ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2р=12·с ПОЛЮСАХ В z=57·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 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 для q=19/6; 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=19/6.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=12с полюсах в z=57·с пазах, выполняемой двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=19/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г и группировкой 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3, повторяемой с раз:

концентрические катушки групп имеют шаги по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к для всех четырехкатушечных и у'_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками для всех трехкатушечных, где с=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,52.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=12, z=57 с номерами 1...57 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-6x пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов групп, их ЭДС фаз Е_A, Е_В, Е_C 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 2p=24 полюса, z=114 пазов и 36 катушечных групп 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/19) при полюсном делении τ_п=z/2p=4,75: Е_г.б=2,975334-х1,090160 и Е_г.м=2,569475+х0,260861 для больших и малых групп. Диаграмма фиг.2 построена для 2р=12, z=57 и α_п=360°/z=120°/19 при углах сдвигов осей групп по фиг.1, по которой: E_В=E_5г+E_8г+E_11г+E_17г+2E_5гcos3α_п=15,5443+х0,185875 - вертикальный вектор, E² _A=а'²+b'²-2a'b'cos(180°-3α_п) при а'=E_7г+E_13г=5,13895+x0,52172, b'=E_1г+E_4г+E_10г+E_16г=10,68376-х0,30758; для х=0-Е_А=Е_С=15,6336, а угол γ (фиг.2) определяется по теореме синусов a'/sinγ=E_A/sin(180°-3α_п), откуда γ=6,127° и углы сдвигов фазных ЭДС равны: ϕ_ВА=ϕ_ВС=120°-α_п+γ=19,8112, ϕ_АС=120,3776°. По фазным ЭДС и их углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_ВА=b=Е_ВС=26,9752, с=E_AC=27,1295 и тогда по выражениям: S=a+b+c, A=(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 K_нес%=0,367% при обмоточном коэффициенте .

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,50: Е_В=15,6372, E_A=E_C=15,7352, γ=6,3975°, ϕ_ВА=ϕ_ВС=120,0818°, ϕ_АС=119,8364°, a=b=Е_ВА=Е_ВС=27,1805, с=Е_АС=27,2317, K_нес%=0,145, при z'=z-6x=54, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,367/0,145=2,53 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 х=0, К_об=0,82125-R² _д=390/57, R_o=57·0,82125/6π и σ_д%=10,94; при х=0,5, K_об=0,87236-R² _д=380,25/57, R_o=54·0,87236/6π (для z'=54), σ_д%=6,81, т.е. σ_д% снижается в 10,94/6,81=1,61 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка фиг.1 при х=0,50 имеет высокую эффективность K_эф=(0,87236/0,82125)(0,367/0,145)(10,94/6,81)(54/57)=4,1; при х=0,52 эффективность обмотки возрастает: К_об=0,87453 (при z'=z-6x=53,88), К_нес%=0,064, σ_д%=6,78 и К_эф=9,3, а при оптимальном 0,50<x=x_опт<0,55 достигается практически полная симметрия обмотки при К_нес%=0.

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка, в сравнении с m'=6-зонной при z=57, 2p=12, q=z/6p=19/12=1+7/12, у_п=4 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′=m=3-зонной несимметричной петлевой дробной обмотки при 2р=12·с полюсах в z=57·c пазах и q=z/3p=19/6. Сущность изобретения: трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=12·с полюсах в z=57·c пазах выполняется двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=19/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г с и группировкой 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3, повторяемой с раз. Концентрические катушки групп имеют шаги по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к для всех четырехкатушечных и y′_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками для всех трехкатушечных групп, где с=1, 2, 3, ..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,52. 4 ил.

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=12·с полюсах в z=57·c пазах, выполняемая двуслойной m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=19/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г·c и группировкой 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки групп имеют шаги по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к для всех четырехкатушечных и y′_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками для всех трехкатушечных групп, где с=1, 2, 3, ..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,52.