Патент на изобретение №2280937

(54) ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=15c ПАЗАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится области электротехники, а именно к особенностя конструктивного выполнения трехфазных обмоток синхронных и асинхронных электрических машин переменного тока. Технический результат – снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния трехфазной несимметричной m’=3-зонной обмотки при значении q=5/3. Данный технический результат достигается за счет того, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=15с пазах, выполняемая двуслойной m’=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу, равным q=z/3p=5/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 2 1 2 1 2 2 2 2 1, повторяемой с раз, согласно данному изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=3, 1 и числа витков w_к, (1-x)w_к для групп двухкатушечных, а для групп однокатушечных концентрические катушки имеют шаги по пазам y’_пi=2 и числа витков (1+х)w_к при значении х=0,55, где с=1, 2, 3…; 2w_к – число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой. 4 ил.

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока – асинхронных и синхронных.

Известны петлевые двухслойные m=3-фазные дробные обмотки, выполняемые при 2р полюсах в z пазах из mp катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при среднем шаге по пазам у_кz/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/mp=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 2 1 2 1 2 2 2 2 1 для q=5/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m=3-зонной обмотки при q=5/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6·с полюсах в z=15·с пазах, выполняемой двуслойной m=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=5/3 из 3р·с катушечных групп с группировкой 2 1 2 1 2 2 2 2 1, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=3, 1 с числами витков w_к, (1-х)w_к для групп двухкатушечных, у_п=2 с числом витков (1+x)w_к для групп однокатушечных при х=0,55, где с=1, 2, 3…, а 2w_к – число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=15 пазах с номерами 1…15 снизу, 3р=9 группах с номерами 1Г…9Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего, X-Y-Z нижнего слоев, где зачерненные пазы содержат (2-х)w_к витков, при 2w_к витках во всех остальных пазах и снизу размечены сдвиги осей групп; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов ЭДС групп, фаз Е_А, Е_В, Е_С относительно оси симметрии 2Г группировки; на фиг.3, 4 построены по треугольной сетке многоугольники МДС обмотки фиг.1 для катушек равновитковых – фиг.3, неравновитковых – фиг.4. m’=3-зонная обмотка фиг.1 соединяется при последовательно-согласном включении в фазах 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 звездой или треугольником. При с=2, 3,… обмотка имеет 2р=6с=12, 18,… полюсов, при z=15с=30, 45,… пазах и 3рс=18, 27,… группах.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек K_yi=sin(90у_пi/_п)=sin(36°у_пi) при полюсном делении _п=z/2р=2,5; К_уi=0,95106 (у_пi=3), (1-х)0,58779 (у_пi=1) и Е_г.б=1,53884-х0,58779 для групп двухкатушечных (больших), Е_г.м=(1+х)0,95106 (у_п=2) для однокатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=15, _п=360°/z=24° и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 2Г3Г=1,5_п р=108°=120°-0,5_п и 2Г1Г=240°+0,5_п; 2Г4Г=3(72°)=216°=240°-_п и 2Г9Г=120°+_п; 2Г5Г=4,5(72°)=324°=360°-1,5_п и 2Г8Г=360°+1,5_п; 2Г6Г=6,5(72°)=120°-0,5_п и 2Г7Г=240°+0,5_п, по которой ЭДС фаз равны: E_В=E_2г(м)+2E_5г(б)cos(36°)=3,4410+x·0 – вертикальный вектор; Е² _А=(2Е_1г(б))²+Е² _4г(м)-4Е_1г(б)Е_г4(м)cos(180°-36°) – по теореме косинусов и при х=0 – Е_A=Е_C=3,8875, а угол на фиг.2 определяется по теореме синусов Е_г.м/sin=E_A/sin(144°), откуда =8,268°, тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны _BA=_BC=120°-12°+=116,268 и _AC=127,464°. По фазным ЭДС и их углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=6,2284, с=Е_AC=6,9721 и тогда по выражениям: S=а+b+с, А=(а²+b²+с²)/6, , , и K_нес%=(F/D)100 [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, c.162] вычисляется коэффициент несимметрии К_нес%=7,83 при

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=3,4410, Е_А=Е_С=3,7393, =12,959°, _ВА=_ВС=120,959°, _АС=118,082°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=6,2499, с=Е_АС=6,4131, К_нес%=1,72, и z’=15-3x=13,5 – эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 7,83/1,72=4,55 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 _д%, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу МДС при квадрате среднего радиуса j=1…z пазовых точек R² _д, радиусе R_o

По (1)-(2): при x=0 и К_об=0,74782 – R² _д=33/15=2,2, R_o=15·0,74782/3 и _д%=55,31%; при х=0,5 и К_об=0,80884 – R² _д=27/15, R_o=13,5·0,80884/3 (для z=15-3x=13,5), _д%=34,10%, т.е. _д% снижается в 55,31/34,1=1,62 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, _д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,80884/0,74782)(7,83/1,72)(55,31/34,1)(13,5/15)=7,2; при оптимальном х=х_опт=0,55 параметры улучшаются: К_нес%=1,13, К_об=0,8158 (z=15-3x=13,35), _д%=33,45 и К_эф=11,1.

Предлагаемая m=3-зонная обмотка, в сравнении с m=6-зонной при z=15, 2р=6, q=z/6р=5/6<1 и группировке 111011111101111110, имеет пониженное К_нес и _д% при вдвое меньшем числе катушечных групп.

Ее применение позволяет снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, улучшать форму кривой напряжения в синхронных генераторах.

Формула изобретения

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=6 с полюсах в z=15с пазах, выполняемая двуслойной m’=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу, равным q=z/3p=5/3 из 3р·с катушечных групп с группировкой 2 1 2 1 2 2 2 2 1, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=3, 1 и числа витков w_к, (1-x)w_к для групп двухкатушечных, а для групп однокатушечных концентрические катушки имеют шаги по пазам y’_пi=2 и числа витков (1+х)w_к, при значении х=0,55, где с=1, 2, 3…; 2w_к – число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой.

РИСУНКИ