ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=66с 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 877778787 для q=22/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении славится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=22/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной пробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=66с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=22/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 877778787, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=18-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к катушек с i=1,8 и (1+х)w_к катушки с i=4 для групп восьмикатушечных 1Г, 6Г, 8Г, y'_Пi=17-2(i'-1) с числом витков (1+х)w_к катушки с i'=4 для семикатушечных групп при (1-х)w_к витках катушки с i'=1 в 3Г, 4Г и с i'=7 в 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при y_П=11-1(1+х)w_к катушки с i'=7 в 2Г и с i'-1 в 5Г при w_к витках в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...8 и i'=1...7 - номера катушек групп, начиная с наружной, х=0,5, а 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=66 с номерами 1...66 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(1-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 8Г; 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=66 с=132, 198,... 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(90°у_Пi/11) при полюсном делении τ_П=z/2р=11; К_yi=(1-х)0,540641 (у_Пi=18 и 4), (1+х)0,9898214 (у_Пi=12) для групп восмикатушечных (больших) при Е_т.б=6,39169+х0,09146, (1-х)0,654861 (y'_Пi=17 или 5), (1+х)1,0 (y'_Пi=11) при Е_т.м.=5,911215+х0,3451393 для групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г семикатушечных (малых).

Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=66, α_П=360°/z=60°/11 при углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г→9Г=7,5α_Пр=120°+0,5α_П и 8Г→7Г=240°-0,5α_П; 8Г→1Г=15α_Пp=240°+α_П и 8Г→6Г=120°-α_П; 8Г→2Г=22,5α_Пр=360°+1,5α_П и 8Г→5Г=360°-1,5α_П; 8Г→3Г=29,5α_Пр=120°+0,5α_П; и 8Г→4Г=240°-0,5α_П, по которой: E_В=E_8Г(б)+2E_2Г(м)cos1,5α_П=18,093781+x0,8069011 - вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г-2x[cos1,5α_П-cos(1,5+3,3)α_П]=x0,89836125; Е² _А=(2Е_4Г(м))²+Е² _1Г(б)-4Е_4Г(м)Е_1Г(б)cos(180°-1,5α_П) - по теореме косинусов и при х=0-Е_A-Е_C=18,1699, угол γ на (фиг.2) определяется по теореме синусов 2Е_4Г/sinγ=E_A/sin(180°-1,5α_П), откуда γ=5,31313° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны ϕ_BA=ϕ_BC=120°-α_П+γ=119,8586 и ϕ_AC=120,2828°. По фазным ЭДС и углам их сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=31,3829, с=Е_AC=31,5159 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 коэффициент несимметрии К_нес%=0,27% при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·66=0,82475.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=18,49723, Е_А=Е_С=18,47103, γ=5,3793°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=119,9247°, ϕ_АС=120,1505°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=32,0033, с=Е_АС=32,0170, К_нес%=0,041, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z-3x)=0,859523 и z′=66-3x=64,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,27/0,04=6,6 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=0,82475-R² _д=2262/66, R_o=66·0,82475/3π и σ_Д%=2,75; при х=0,5 и К_об=0,85952-R² _д=2322/66, R_o=64,5·0,85952/3π, σ_Д%=1,68 %, т.е. σ_Д% снижается в 2,75/1,68=1,64 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,85952/0,82475)(0,27/0,04)(2,75/1,68)(64,5/66)=11,0; при оптимальном значении х=х_опт-К_нес%=0.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка, в сравнении с m′=6-зонной при z=66, 2р=6. q=z/6р=11/3, у_П=9, группировке 433333343333334333, К_об=0,9138, К_нес%=0,29, σ_Д%=1,96 имеет пониженные К_нес и σ_д 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=66с пазах. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=66с пазах выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=22/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 8 7 7 7 7 8 7 8 7, повторяемой с раз, согласно изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=18-2(i-1) и числа витков (1-х)w_к для катушек с i=1,8 и число витков (1+х)w_к для катушки с i=4 для восьмикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам у′_Пi=17-2(i-1) и число витков (1+x)w_к для катушки с i=4 для всех семикатушечных групп, число витков (1-х)w_к для катушки с i=1 в катушечных группах 3Г, 4Г и с i=7 в катушечных группах 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г шаги по пазам равны у_П=11-(1+х)w_к для катушки с i=7 в катушечной группе 2Г и c i=1 в катушечной группе 5Г, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп равно w_к, где: с=1, 2, 3,...; i=1...8 и i=1...7 - номера катушек групп, начиная с наружной; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой; х=0,5. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2p=6с полюсах в z=66с пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=22/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 8 7 7 7 7 8 7 8 7, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=18-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с i=1,8 и число витков (1+х)w_к для катушки с i=4 для восьмикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y′_пi=17-2(i-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i=4 для всех семикатушечных групп, число витков (1-х)w_к для катушки с i=1 в катушечных группах 3Г, 4Г и с i=7 в катушечных группах 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г шаги по пазам равны у_п=11-(1+х)w_к для катушки с i=7 в катушечной группе 2Г и с i=1 в катушечной группе 5Г, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп равно w_к, где c=1, 2, 3,...; i=1...8 и i=1...7 - номера катушек катушечных групп, начиная с наружной; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,5.