ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=57с 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 - не целые [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 7 6 6 6 6 7 6 7 6 для q=19/3; из-за несимметрия фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении славится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=19/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6 с полюсах в z=57 с пазах, выполняемой двухслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=19/3 из 3р с катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 7 6 6 6 6 7 6 7 6, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=15-2(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 1Г, 6Г, 8Г, y′_Пi=14-2(i′-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i′=3 для всех шестикатушечных групп при (1-х)w_к витках катушек с i′=6 групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при y_П=9-(1-x)w_к витках катушки с i′=6 в 2Г и с i′=1 в 5Г при w_к в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...7 и i=1...6 - 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=57 с номерами 1...57 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 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=57с=114, 171,... 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/19) при полюсном делении τ_П=z/2р=9,5: К_yi=(1-х)0,614213 (у_Пi=15), (1+х)0,996585 (у_Пi=9), (1-x)0,47595 (y_Пi=3) при Е_г.б=5,54481-x0,093576 для групп семикатушечных (больших), (1+х)0,996585 (y′_Пi=10), (1-х)0,614213 (y'_Пi=4) при Е_т.м=5,068861+х0,329586 групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г шестикатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=57. α_П=360°/z=120°/19 и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г→9Г=6,5α_Пр=120°+0,5α_П и 8Г→7Г=240°-0,5α_П; 8Г→1Г=13α_Пр=240°+α_П и 8Г→6Г=120°-α_П; 8Г→2Г=19,5α_Пр=360°+1,5α_П и 8Г→5Г=360°-1,5α_П; 8Г→3Г=25,5α_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=15,544266+x0,78225 - вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г-2x[cos1,5α_П-cos(1,5-2,5-3)α_П]=х0,875825; 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=15,6336, угол γ на (фиг.2) определяется по теореме синусов 2Е_4Г/sinγ=E_A/sin(180°-1,5α_П), откуда γ=6,1270° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны ϕ_BA=ϕ_BC=120°-α_П +γ=119,8112 и ϕ_AC=120,3776°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=26,9751, с=Е_AC=27,1295, 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 коэффициентнесимметрии К_нес%=0,39% при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·57=0,8213.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=15,9354, Е_А=Е_С=15,9688, γ=6,225°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=119,9092°, ϕ_АС=120,1816°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=27,6172, с=Е_АС=27,6840, К_нес%=0,17, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z-3x)=0,8626 и z′=57-3x=55,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,39/0,17=2,3 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 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=0,8213-R² _д=1458/57, R_o=57·0,8213/3π и σ_Д%=3,69; при х=0,5 и К_об=0,8626-R² _д=1499,25/57, R_o=55,5·0,8626/3π, σ_Д%=1,94%, т.е. σ_Д% снижается в 3,69/1,94=1,90 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,8626/0,8213)(0,39/0,17)(3,69/1,94)(55,5/57)=4,54, а при значении х=х_опт=0,55 параметры улучшаются: К_об=0,86683, К_нес=0,126, σ_Д%=1,88 и К_эф=6,23.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка, в сравнении с m′=6-зонной при z=39, 2р=6, q=z/6р=19/6, у_П=8, группировке 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3, К_об=0,9249, К_нес%=0,14, σ_Д%=2,08, имеет пониженные К_нес и δ_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 электроники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах, в частности в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат - снижение коэффициента несимметрии и дифференциального рассеяния m-3-фазной, m′-m=3-зонной несимметричной петлевой, дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=57с пазах и при q=z/3p=19/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=57с пазах, выполняемой двухслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=19/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 7 6 6 6 6 7 6 7 6, повторяемой с раз, согласно изобретению, концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=15-2(i-1) и числа витков (1-х)w_к для катушек с i′=1,7 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=4 в семикатушечных группах 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам у′_Пi=10-2(i′-1) и число витков (i+x)w_к для катушки с i′=3 во всех шестикатушечных группах, число витков равно (1-x)w_к для катушек с i′=6 в катушечных группах 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_П=9 число витков равно (1-х)w_к для катушки c i′=6 в катушечной группе 2Г и для катушки с i′=1 в катушечной группе 5Г, при этом в остальных катушках катушечных групп число витков 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=0,55. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2p=6с полюсах в z=57с пазах, выполняемая двухслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=19/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 7 6 6 6 6 7 6 7 6, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=15-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с i′=1,7 и число витков (1+x)w_к для катушек с i=4 в семикатушечных группах 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y′_пi=10-2(i′-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i′=3 во всех шестикатушечных группах, число витках равно (1-х)w_к для катушек с i′=6 в катушечных группах 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=9 число витков равно (1-х)w_к для катушки с i′=6 в катушечной группе 2Г и для катушки с i′=1 в катушечной группе 5Г, при этом в остальных катушках катушечных групп число витков равно W_к, где c=1, 2, 3,..., i′=1...7 и i′=1...6 - номера катушек в группах, начиная с наружной; 2w_к - число витков, в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,55.