ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=60c 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 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 ни 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 767677776 для q=20/3: из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении славится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=20/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной пробной обмотки при 2р=6·с полюсах в z=60·с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=20/3 из 3р·с катушечных групп с группировкой 767677776, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=16-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к катушек с i=1,7 и (1+x)w_к катушки с i=4 для групп семикатушечных, y′_Пi=15-2(i′-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i′=4 для групп шестикатушечных при w_к витках остальных катушек групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...7 и i=1...6 - 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=60 с номерами 1...60 снизу, 3р=9 группах с номерами 1Г...9Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего, X-Y-Z нижнего слоев, где 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 ЭДС групп, фаз Е_А, Е_В. Е_С относительно оси симметрии 2Г группировки; на фиг.3, 4 построены по треугольной сетке построены многоугольники МДС обмотки фиг.1 для катушек равно- (фиг.3) и не равновитковых (фиг.4). m'-зонная обмотка фиг.1 соединяется при последовательно-согласном включении в фазах 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 звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов, z=60с=120, 180,... пазов и 3рс=18, 27,... группах.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек K_yi=sin(90yi/τ_П)=sin(9°у_i) при полюсном делении τ_П=z/2р=10: Е_т.б=5,69572-x0,17557 для групп семикатушечных (больших), Е_т.м=5,17160+х0,98769 для шестикатушечных (малых).

Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=60, α_П=360°/z=6° и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 2Г→3Г=6,5α_Пр=117°=120°+0,5α_П; 2Г→1Г=240°+0,5α_П и 2Г-4Г=13(18°)=234°=240°+α_П и 2Г→9Г=120°+α_П; 2Г→5Г=19,5(18°)=351°=360°-1,5α_П и 2Г→8Г=360°+1,5α_П; 2Г→6Г=26,5(18°)=120°-0,5α_П и 2Г→7Г=240°+0,5α_П, по которой ЭДС фаз равны E_В=E_2Г(м)+2E_5Г(б)cos(9°)=16,4228+x0,64087 - вертикальный вектор, Е² _А=(2Е_1Г(б))²+Е² _4Г(м)-4Е_1Г(б)Е_4Г(м)cos(180°-9°) - по теореме косинусов и при х=0-Е_A-Е_C=16,5182, а угол γ на фиг.2 определяется по теореме синусов Е_т.м/sinγ=E_A/sin(171°), откуда γ=2,8073°, тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны ϕ_BA=ϕ_BC=120°-3°+γ=119,8073 и ϕ_AC=120,3854°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=28,50, с=Е_AC=28,6658, тогда по выражениям: S-а+b+с, А=(а²+b²+с²)/6, B=, D= и K_нес%=(F/D)100 [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, C.162] вычисляется коэффициентнесимметрии К_нес%=0,84 % при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·60=0,82432 (x=0).

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=16,7432, Е_А=Е_С=16,8349, γ=3,0177°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=120,0177°, ϕ_АС=119,9646°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=29,0822, с=Е_АС=29,1537, К_нес%=0,16, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z=3x)=0,86176 и z'=60-3x=58,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,84/0,16=5,25 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=0,82432-R² _д=1707/60, R_o=60·0,82432/3π, σ_Д%=3,31; при х=0,5 и К_об=0,86176-R² _д=1746,5/60, R_o=58,5·0,86176/3π (для z'=60-3х=58,5), σ_Д%=1,74 %, т.е. σ_Д% снижается в 3,31/1,74=1,90 раза; средний шаг катушек у_Пср=Σ(у_Пiw_Ki)/z'=(600-33x)/(60/3x)=9,974. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,86176/0,82432)(0,84/0,16)(3,31/1,74)(58,5/60)=10,2.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка в сравнении с m′=6-зонной при z=60, 2р=6, q=z/6р=10/3, у_П=4, группировке 433334343 имеет пониженные 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 электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах переменного тока. Технический результат - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=20/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=60с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=20/3 из 3рс катушечных с группировкой 7 6 7 6 7 7 7 7 6, повторяемой с раз, согласно данному изобретению, концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=16-2(i-1) и числа витком (1-х)w_к для катушек с i′=1,7 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=4 для семикатушечных групп, шаги по пазам у′_Пi=15-2(i′-1) и число витков (1+x)w_к для катушки с i′=4 для групп шестикатушечных групп, при этом число витков остальных катушек катушечных групп равно w_к, где: с=1, 2, 3,..., i′=1...7 и i′=1...6 - номера катушек в группах, 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=60с пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=20/3 из 3рс катушечных с группировкой 7 6 7 6 7 7 7 7 6, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=16-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с i′=1,7 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=4 для семикатушечных групп, шаги по пазам y′_пi=15-2(i-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i′=4 для групп шестикатушечных групп, при этом число витков остальных катушек катушечных групп равно w_к, где c=1, 2, 3,...; i′=1...7 и i′=1...6 - номера катушек в катушечных группах, начиная с наружной; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,5.