ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=15c ПАЗАХ Российский патент 2006 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока - асинхронных и синхронных.

Известны петлевые двухслойные m=3-фазные дробные обмотки, выполняемые при 2р полюсах в z пазах из m′p катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при среднем шаге по пазам у_к≈z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/m′p=b+c/d, где m′=2m=6 или m′=m=3 - число фазных зон на пару полюсов, c/d<1; по условиям симметрии отношения 2p/d - целые, d/m - нецелые [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-394].

Группировки катушек в группах дробных несимметричных (d/m - целое) обмоток задаются рядами и зависят от c/d [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.254], например 2 1 2 1 2 2 2 2 1 для q=5/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=5/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6·с полюсах в z=15·с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=5/3 из 3р·с катушечных групп с группировкой 2 1 2 1 2 2 2 2 1, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=3, 1 с числами витков w_к, (1-х)w_к для групп двухкатушечных, у_п=2 с числом витков (1+x)w_к для групп однокатушечных при х=0,55, где с=1, 2, 3..., а 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=15 пазах с номерами 1...15 снизу, 3р=9 группах с номерами 1Г...9Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего, X-Y-Z нижнего слоев, где зачерненные пазы содержат (2-х)w_к витков, при 2w_к витках во всех остальных пазах и снизу размечены сдвиги осей групп; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов ЭДС групп, фаз Е_А, Е_В, Е_С относительно оси симметрии 2Г группировки; на фиг.3, 4 построены по треугольной сетке многоугольники МДС обмотки фиг.1 для катушек равновитковых - фиг.3, неравновитковых - фиг.4. m'=3-зонная обмотка фиг.1 соединяется при последовательно-согласном включении в фазах групп: 1Г, 4Г, 7Г в фазе I, 2Г, 5Г, 8Г в фазе II, 3Г, 6Г, 9Г в фазе III c началами из 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов, при z=15с=30, 45,... пазах и 3рс=18, 27,... группах.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек K_yi=sin(90у_пi/τ_п)=sin(36°у_пi) при полюсном делении τ_п=z/2р=2,5; К_уi=0,95106 (у_пi=3), (1-х)0,58779 (у_пi=1) и Е_г.б=1,53884-х0,58779 для групп двухкатушечных (больших), Е_г.м=(1+х)0,95106 (у_п=2) для однокатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=15, α_п=360°/z=24° и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 2Г→3Г=1,5α_п р=108°=120°-0,5α_п и 2Г→1Г=240°+0,5α_п; 2Г→4Г=3(72°)=216°=240°-α_п и 2Г→9Г=120°+α_п; 2Г→5Г=4,5(72°)=324°=360°-1,5α_п и 2Г→8Г=360°+1,5α_п; 2Г→6Г=6,5(72°)=120°-0,5α_п и 2Г→7Г=240°+0,5α_п, по которой ЭДС фаз равны: E_В=E_2г(м)+2E_5г(б)cos(36°)=3,4410+x·0 - вертикальный вектор; Е² _А=(2Е_1г(б))²+Е² _4г(м)-4Е_1г(б)Е_г4(м)cos(180°-36°) - по теореме косинусов и при х=0 - Е_A=Е_C=3,8875, а угол γ на фиг.2 определяется по теореме синусов Е_г.м/sinγ=E_A/sin(144°), откуда γ=8,268°, тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны ϕ_BA=ϕ_BC=120°-12°+γ=116,268 и ϕ_AC=127,464°. По фазным ЭДС и их углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=6,2284, с=Е_AC=6,9721 и тогда по выражениям: S=а+b+с, А=(а²+b²+с²)/6, , , и K_нес%=(F/D)100 [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, c.162] вычисляется коэффициентнесимметрии К_нес%=7,83 при

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=3,4410, Е_А=Е_С=3,7393, γ=12,959°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=120,959°, ϕ_АС=118,082°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=6,2499, с=Е_АС=6,4131, К_нес%=1,72, и z'=15-3x=13,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 7,83/1,72=4,55 раза).

Из многоугольников МДС фиг.3, 4 (с единичными векторами токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y в центре) по треугольной сетке и соотношениям

определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д%, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу МДС при квадрате среднего радиуса j=1...z пазовых точек R² _д, радиусе R_o окружности для основной гармонической [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС // Электричество, 1997, №9, с.53-55]:

По (1)-(2): при x=0 и К_об=0,74782 - R² _д=33/15=2,2, R_o=15·0,74782/3π и σ_д%=55,31%; при х=0,5 и К_об=0,80884 - R² _д=27/15, R_o=13,5·0,80884/3π (для z′=15-3x=13,5), σ_д%=34,10%, т.е. σ_д% снижается в 55,31/34,1=1,62 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,80884/0,74782)(7,83/1,72)(55,31/34,1)(13,5/15)=7,2; при оптимальном х=х_опт=0,55 параметры улучшаются: К_нес%=1,13, К_об=0,8158 (z′=15-3x=13,35), σ_д%=33,45 и К_эф=11,1.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка, в сравнении с m′=6-зонной при z=15, 2р=6, q=z/6р=5/6<1 и группировке 111011111101111110, имеет пониженное К_нес и σ_д% при вдвое меньшем числе катушечных групп.

Ее применение позволяет снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, улучшать форму кривой напряжения в синхронных генераторах.

Изобретение относится области электротехники, а именно к особенностя конструктивного выполнения трехфазных обмоток синхронных и асинхронных электрических машин переменного тока. Технический результат - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния трехфазной несимметричной m'=3-зонной обмотки при значении q=5/3. Данный технический результат достигается за счет того, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=15с пазах, выполняемая двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу, равным q=z/3p=5/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 2 1 2 1 2 2 2 2 1, повторяемой с раз, согласно данному изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=3, 1 и числа витков w_к, (1-x)w_к для групп двухкатушечных, а для групп однокатушечных концентрические катушки имеют шаги по пазам y'_пi=2 и числа витков (1+х)w_к при значении х=0,55, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=6 с полюсах в z=15с пазах, выполняемая двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу, равным q=z/3p=5/3 из 3р·с катушечных групп с группировкой 2 1 2 1 2 2 2 2 1, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=3, 1 и числа витков w_к, (1-x)w_к для групп двухкатушечных, а для групп однокатушечных концентрические катушки имеют шаги по пазам y'_пi=2 и числа витков (1+х)w_к, при значении х=0,55, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой.