ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=21c 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 3 2 2 2 2 2 3 2 3 2 для q=7/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m′=3-зонной обмотки при q=7/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной пробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=21с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=7/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 3 2 2 2 2 3 2 3 2, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=5, 3, 1 с числами витков (1-x)w_к,_{(1+х)wк, (1-x)wк для групп трехкатушечных 1Г, 6Г, 8Г, y'пi=4,2 с числами витков (1+x)wк, (1-х)wк для двухкатушечных групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при yп=3 - (1+x)wк, (1-х)wк витках катушек в 2Г и (1-х)wк, (1+х)wк в 5Г при wк витках в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., х=0,6, а 2wк - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.}

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=21 с номерами 1...21 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(1-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 с началами из 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться в Y и Δ. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов, z=21с=42, 63,... 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/7) при полюсном делении τ_п=z/2р=3,5: К_yi=(1-х)0,781832 (у_пi=5), (1+х)0,974928 (у_пi=3), (1-x)0,433884 (y_пi=1) при Е_г.б=2,190643-х0,240787 для групп трехкатушечных (больших), (1+х)0,974928 (y′_пi=4), (1-х)0,781832 (y'_пi=2) при Е_г.м=1,75676+х0,193097 групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г двухкатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=21, α_п=360°/z=120°/7 при углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г→9Г=2,5α_пр=120°+0,5α_п и 8Г→7Г=240°-0,5α_п; 8Г→1Г=5α_пp=240°+α_п и 8Г→6Г=120°-α_п; 8Г→2Г=7,5α_пр=360°+1,5α_п и 8Г→5Г=360°-1,5α_п; 8Г→3Г=9,5α_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=5,356214+x0,493353 - вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г - 2x[cos1,5α_п-cos(1,5+0,5·3)α_п]0,974928=x0,734141; 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=5,56893, угол γ на (фиг.2) определяется по теореме синусов 2Е_4Г/sinγ=E_A/sin(180°-1,5α_п), откуда γ=15,8872° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны ϕ_BA=ϕ_BC=120°-α_п+γ=118,7443 и ϕ_AC=122,5114°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=9,40165, с=Е_AC=9,76540 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 коэффициент несимметрии К_нес%=2,56% при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·21=0,78544.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,6: Е_В=5,65223, Е_А=Е_С=5,65885, γ=16,688°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=119,5452°, ϕ_АС=120,9096°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=9,7732, с=Е_АС=9,8460, К_нес%=0,63, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z-3x)=0,88384 и z′=21-3x=19,2 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 2,56/0,63=4,1 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=0,78544 - R² _д=81/21, R_o=21·0,78544/3π и σ_Д%=25,93; при х=0,6 и К_об=0,88384 - R² _д=77,76/21, R_o=19,2·0,88384/3π, σ_Д%=14,22 %, т.е. σ_Д% снижается в 25,93/14,22=1,82 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка по фиг.1 при х=0,6 имеет высокую эффективность К_эф=(0,88384/0,78544)(2,56/0,63)(25,93/14,22)(19,2/21)=7,65; при оптимальном значении х=х_опт - К_нес%=0.

Предлагаемая m′=3-зонная обмотка в сравнении с m′=6-зонной при z=21, 2р=6, q=z/6р=7/6, у_п=3, группировке 211111121111112111, К_об=0,9250, К_нес%=0,82, σ_Д%=14,65 имеет пониженное 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 m=3-фазной, m′=m=3-зонной несимметричной петлевой дробной обмотки при 2p=6c полюсах в z=21с пазах и q=z/3p=7/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=21с пазах, выполняемой двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=7/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 3 2 2 2 2 3 2 3 2, повторяемой с раз, согласно изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=5, 3, 1 и числа витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-х)w_к для трехкатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, соответственно, шаги по пазам у′_пi=4, 2 и числа витков (1+x)w_к, (1-x)w_к,соответственно, для двухкатушечных групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=3 числа витков катушек равны (1+х)w_к, (1-х)w_к в катушечной группе 2Г и числа витков катушек равны (1-х)w_к, (1+х)w_к в катушечной группе 5Г, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп равно w_к, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,6. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2p=6с полюсах в z=21с пазах выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=7/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 3 2 2 2 2 3 2 3 2, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=5, 3, 1 и числа витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к для трехкатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, соответственно, шаги по пазам y′_пi=4, 2 и числа витков (1+х)w_к, (1-х)w_к, соответственно, для двухкатушечных групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=3 числа витков катушек равны (1+х)w_к, (1-х)w_к в катушечной группе 2Г и числа витков катушек равны (1-х)w_к, (1+х)w_к в катушечной группе 5Г, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп равно w_к, где c=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой; х=0,6.