(i-1)=11, 9, 7, 5, 3 (у_к.ср=z/2p₁+0,25=7) с числами витков (1-x)w_к катушек с i=1, 5 и (1+x)w_к катушки с i=3, а для четырехкатушечных групп (четных) - у'_пi=10-2(i-1)=10, 8, 6, 4 с числом витков (1+х)w_к катушки с i=3 при w_к витках в остальных катушках групп, где значение "х" определяется из условия получения одинаковых ЭДС больших и малых групп для полюсности 2р₂, соответствующей соединению YY. По коэффициентам укорочения K_уi=sin(90°у_пi/τ_п) катушек определяются для каждой полюсности ЭДС Е_г больших, малых катушечных групп при полюсном делении τ_п=z/2p и 2w_к=2 витках паза: для 2p₁=4 при τ_п=z/2р₁=6,75-K_уi=(1-x)·0,54951 (у_пi=11), 0,86603 (у_пi=9), (1+х)0,99831 (у_пi=7), 0,91822(у_пi=5), (1-х)·0,642788 (у_пi=3) и Е_г.б=Σ(К_уiw_кi)=3,974846-x0,193989 - для групп больших (нечетных), K_уi=0,727374 (у'_пi=10), 0,95799 (у'_пi=8), (1+х)0,98481 (у'_пi=6), 0,802123 (у'_пi=4) и E_г.м=3,472295+x0,98481 - для групп малых (четных) и обмоточный коэффициент для полюсности 2p₁ равен

K_об.p1=(E_г.б+E_г.м)/9=0,82746+x0,08787; (1)

для 2р₂=2 при τ_п=z/2p₂=13,5-К_уi=(1-x)0,957990(у_пi=11), 0,86603 (у_пi=9), (1+x)0,72374 (у_пi=7), 0,54951 (у_пi=5), (1-х)0,34202 (у_пi=3) и Е_г.б=3,44292-х0,57264 - для групп больших, K_уi=0,918216 (у'_пi=10), 0,802123 (у'_пi=8), (1+х)0,642788 (у'_пi=6), 0,4488 (у'_пi=4) и E_г.м=2,811926+x0,642788 - для малых групп и из условия Е_г.б=Е_г.м определяется значение х=0,52; К_об.р2 для полюсности 2р₂ равен

K_об.p2=(E_г.б+E_г.м)/9=0,694983+x0,007795, (2)

а средний шаг катушек при х=0,52 равен у_п.cp=Σ(у_пiw_кi)/9=7-x/9=6,942.

Суммарные шаги у_г.б и у_г.м больших и малых групп при х=0,52 равны у_г.б=35-7х=31,36, у_г.м=27+6x=31,12, т.е. практически одинаковы, поэтому практически одинаковы и сопротивления (активные и индуктивные рассеяния) больших и малых групп.

Таким образом, предлагаемая неравновитковая обмотка по фиг.1 при х=0,52 имеет одинаковые ЭДС, сопротивления для 2р₂ всех групп, что обеспечивает симметрию ППО для полюсности 2р₂ с соединением в YY.

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 по соотношениям

σ_д%=[(R_д/R_о)²-1]100 при и R_o=zK_об/p (3)

определяется для каждой полюсности ППО коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где - квадрат среднего радиуса j=1...2q пазовых точек относительно центра многоугольника и R_o - радиус окружности для основной гармонической МДС [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55].

Из многоугольников МДС фиг.2, 3 по (1)-(3) при стороне сетки в единицу длины для х=0 и х=0,5 по теореме косинусов определяются:

для 2р₂ при х=0 (фиг.2) - , R₀=27·0,6950/π, σ_д%=0,91, а при x=0,52 (фиг.3) - , R_о=27·0,6990/π, σ_д%=1,28, т.е. σ_д.р2 возрастает в 1,28/0,91=1,41 раза;

для 2p₁ при х=0 (фиг.2) - , R_о=27·0,8275/2π и σ_д%=5,46; при х=0,52 (фиг.3) -, R_о=27·0,8732/2π, σ_д%=2,01 и значение σ_д.р1 снижается в 5,46/2,01=2,72 раза.

Если эффективность неравновитковой ППО по фиг.1 оценивать произведениями ее коэффициентов обмоточных по (1)-(2) и дифференциального рассеяния по (3), то при х=0,52 коэффициент ее эффективности равен К_эф=(0,6990·0,8732/0,6950·0,8275)(0,91·5,46/1,28·2,01)=2,05, что характеризует высокую степень эффективности предлагаемой обмотки.

Таким образом, предложенная неравновитковая ППО по фиг.1 при х=0,52 характеризуется полной ее симметрией для полюсностей 2p₁ и 2р₂, имеет высокие обмоточные коэффициенты и пониженное дифференциальное рассеяние σ_д.р1 для большей полюсности 2p₁. Значение показателя "х" неравновитковости катушек при реальном проектировании трехфазного АД с такой ППО может отличаться от найденного значения х=0,52 на ±(2...3)%. Равновитковая (х=0) ППО при q=4,5 имеет ухудшенные электромагнитные параметры из-за ее несимметричности для полюсности 2р₂ (с соединением в двойную звезду YY) и наличия уравнительных токов.

Трехфазная двухслойная дробная (q=4,5) полюсопереключаемая в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотка с соединением фаз по схеме Y/YY или Δ/YY, выполняется в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам у_п≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой и с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе. При 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6 концентрические группы нечетные пятикатушечные имеют шаги катушек у_пi=11-2(i-1) с числом витков (1-x)w_к катушек с i=1, 5 и (1+х)w_к катушки с i=3, а четные четырехкатушечные - у'_пi=10-2(i-1) с числом витков (1+х)w_к катушки с i=3 при w_к витках остальных катушек групп, где z=27 для 2p₁/2p₂=4/2, z=54 для 2p₁/2p₂=8/4, z=81 для 2p₁/2p₂=12/6, i=1...5 - номер катушки в группе, начиная с наружной, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,52. Такое выполнение обмотки обеспечивает выравнивание ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=3-фазной двухслойной дробной обмотки при q=z/6p₂=4,5, что позволяет выполнять ее в качестве полюсопереключаемой обмотки с числами полюсов 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6. 3 ил.

Трехфазная двухслойная дробная (q=4,5) полюсопереключаемая в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотка с соединением фаз по схеме Y/YY или Δ/YY, выполняемая в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам у_п≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой и с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе, отличающаяся тем, что при 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6 концентрические группы нечетные пятикатушечные имеют шаги катушек у_пi=11-2(i-1) с числом витков (1-x)w_к катушек с i=1, 5 и (1+x)w_к катушки с i=3, а четные четырехкатушечные - у'_пi=10-2(i-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i=3 при w_к витках остальных катушек групп, где z=27 для 2p₁/2p₂=4/2, z=54 для 2p₁/2p₂=8/4, z=81 для 2p₁/2p₂=12/6, i=1...5 - номер катушки в группе, начиная с наружной, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,52.