ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2р=6с ПОЛЮСАХ В z=39с 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 5 4 4 4 4 5 4 5 4 для q=13/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=13/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной пробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=39с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=13/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 5 4 4 4 4 5 4 5 4, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=10-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к катушек с i=1, 5 и (1+х)w_к катушки с i=3 для групп пятикатушечных 1Г, 6Г, 8Г, у′_пi=9-2(i′-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i′=2 для всех четырехкатушечных групп при (1-х)w_к витках катушки с i′=4 групп в 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при y_п=6-(1-x)w_к витках катушки с i'=4 в 2Г и с i'=1 в 5Г при w_к в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...5 и i'=1...4 - номера катушек в группах, 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=39 с номерами 1...39 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 8Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке построены многоугольники МДС обмотки для катушек равно- (фиг.3) и неравновитковых (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=39с=78, 117,... 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/13) при полюсном делении τ_п=z/2р=6,5; К_yi=(1-х)0,663123 (у_пi=10), (1+х)0,992709 (у_пi=6), (1-х)0,464723 (у_пi=2) при Е_г.б=3,878555-х0,135137 для групп пятикатушечных (больших), (1+х)0,992709 (y′_пi=7) (1-х)0,663123 (у′_пi=3) при Е_г.м=3,413832+х0,329586 групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г четырехкатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=39. α_п=360°/z=120°/13 и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г→9Г=4,5α_пр=120°+0,5α_п и 8Г→7Г=240°-0,5α_п; 8Г-1Г=9α_пp=240°+α_п и 8Г→6Г=120°-α_п; 8Г→2Г=13,5α_пp=360°+1,5α_п и 8Г→5Г=360°-1,5α_п; 8Г→3Г=17,5α_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=10,50782+x0,6647423 - вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г - 2х[cos1,5α_п-cos(1,5-1,5·3)α_п]=+x0,79988; 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_А=Е_С=10,6341, угол γ (фиг.2) определяется по теореме синусов Е_4Г/sinγ=E_A/sin(180°-1,5α_п), откуда γ=8,8387° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны ϕ_BA=ϕ_BC=120°-α_п+γ=119,6079 и ϕ_AC=120,7841°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=18,2733, с=Е_AC=18,4911 и тогда по выражениям: S=а+b+с, А=(а²+b²+с²)/6, K_нес%=(F/D) [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, с.162] вычисляется коэффициентнесимметрии К_нес%=0,79% при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·39=0,8148.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=10,8402, Е_А=Е_С=10,8957, γ=9,0446°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=119,8138°, ϕ_АС=120,3724°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=18,8062, с=Е_АС=18,9073, К_нес%=0,35, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z-3x)=0,8702 и z'=39-3x=37,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,79/0,35=2,26 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, К_об=0,8148 - R² _д=477/39, R_o=39·0,8184/3π и σ_Д%=7,60; при х=0,5 и К_об=0,8702 - R² _д=486,75/39, R_o=37,5·0,8702/3π, σ_Д%=4,11%, т.е. σ_Д% снижается в 7,60/4,11=1,85 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,8708/0,8148)(0,79/0,35)(7,60/4,11)(37,5/39)=4,3; при оптимальном х=х_опт достигается К_нес=0.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка, в сравнении с m′=6-зонной при z=39, 2р=6, q=z/6р=13/6, у_п=5, группировке 322222232222223222, К_об=0,8912, К_нес%=0,43 и σ_Д%=4,27, 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, а именно к трехфазным асинхронным и синхронным электрическим машинам, и может быть использовано, в частности, в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния m=3-фазной, m′=m=3-зонной несимметричной петлевой, дробной обмотки при 2p=6c полюсах в z=39с пазах и при q=z/3p=13/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=39с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=13/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 5 4 4 4 4 5 4 5 4, повторяемой с раз, согласно данному изобретению, концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=10-2(i-1) и числа витков (1-х)w_к для катушек с i′=1, 5 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=3 для пятикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам у′_пi=9-2(i′-1) и число витков (1+x)w_к для катушки с i′=2 для всех четырехкатушечных групп, при этом число витков равно (1-х)w_к для катушки с i=4 для катушечных групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=6 число витков равно (1-х)w_к для катушки с i=4 в катушечной группе 2Г и для катушки с 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...5 и i′=1...4 - 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=39с пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=13/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 5 4 4 4 4 5 4 5 4, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=10-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с i′=1,5 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=3 для пятикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y′_пi=9-2(i′-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i′=2 для всех четырехкатушечных групп, при этом число витков равно (1-х)w_к для катушки с i=4 для катушечных групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=6 число витков равно (1-х)w_к для катушки с i=4 в катушечной группе 2Г и для катушки 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...5 и i′=1...4 - номера катушек в катушечных группах, начиная с наружной; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,5.