ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=24с ПАЗАХ Российский патент 2007 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 

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

Известны петлевые и 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, число 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, с/d<1; по условиям симметрии отношения 2р/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 с/d [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.254], например 3 2 3 2 3 3 3 3 2 для q=8/3; несимметрия фаз приводит к возрастанию дифференциального рассеяния.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=8/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=24с фазах, выполняемой двухслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=8/3 из 3р·с катушечных групп с группировкой 3 2 3 2 3 3 3 3 2, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к для групп трехкатушечных у′_пi=5,3 c числами витков w_к, (1+х)w_к, для двухкатушечных при х=0,5, где с=1, 2, 3,... и 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев с верхними лобовыми частями предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=24 пазах с номерами 1...24 снизу, 3р=9 группах с номерами 1Г...9Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего и Х-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 равно - фиг.3, неравновитковых - фиг.4. Такая m'=3-зонная обмотка по фиг.1 соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении в фазах ее групп: 1Г, 4Г, 7Г в фазе I, 2Г, 5Г, 8Г - в фазе II, 3Г, 6Г, 9Г - в фазе III с их началами из начал групп: 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов при z=24c=48, 72,... пазах и 3рс=18, 27,...группах.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек К_yi=sin(90yi/τ_П)=sin(22,5°y_i) при полюсном делении τ_П=z/2p=4:К_yi(1-х)0,707107(у_пi=6), (1-x)1,0(у_пi=4), (1-x)0,707107(у_пi=2) при Е_г.б=2,414214-x0,414214 для групп трехкатушечных (больших) и 0,92388 (у′_пi=5), (1-x)0,92388(у′_пi=3) при Е_г.м=1,84776+x0,92388 для двухкатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6,z=24, α_П=360°/z=15° и углах сдвигов осей групп (см. фиг.1): 2Г→3Г=2,5(α_Пр)=112,5°=120°-0,5°α_П и 2Г→1Г=240°+0,5α_П; 2Г→4Г-5(45°)=225°=240°-α_П 2Г→9Г=120°+α_П; 2Г→5Г=7,5(45°)=337,5°-360°-1,5α_П и 2Г→8Г=360°+1,5α_П; 2Г→6Г=10,5(45°)=120°-0,5α_П и 2Г→7Г=240°+0,5α_П, по которой ЭДС фазы равны: Е_В=Е_2г(м)+2Е_5г(б)cos(22,5°)=6,308646+x0,158513 - вертикальный вектор; Е² _А=(2Е_1г(б) ²+Е² _г4(м)-4Е_1г(б)Е_г4(м)cos(180°-22,5°) - по теореме косинусов и при х=0-Е_А=Е_с=6,57368, а угол γ на фиг.2 определяется по теореме синусов Е_г.м/sinγ=Е_А/sin(157,5°), откуда γ=6,17505°, тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны: ϕ_ВА=ϕ_ВС=120°-7,5°+γ=118,67505, ϕ_АС=122,650°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_ВА=b=E_BC=11,08203, c=E_AC=11,53491, тогда по выражениям: S=a+b+c, A=(a²+b²+c²)/6, и К_нес%=(F/D)100% [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М. - Л.: ГЭИ, 1963, с.162] вычисляется коэффициент несимметрии К_нес%=2,71 при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/24=0,81067 (для х=0).

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5:Ев=6,38790, Е_А=Ес=6,60748, γ=7,6875°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=120,1875°, ϕ_АС=119,625°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=11,26548, с=Е_АС=11,42281, К_нес%=0,93, К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/(z-3x)=0,87125 и z'=(24-3x)=22,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и значительно меньший К_нес%(в 2,71/0,93=2,91 раза).

Из многоугольников МДС фиг.3 и 4 (с единичными векторами токов фазных зон A-Z-B-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=i...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.5-55]:

По (1)-(2): при х=0 и К_об=0,81067-R² _д=123/24=5,125, R_о=24·0,81067/3π, σ_д% 20,26%; при х=0,5 и К_об=0,87125-R² _д=15,5/24, R_o=22,5·0,87125/3π (для z′=24-3x=22,5) и σ_д%=11,24%, т.е. снижается в 20,26/11,24=1,80 раза; средний шаг катушек у_п.ср.=Σ(у_пiw_кi)/z′=(96-15x)/(24-3x)=3,933. C учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,87125/0,81067)(2,71/0,93)(20,26/11,24)(22,5/24)=5,3, а при оптимальном х=х_опт=0,52-К_нес%=0,855, К_об=0,87385 (z=22,44), σ_д%=11,18%, У_п.ср=3,93 и К_эф=5,78.

Отметим, что m′=6-зонная обмотка при z=24, 2p=6, q=z/6p=4/3, группировке 2 1 1 1 1 2 1 2 1 имеет у_п=3, К_об=0,8656, К_нес%=2,01 и σ_д%=13,2, т.е. в предлагаемой m′=3-зонной обмотке понижены К_нес и σ_д при вдвое меньшем числе 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 к области элетротехники и электромашиностроении и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах, в частности в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния m=3-фазной, m′=m=3-зонной несимметричной петлевой дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=24с пазах и при q=z/3p=8/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=24с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p из 3рс катушечных групп с группировкой 3 2 3 2 3 3 3 3 2, повторяемой с раз, согласно данному изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам У_пi=6, 4, 2 и числа витков (1-х)w_к, (1+х)w_к соответственно, для трехкатушечных групп и шаги по пазам у′_пi=5, 3 и числа витков w_к, (1+х)w_к соответственно, для двухкатушечных групп при значении х=0,5, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=6с полюсах в z=24с пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p из 3рс катушечных групп с группировкой 3 2 3 2 3 3 3 3 2, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 и числа витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-х)w_к, соответственно для трехкатушечных групп и шаги по пазам у′_пi=5, 3 и числа витков w_к, (1+х)w_к, соответственно для двухкатушечных групп при значении х=0,5, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой.