ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=51с ПАЗАХ Российский патент 2007 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока - асинхронных двигателей (АД) и синхронных генераторов (СГ).

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 y_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 656566665 для q 17/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении славится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=17/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной пробной обмотки при 2р=6 с полюсах в z=51 с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=17/3 из 3р с катушечных групп с группировкой 656566665, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=13-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к катушек с i=1,6 и (1+x)w_к катушки с i=3 для всех групп шестикатушечных групп и y′_Пi=12-2(i′-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i′=3 для всех пятикатушечных групп при w_к витках в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...6 и i=1...5 - номера катушек групп, начиная с наружной, х=0,55, а 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=51 с номерами 1...51 снизу, 3р=9 группах с номерами 1Г...9Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего, X-Y-Z нижнего слоев и зачерненные пазы содержат (2-х)w_к витков при 2w_к витках в остальных пазах, а снизу размечены сдвиги осей групп, на фиг.2 построена диаграмма сдвигов групп, их ЭДС фаз Е_А, Е_В. Е_С, относительно оси симметрии 2Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке построены многоугольники МДС обмотки для катушек равно - фиг.3 и не равновитковых фиг.4. Обмотка фиг.1 соединяется при последовательно-согласном включении 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 в Y и Δ. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов, z=51 с=102, 153,... пазов и 3рс=18, 27,... групп.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек K_yi=sin(90y_Пi/τ_П)=sin(180°у_Пi/17) при полюсном делении τ_П=z/2р=8,5; К_yi=(1-х)0,673696 (у_Пi=13), (1+х)0,9957342 (у_Пi=9), (1-x)0,52643 (y_Пi=3) при Е_т.б=4,85087-х0,204394 для групп шестикатушечных (больших), (1+х)0,9957342 (y′_Пi=8), при Е_т.м=4,324436+х0,9957342 для групп пятикатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=51, α_П=360°/z=120°/17 и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 2Г→3Г=5,5α_Пр=120°-0,5α_П и 2Г→1Г=240°+0,5α_П; 2Г→4Г=11α_Пр=240°-α_П и 2Г→9Г=120°+α_П; 2Г→5Г=16,5α_Пр=360°-1,5α_П и 2Г→8Г=360°+1,5α_П; 2Г→6Г=22,5α_Пр=120°-0,5α_П; и 2Г→7Г=240°+0,5α_П, по которой: E_В=E_2Г(м)+2E_5Г(б)cos1,5α_П=13,8610+x0,593907 - вертикальный вектор, Е² _А=Е² _4Г(м)+(2Е_1Г(б))²-4Е² _4Г(м)Е_1Г(б)cos(180°-1,5α_П) и при х=0-Е_A=Е_C=13,9752, угол γ (фиг.2) определяется по теореме синусов 2Е_4Г/sinγ=E_A/sin(180°-1,5α_П), откуда γ=3,2595° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны: ϕ_BA=ϕ_BC=120°-α_П+γ=119,7301, ϕ_AC=120,5398°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=24,0740, с=Е_AC=24,7212 и тогда по выражениям: S-а+b+с, А=(а²+b²+с²)/6, B=, D= K_нес%=(F/D) [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, C.162] вычисляется коэффициентнесимметрии К_нес%=0,55% при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·51=0,81983.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,55: Е_В=14,18763, Е_А=Е_С=14,2941, γ=3,5908°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=120,0614°, ϕ_АС=119,8772°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=24,6736, с=Е_АС=24,7428, К_нес%=0,16, K_об=(E_AC+2E_BA)(z=3x)=0,86679 и z′=51-3x=49,35 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,55/0,16=3,44 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 но 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, К_об=0,81983-R² _д=1050/51, R_o=51·0,81983/3π и σ_Д%=4,61; при х=0,55 и К_об=0,86679-R² _д.=1077,445/51, R_o=49,35·0,86679/3π, σ_Д%=2,56 %, т.е. σ_Д% снижается в 4,61/2,56=1,80 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,55 имеет высокую эффективность К_эф=(0,86679/0,81983)(0,55/0,16)(4,61/2,56)(49,35/51)=6,3; при оптимальном значении х=х_опт достигается К_нес%=0.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка, в сравнении с m′=6-зонной при z=51, 2р=6, q=z/6р=17/6, у_П=7, группировке 333233333323333332, К_об=0,9175, К_нес%=0,17, σ_Д%=2,86 имеет пониженное К_нес при вдвое меньшем числе групп.

Ее применение позволяет снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в АД с к. з. ротором, улучшать форму кривой напряжения в СГ.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах, в частности - в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния несимметричной петлевой дробной обмотки при 2p=6c полюсах в z=51с пазах. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=51с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=17/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 6 5 6 5 6 6 6 6 5, повторяемой с раз, согласно данному изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=13-2(i-1) и числа витков (1-х)w_к для катушек с i=1, 6 и число витков (1+х)w_к для катушки с i=3 для всех шестикатушечных групп, шаги по пазам у′_Пi=12-2(i-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i′=3 для всех пятикатушечных групп, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп составляет w_к, где с=1, 2, 3,...; i=1...6 и i′=1...5 - номера катушек групп, начиная с наружной; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой; х=0,55. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2p=6с полюсах в z=51с пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=17/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 6 5 6 5 6 6 6 6 5, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=13-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с i=1, 6 и число витков (1+х) w_к для катушки с i=3 для всех шестикатушечных групп, шаги по пазам y′_пi=12-2(i-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i′=3 для всех пяти-катушечных групп, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп составляет w_к, где c=1, 2, 3,...; i=1...6 и i′=1...5 - номера катушек катушечных групп, начиная с наружной; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,55.