ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=30с 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 3 3 3 4 3 4 3 для q=10/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=10/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=30с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=10/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 4 3 3 3 3 4 3 4 3, повторяемой с раз, концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=8-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к катушек с i=1, 4 и (1+x)w_к катушки с i=2 для групп четырехкатушечных 1Г, 6Г, 8Г, y′_пi=7 - 2(i′-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i′=2 для всех трехкатушечных групп при (1-х)w_к витках катушек с i′=1 групп 3Г, 4Г и c i'=3 групп 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при y_П=5 - (1-x)w_к витках катушки с i'=3 в 2Г и с i'=1 в 5Г при w_к 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, а 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=30 с номерами 1...30 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 и 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=30с=60, 90,... 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(18°у_пi) при полюсном делении τ_п=z/2р=5; К_yi=(1-х)0,587770 (у_пi=8 и 2), (1+х)0,951057 (у_пi=6) при Е_г.б=3,0777-х0,22451 для групп четырехкатушечных (больших), (1-х)0,80902 (y′_пi=7 или 3), (1+х)1,0 при Е_г.м=2,6187034+х0,190983 для групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г трехкатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=30, α_п=360°/z=12° и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г→9Г=3,5α_пр=126°=120°+0,5α_п и 8Г→7Г=240°-0,5α_п; 8Г→1Г=7(36°)=252°=240°+α_п и 8Г→6Г=120°-α_П; 8Г→2Г=10,5(36°)=378°=360°+1,5α_п и 8Г→5Г=360°-1,5α_п; 8Г→3Г=13,5(36°)=120°+0,5α_п и 8Г→4Г=240°-0,5α_п, по которой: E_В=E_8Г(б)+2E_2Г(м)cos18°=8,05748+x0,50203 - вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г-2x[cos1,5α_п-cos(1,5+3)α_п]=х0,726543; Е² _А=(2Е_4Г(м))²+Е² _4Г(б)-4Е_4Г(м)Е_1Г(б)cos(180°-18°) - по теореме косинусов и при х=0 - Е_A=Е_C=8,21842, угол γ на фиг.2 определяется по теореме синусов 2Е_4Г/sinγ=E_A/sin(162°), откуда γ=11,3545° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны: ϕ_BA=ϕ_BC=120°-12°+γ=119,3545 и ϕ_AC=121,291°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=14,0951, с=Е_AC=14,3264 и тогда по выражениям: S=а+b+с, А=(а²+b²+с²)/6, K_нес%=(F/D)100 [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, с.162] вычисляется коэффициентнесимметрии К_нес%=4,49 % при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·30=0,81823 (x=0).

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=8,3085, Е_А=Е_С=8,2982, γ=11,6597°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=119,6597°, ϕ_АС=120,6806°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=14,3571, с=Е_АС=14,4219, К_нес%=0,294, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z-3x)=0,87385 и z=30-3x=28,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 4,49/0,294=15,3 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=0,81823 - R² _д=228/30, R_o=30·0,81823/3π и σ_Д%=12,04; при х=0,5 и К_об=0,87385 - R² _д=226,5/30, R_o=28,5·0,87385/3π, σ_Д%=8,13 %, т.е. σ_Д% снижается в 12,04/8,13=1,48 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,87385/0,81823)(4,490/0,29)(12,04/8,13)(28,5/30)=23,0, а при оптимальном х=х_опт=0,55 параметры улучшаются: К_об=0,87992, К_нес=0,236, σ_Д%=7,93 и К_эф=29,4.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка, в сравнении с m′=6-зонной при z=30, 2р=6, q=z/6р=5/3, у_П=4, группировке 2 1 2 1 2 2 2 2 1, К_об=0,8971, К_нес%=1,310, σ_Д%=7,93, имеет пониженное К_нес (в 1,31/0,24=5,5) 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 m=3-фазной, m′=m=3-зонной несимметричной петлевой, дробной обмотки при 2p=6c полюсах в z=30с пазах и при q=z/3p=10/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=30с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=10/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 4 3 3 3 3 4 3 4 3, повторяемой с раз, согласно 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 в четырехкатушечных группах 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам у′_пi=7-2(i′-1) и число витков (i+x)w_к для катушки с i′=2 во всех трехкатушечных группах, число витков (i-x)w_к для катушек с i′=1 катушечных группах 3Г, 4Г и для катушек с i′=3 в катушечных группах 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=5 число витков равно (1-х)w_к для катушки c i′=3 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...4 и i′=1...3 - номера катушек в группах, 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=30с пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=10/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 4 3 3 3 3 4 3 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 в четырехкатушечных группах 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y′_пi=7-2(i′-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i′=2 во всех трехкатушечных группах, число витков (1-х)w_к для катушек с i′=1 в катушечных группах 3Г, 4Г и для катушек с i′=3 в катушечных группах 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=5 число витков равно (1-х)w_к для катушки с i′=3 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...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.