ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=12·c ПОЛЮСАХ В z=51·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/2р, 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 333233333323333332 для q=17/6; из-за несимметрия фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m'=3-зонной обмотки при q=17/6.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2p'=12·c полюсах в z=51·с пазах выполняется двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=17/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г и группировкой 333233333323333332, повторяемой с раз:

трехкатушечные группы имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков w_к, w_к, (1-x)w_к для групп 1Г, 3Г, 5Г, 10Г, 12Г, 17Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к для 2Г, w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к для 7Г, 8Г, 14Г, 15Г, y_п=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками для 6Г, 13Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к для 9Г, 16Г, а все группы двухкатушечные - y'_пi=5,3 с числами витков по (1+x)w_к, где с=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,50.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2p=12, z=51 с номерами 1...51 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; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов групп, их ЭДС фаз E_A,E_B,E_C относительно оси симметрии 2Г, 11Г; 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 и Δ. При, например с=2, обмотка имеет 2р=24 полюса и z=102 пазов при 36 катушечных группах 1Г...36Г.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек K_yi=sin(90y_пi/τ_п)=sin(360°y_пi/17) при полюсном делении τ_п=z/2p=4,25: E_г.б=2,46745+x0,197717 для 2Г, E'_г.б=2,46745-x0,673696 для 1Г, 3Г, 5Г, 17Г, 10Г, 12Г, E′′_г.б=2,46745+x0,32204 для 7Г, 15Г, 8Г, 14Г и E_г.м=(1+x)·1,85699 для групп двухкатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=12, z=51, α_п=360°/z=120°/17 при углах сдвигов осей групп фиг.1: 2Г→3Г=3α_пр=120°+α_п и 2Г→1Г=240°-α_п; 2Г→4Г=5,5α_пp=240°-α_п и 2Г→18Г=120°+α_п, 2Г→5Г→8α_пр=-3α_п и 2Г→17Г=+3α_п; 2Г→6Г=11α_пp=120°-2α_п и 2Г→16Г=-240°+2α_п; 2Г→7Г=14α_пр=240°-α_п и 2Г→15Г=120°+α_п; 2Г→8Г=17α_пр=0° и 2Г→14Г=0°; 2Г→9Г=20α_пр=120°+α_п и 2Г→13Г=240°-α_п; 2Г→10Г=23α_пp=240°+2α_п и 2Г→12Г=120°-2α_п; 2Г→11Г=25,5α_пp=0°, по которой: E_В=E_2г+E_8г+E_11г+E_14г+2E_5гcos3α_п=13,8610+х1,44238 - вертикальный вектор, E² _A=a^'2+b^'2-2a'b'cos(180°-3α_п) при а'=E_1г+E_4г+E_7г+E_13г-9,259330+x1,76521, b'=E_10г+E_16г=4,9348941-0,413818 (с учетом неконцентричности групп 13Г, 16Г) и при х=0-E_A=E_С=13,9752, а угол γ (фиг.2) определяется по теореме синусов α'/sinγ=E_A/sin(180°-3α_п), откуда γ=13,8478° и углы сдвигов фазных ЭДС равны: ϕ_BA=ϕ_BC=120°-2α_п+γ=119,7301 и ϕ_AC=120,5398°. По фазным ЭДС и их углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=E_BC=24,0740, с=E_AC=24,2712 и тогда по выражениям: S=a+b+c, А=(a²+b²+c²)/6, , , , К_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%=0,55% и .

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,50: E_B=14,5822, Е_А=Е_C=14,6506, γ=14,4818°, ϕ_BA=ϕ_BC=120,3641°, ϕ_AC=119,2718°, a=b=Е_BA=Е_BC=25,3626, c=E_AC=25,2819, К_нес%=0,225, , т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,55/0,225=2,44 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 дифференциалного 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 МДС [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС // Электричество, 1997, №9, с.53-55];

По (1)-(2) при х=0: К_об=0,81983-R² _д=285/51, R_о=51·0,81983/6π и σ_д%=13,58; при х=0,50: K_об=0,86055-R² _д=301,5/51, R_o=51·0,86055/6π и σ_д%=9,08%, т.е. σ_д% снижается в 13,58/9,08=1,50 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка фиг.1 при x=0,50 имеет высокую эффективность K_эф=(0,86045/0,81983)(0,55/0,225)(13,58/9,08)=3,84 при оптимальном 0,45<х=х_опт<0,5 достигается К_нес=0.

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка, в сравнении с m'=6-зонной при z=51,2р=12, q=z/6р=17/12=1+5/12, y_п имеет пониженные К_нес и σ_д при вдвое меньшем числе катушечных групп.

Ее применение позволяет 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′=m=3-зонной несимметричной петлевой дробной обмотки при 2р=12·с полюсах в z=51·c пазах и q=z/3p=17/6. Сущность изобретения: трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р′=12·с полюсах в z=51·c пазах выполняется двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=17/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г и группировкой 333233333323333332, повторяемой с раз. Трехкатушечные группы имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков w_к, w_к, (1-x)w_к для групп 1Г, 3Г, 5Г, 10Г, 12Г, 17Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к для 2Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к для 7Г, 8Г, 14Г, 15Г, y_п=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками для 6Г, 13Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к для 9Г, 16Г, а все группы двухкатушечные - y′_пi=5,3 с числами витков по (1+x)w_к, где с=1, 2, 3, ..., 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,50. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=12·с полюсах в z=51·c пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=17/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г и группировкой 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 3 2, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что трехкатушечные группы имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков w_к, w_к, (1-x)w_к для групп 1Г, 3Г, 5Г, 10Г, 12Г, 17Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к для 2Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к для 7Г, 8Г, 14Г, 15Г, y_п=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками для 6Г, 13Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к для 9Г, 16Г, а все группы двухкатушечные - y′_пi=5,3 с числами витков по (1+x)w_к, где с=1, 2, 3, ..., 2w_к - число витков каждого паза, а значение х=0,50.