ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ДРОБНАЯ (q=2,5) 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 2p_l/2p₂=2/1 со схемами соединения фаз Y/YY или Δ/YY, выполняемые в z пазах из N_кг=6р₂ 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=z/6p₂=2,5, что позволяет выполнять ее в качестве симметричной ППО с числами полюсов 2p₁/2p₂=8/4, 12/6, 16/8.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-х слойной дробной (q=2,5) полюсопереключаемой в отношении 2p_l/2p₂=2/1 обмотки с соединением фаз по схемам Y/YY или Δ/YY, выполняемой в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам y_n≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе: при 2p₁/2p₂=8/4, 12/6, 16/8 полюсах, q=2,5 концентрические группы нечетные трех-катушечные имеют шаги катушек У_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+х)w_к, (1-x)w_к, а четные двухкатушечные - y'_пi=7,5 с числами витков w_к, (l+x)w_к, где z=30 для 2p_l/2p₂=8/4, z=45 для 2p₁/2p₂=12/6, z=60 для 2p₁/2p₂=16/8 и 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой двухслойной трехфазной обмотки при 2p₁2p₂=8/4, q=2,5 и z=30 пазах с номерами 1...30, N_кг=12 катушечных группах с номерами 1Г...12Г: сверху - для полюсности 2p₂=4 с чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y, где пронумерованы группы 1Г, 4Г, 7Г, 10Г первой фазы, а снизу - для полюсности 2p₁=8 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 2p₂=4 (наружные) и 2p₁=8 (внутренние) при катушках равно-(фиг.2) и неравновитковых (фиг.3) для х=0,5. ППО для 2р₁/2р₂=12/6 (z=45) И 2р₁/2р₂=16/8 (z=60), повторяют параметры обмотки по фиг.1 при ее повторе два раза для 2p₁/2p₂=16/8.

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 а' - 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 трехкатушечных групп (нечетных) имеет шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 (у_к.ср=z/2p₁+0,25=4) с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-x)w_к, а для двухкатушечных групп (четных) - у'_пi=5,3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, где значение "х" определяется из условия получения одинаковых ЭДС больших и малых групп для полюсности 2р₂, соответствующей соединению YY. По коэффициентам укорочения катушек К_yi=sin(90°y_пi/τ_п) определяются для каждой полюсности ЭДС Е_г больших и малых групп при полюсном делении τ_п=z/2p и 2w_k=2 витках паза: для 2p₁=8 при τ_п=z/2p₁=3,75-K_yi=(1-x)0,587785 (У_пi=6), (1+х)0,99452 (у_пi=4), (1-х)0,74315 (у_пi=2) и E_т.б=∑(K_yiW_кi)=2,325452-x0,33641 - для групп больших, K_yi=0,86603 (у'_пi=5), (1+х)0,951057 (у'_пi=3), E_т.м=1,817082+x0,951057 - для групп малых и обмоточный коэффициент для полюсности 2p₁ равен

для 2p₂=4 при τ_п=z/2p₂=7,5-K_yi=(1-x)0,951057(y_пi=6), (1+х)0,74315 (у_пi=4), (1-х)0,406737 (у_пi=2) и E_т.б=2,100938-x0,614649 - для групп больших, K_yi=0,86603 (у'_пi=5), (1+х)0,587785 (У'_пi=3), Е_т.м=1,453811+х0,587785 - для малых групп и из условия Е_т.б=Е_т.м определяется значение х=0,54; обмоточный коэффициент К_об.р2 для полюсности 2р₂ равен

а средний шаг катушек при х=0,54 равен y_п.cp=4-x/5=3,892. Суммарные шаги у_г.б и у_г.м больших и малых групп при х=0,54 равны у_г.б=12-4x=9,84, у_г.м=8+3х=9,62, т.е. примерно равны, поэтому практически одинаковы и сопротивления (активные и индуктивные рассеяния) больших и малых групп.

Таким образом, предлагаемая неравновитковая обмотка по фиг.1 при х=0,54 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

определяется для каждой полюсности ППО коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - 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 (в центре многоугольников показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) для значений х=0, х=0,54 по теореме косинусов определяются:

для 2р₂ при х=0 (фиг.2) - R² _д=∑(R² _j)/5=59/5, R_o=30·0,71095/2π, σ_д%=2,40, а при х=0,54 (фиг.3) - R² _д=(59-2х+4x²)/5, R_o=30·0,70805/2π и σ_д%=3,40, т.е. σ_д.р2 возрастает в 3,40/2,40=1,42 раза;

для 2p₁ при х=0 (фиг.2) - R² _д=23/5, R_o=30·0,82851/4π и σ_д%=17,58; при х=0,54 (фиг.3) - R² _д=(23-2x+8x²)/5, R_o=30·0,89489/4π, σ_д%=6,27 и значение σ_д.р1 снижается в 17,58/6,27=2,8 раза.

Если эффективность неравновитковой ППО по фиг.1 оценивать произведениями ее коэффициентов обмоточных по (1)-(2) и дифференциального рассеяния по (3), то при х=0,54 коэффициент ее эффективности равен К_эф=(0,7081·0,8949/0,7110·0,8285)(2,40·17,58/3,40·6,27)=2,13, что характеризует высокую степень эффективности предлагаемой обмотки.

Таким образом, предложенная неравновитковая ППО по фиг.1 при х=0,54 характеризуется полной ее симметрией для полюсностей 2p₁ и 2р₂, имеет высокие обмоточные коэффициенты, существенно 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=0,54 на ±(2...3)%. Равновитковая (х=0) ППО при q=2,5 имеет ухудшенные электромагнитные параметры из-за ее несимметричности для полюсости 2р₂ (с соединением в двойную звезду YY) и наличия уравнительных токов.

Трехфазная двухслойная дробная (q=2,5) 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=8/4, 12/6, 16/8 концентрические группы нечетные трехкатушечные имеют шаги катушек у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, а четные двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с числами витков w_к, (1+х)w_к, где z=30 для 2p₁/2p₂=8/4, z=45 для 2p₁/2p₂=12/6, z=60 для 2p₁/2p₂=16/8, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54. Такое выполнение обмотки обеспечивает выравнивание ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=3-фазной двухслойной дробной обмотки при q=z/6p₂=2,5, что позволяет выполнять ее в качестве полюсопереключаемой симметричной обмотки с числами полюсов в отношении 2p₁/2p₂=2/1. 3 ил.

Трехфазная двухслойная дробная (q=2,5) 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/2р₁ 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=8/4, 12/6, 16/8 концентрические группы нечетные трехкатушечные имеют шаги катушек у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+х)w_к, (1-х)w_к, а четные двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с числами витков w_к, (1+х)w_к, где z=30 для 2p₁/2p₂=8/4, z=45 для 2p₁/2p₂=12/6, z=60 для 2p₁/2p₂=16/8, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54.