ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=33c 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 4 3 4 3 4 4 4 4 3 для q=11/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=11/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=33с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=11/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 4 3 4 3 4 4 4 4 3, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=8-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к для катушек с i'=1,4 и (1+x)w_к для катушки с i=2 для всех четырехкатушечных групп и у′_Пi=7-2(i′-1) с числом витков (1+x)w_к для катушки с i′=2 для трехкатушечных групп при w_к витках катушек в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...4 и i'=1...3 - номера катушек в группах, начиная с наружной, х=0,55, 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=33 с номерами 1...33 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 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=33с=66, 99,... 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/11) при полюсном делении τ_П=z/2р=5,5; К_yi=(1-х)0,755750 (у_Пi=8), (1+х)0,9898214 (у_Пi=6), (x-1) 0,540641 (y_Пi=2) при Е_т.б=3,195844-х0,306569 для групп четырехкатушечных больших, (1+х)0,9898214 (y′_Пi=5) при Е_т.м=2,655203+х0,9898214 для групп трехкатушечных малых. Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=33, α_П=360°/z=120°/11 при углах сдвигов осей групп по фиг.1: 2Г→3Г=3,5α_Пр=120°-0,5α_П и 2Г→1Г=240°+0,5α_П; 2Г→4Г=7α_Пp=240°-α_П и 2Г→9Г=120°-α_П; 2Г→5Г=10,5α_Пp=360°-1,5α_П и 2Г→8Г=360°+0,5α_П; 2Г→6Г=14,5α_Пp=120°-0,5α_П и 2Г→7Г=240°+0,5α_П, по которой: E_В=E_2Г-2E_5Гcos1,5α_П=8,8780+x0,40152 - вертикальный вектор, Е² _А=Е² _4Г+(2Е_1Г)²-4Е_4ГЕ_1Гcos(180°-1,5α_П) и при х=0-Е_А=Е_С=8,9706, а угол γ (фиг.2) определяется по теореме синусов Е_4Г/sinγ=E_A/sin(180°-1,5α_П), откуда γ=4,7834° и углы сдвигов фазных ЭДС равны: ϕ_BA=ϕ_BC=120°-0,5α_П+γ=119,3289 и ϕ_AC=121,34224°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=15,3274, с=Е_AC=15,6415 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, c.162] вычисляется коэффициентнесимметрии К_нес%=1,36 % и К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·33=0,810.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,55: Е_В=9,0088, Е_А=Е_С=9,1689, γ=5,6421°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=120,1876°, ϕ_АС=119,6248°, а=b=Е_ВА, Е_ВС=15,7574, с=Е_АС=15,8509, К_нес%=0,39, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z=3x)=0,8723 и z'=33-3x=31,35 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет бóльший К_об и меньший К_нес% (в 1,36/0,39=3,5 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=0,810-R² _д=294/33, R_o=33·0,810/3π и σ_Д%=10,76; при х=0,55: К_об=0,8723-R² _д=294,99/33, R_o=31,35·0,8723/3π и σ_Д%=6,18 %, т.е. σ_Д% снижается в 10,76/6,18=1,74 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,55 имеет высокую эффективность К_эф=(0,8723/0,810) (1,36/0,39) (10,76/6,18)(31,35/33)=6,2; при оптимальном х=х_опт достигается К_нес=0.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка, в сравнении с m′=6-зонной при z=33, 2р=6, q=z/6р=11/6, у_П=4, группировке 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2 2 1, К_об=0,8664, К_нес%=0,43 и σ_Д%=6,33 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=33с пазах. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=33с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=11/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 4 3 4 3 4 4 4 4 3, повторяемой с раз, согласно данному изобретению, концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=8-2(i-1) и числа витков (1-х)w_к для катушек с i′=1, 4 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=2 для четырехкатушечных групп, шаги по пазам у′_Пi=7-2(i′-1) и число витков (1+x)w_к для катушки с i′=2 для всех трехкатушечных групп, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп составляет w_к, где с=1, 2, 3,..., i=1...4 и i′=1...3 - 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=33с пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=11/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 4 3 4 3 4 4 4 4 3, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=8-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с i′=1,4 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=2 для четырехкатушечных групп, шаги по пазам y′_пi=7-2(i′-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i′=2 во всех трехкатушечных групп, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп составляет w_к, где c=1, 2, 3,...; i=1...4 и i′=1...3 - номера катушек в катушечных группах, начиная с наружной; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,55.