ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=12·c ПОЛЮСАХ В z=75·c ПАЗАХ Российский патент 2008 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 5 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 для q=25/6; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние σ_д.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m'=3-зонной обмотки при q=25/6.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2p=12·c полюсах в z=75·c пазах, выполняемой двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=25/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г и группировкой 5 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4445444, повторяемой с раз:

В группах 1Г...18Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_ni=10, 8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к для всех пятикатушечных групп и у'_ni=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-x)w_к витками для четырехкатушечных 2Г, 3Г, 13Г, 14Г, 17Г, а остальные группы при y'_ni=6, 6, 6, 6 имеют (1-x)w_к, w_к, (1+х)w_к, w_к витков в 4Г, 5Г, 6Г, 7Г, 18Г и w_к, (1+х)w_к, w_к (1-х)w_к витков в 9Г, 10Г, 11Г, 12Г, 16Г, где c=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,48.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2p=12, z=75 с номерами 1...75 снизу, 3р=18 группах с номерами 1Г...18Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего, X-Y-Z нижнего слоев и снизу размечены сдвиги осей групп, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при z'=z-6х пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов групп, их ЭДС фаз Е_А, Е_В, Е_С относительно оси симметрии 8Г, 17Г; 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, 10Г, 13Г, 16Г в фазе I; 2Г, 5Г, 8Г, 11Г, 14Г, 17Г в фазе II; 3Г, 6Г, 9Г, 12Г, 15Г, 18Г в фазе III с началами из 1Г, 2Г, 3Г, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ. При, например, с=2 обмотка имеет 2р=24 полюса, z=150 пазов и 36 катушечных групп 1Г...36Г.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек К_уi=sin(90у_пi/τ_п)=sin(14,4°у_пi) при полюсном делении τ_п=z/2p=6,25: E_т.б=3,816721-x1,069539 для больших и E_т.м=3,388404+x0,2977402 для малых групп 2Г, 3Г, 13Г, 14Г, 17Г. Диаграмма фиг.2 построена для 2р=12, z=75 и α_п=360°/z=4,8° при углах сдвигов осей групп по фиг.1, по которой: E_B=E_5Г+E_8Г+E_11Г+E_17Г+2E_5Г+cos3α_п=20,54584+x0,28326 - вертикальный вектор, Е² _A=a'²+b'²-2a'b'cos(180°-3α_п) при а'=E_7Г+E_13Г=6,77681+x0,53688, b'=E_1Г+Е_4Г+Е_16Г=13,981933-х0,352114; для х=0-Е_А=Е_С=20,6116, а угол γ (фиг.2) определяется по теореме синусов а'/sinγ=E_A/sin(180°-3α_п), откуда γ=4,6901° и углы сдвигов фазных ЭДС равны: ϕ_BA=ϕ_BC=120°-α_п+γ=119,8901 и ϕ_AC=120,2198°. По фазным ЭДС и их углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=E_BA=b=Е_вс=35,6236, с=E_'AC=35,7397 и тогда по выражениям: S=а+b+с, A=(a²+b²+c²)/6, K_нес=(F/D) [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М. - Л.: ГЭИ, 1963, с.162] вычисляется коэффициент несимметрии К_нес%=0,230% при обмоточном коэффициенте K_об=(E_AC+2E_BA)/√3z=0,82358.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,50: Е_B=20,6875, Е_А=Е_C=20,7041, γ=4,8545°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=120,0545°, ϕ_АС=119,8910°, а=b=Е_BA=Е_BC=35,8560, c=E_AC=35,8408, K_нес%=0,088, K_об=(E_AC+2E_BA)√3z'=0,86244 при z'=z-6x=72, т.е. она имеет больший К_об, меньший К_нес% (в 0,23/0,088=2,61 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, K_об=0,82358-R² _д=855/75, R_o=75·0,82358/6π и σ_д%=6,16; при х=0,5, К_об=0,86244-R² _д=857,25/75, R_о=72·0,86244/6π (для z'=72), σ_д%=5,32, т.e. σ_д% снижается в 6,16/5,32=1,16 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка фиг.1 при х=0,50 имеет высокую эффективность К_эф=(0,86244/0,82358)(0,230/0,088)(6,16/5,32) (72/75)=3,0; при х=0,48 эффективность обмотки возрастает: К_об=0,86083 (при z'=z-6x=72,12), К_нес%=0,027, σ_д%=5,22 и К_эф=10,1, а при 0,45<x=X_опт<0,50 достигается практически полная симметрия обмотки (К_нес%=0).

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка в сравнении с m'=6-зонной при z=75, 2p=12, q=z/6p=25/12=2+1/12, у_п=6 имеет пониженные К_нес, σ_д и значительно проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Ее применение позволяет упрощать изготовление, снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в АД с к.з. ротором, улучшать форму кривой напряжения в СГ.

Использование: электромашиностроение, трехфазные асинхронные и синхронные электрические машины, фазный ротор асинхронных двигателей. В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния m=3-фазной, m'=3-зонной несимметричной петлевой дробной обмотки при 2р=12·с полюсах в z=75·c пазах и q=z/3p=25/6. Сущность изобретения: трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=12·с полюсах в z=75·c пазах выполняется двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=25/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г·c и группировкой 5 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4, повторяемой с раз. В группах 1Г...18Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_ni=10, 8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к для всех пятикатушечных групп и у'_пi=9, 7, 5, 3·с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками для четырехкатушечных 2Г, 3Г, 13Г, 14Г, 17Г, а остальные группы при у'_пi=6, 6, 6, 6 имеют (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витков в 4Г, 5Г, 6Г, 7Г, 18Г и w_к, (1+x)w_к, w_к (1-x)w_к витков в 9Г, 10Г, 11Г, 12Г, 16Г, где с=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,48. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=12·с полюсах в z=75·c пазах, выполняемая двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=25/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г·c и группировкой 5 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4 5 4 4 4, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что в группах 1Г...18Г концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=10, 8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к для всех пятикатушечных групп и y'_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками для четырехкатушечных 2Г, 3Г, 13Г, 14Г, 17Г, а остальные группы при y'_пi=6, 6, 6, 6 имеют (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витков в 4Г, 5Г, 6Г, 7Г, 18Г и w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витков в 9Г, 10Г, 11Г, 12Г, 16Г, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,48.