Патент на изобретение №2293426

(54) ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=57с ПАЗАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электроники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах, в частности в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат – снижение коэффициента несимметрии и дифференциального рассеяния m-3-фазной, m-m=3-зонной несимметричной петлевой, дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=57с пазах и при q=z/3p=19/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=57с пазах, выполняемой двухслойной m=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=19/3 из 3рс катушечных групп 1Г…9Г с группировкой 7 6 6 6 6 7 6 7 6, повторяемой с раз, согласно изобретению, концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=15-2(i-1) и числа витков (1-х)w_к для катушек с i=1,7 и число витков (1+x)w_к для катушки с i=4 в семикатушечных группах 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам у_Пi=10-2(i-1) и число витков (i+x)w_к для катушки с i=3 во всех шестикатушечных группах, число витков равно (1-x)w_к для катушек с i=6 в катушечных группах 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_П=9 число витков равно (1-х)w_к для катушки c i=6 в катушечной группе 2Г и для катушки с i=1 в катушечной группе 5Г, при этом в остальных катушках катушечных групп число витков равно w_к, где с=1, 2, 3,…, i=1…7 и i=1…6 – номера катушек в группах, начиная с наружной; 2w_к – число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, х=0,55. 4 ил.

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 mp катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при среднем шаге по пазам y_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 – не целые [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 7 6 6 6 6 7 6 7 6 для q=19/3; из-за несимметрия фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении славится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m=3-зонной обмотки при q=19/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6 с полюсах в z=57 с пазах, выполняемой двухслойной m=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=19/3 из 3р с катушечных групп 1Г…9Г с группировкой 7 6 6 6 6 7 6 7 6, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_Пi=15-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к катушек с i=1,7 и (1+x)w_к катушки с i=4 для групп семикатушечных 1Г, 6Г, 8Г, y_Пi=14-2(i-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i=3 для всех шестикатушечных групп при (1-х)w_к витках катушек с i=6 групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при y_П=9-(1-x)w_к витках катушки с i=6 в 2Г и с i=1 в 5Г при w_к в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,…, i=1…7 и i=1…6 – номера катушек в группах, начиная с наружной, х=0,55, а 2w_к – число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=57 с номерами 1…57 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-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 не равновитковых 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 c началами из 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться в Y и . При с=2, 3,… обмотка имеет 2р=6с=12, 18,… полюсов, z=57с=114, 171,… пазов и 3рс=18, 27,… групп.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек K_yi=sin(90y_Пi/_П)=sin(180°у_Пi/19) при полюсном делении _П=z/2р=9,5: К_yi=(1-х)0,614213 (у_Пi=15), (1+х)0,996585 (у_Пi=9), (1-x)0,47595 (y_Пi=3) при Е_г.б=5,54481-x0,093576 для групп семикатушечных (больших), (1+х)0,996585 (y_Пi=10), (1-х)0,614213 (y’_Пi=4) при Е_т.м=5,068861+х0,329586 групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г шестикатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=57. _П=360°/z=120°/19 и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г9Г=6,5_Пр=120°+0,5_П и 8Г7Г=240°-0,5_П; 8Г1Г=13_Пр=240°+_П и 8Г6Г=120°-_П; 8Г2Г=19,5_Пр=360°+1,5_П и 8Г5Г=360°-1,5_П; 8Г3Г=25,5_Пр=120°+0,5_П; и 8Г4Г=240°=0,5_П, по которой E_В=E_8Г(б)+2E_2Г(м)cos1,5_П=15,544266+x0,78225 – вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г-2x[cos1,5_П-cos(1,5-2,5-3)_П]=х0,875825; Е² _А=(2Е_4Г(м))²+Е² _1Г(б)-4Е_4Г(м)Е_1Г(б)cos(180°-1,5_П) – по теореме косинусов и при х=0-Е_A-Е_C=15,6336, угол на (фиг.2) определяется по теореме синусов 2Е_4Г/sin=E_A/sin(180°-1,5_П), откуда =6,1270° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны _BA=_BC=120°-_П +=119,8112 и _AC=120,3776°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_BA=b=Е_BC=26,9751, с=Е_AC=27,1295, 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%=0,39% при К_об=(Е_АС+2Е_ВА)/·57=0,8213.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: Е_В=15,9354, Е_А=Е_С=15,9688, =6,225°, _ВА=_ВС=119,9092°, _АС=120,1816°, а=Е_ВА=b=Е_ВС=27,6172, с=Е_АС=27,6840, К_нес%=0,17, K_об=(E_АС+2E_ВА)(z-3x)=0,8626 и z=57-3x=55,5 – эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,39/0,17=2,3 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 но гармоническому составу МДС при квадрате среднего радиуса j=1…z пазовых точек R² _д, радиусе R_o

По (1)-(2) при x=0, К_об=0,8213-R² _д=1458/57, R_o=57·0,8213/3 и _Д%=3,69; при х=0,5 и К_об=0,8626-R² _д=1499,25/57, R_o=55,5·0,8626/3, _Д%=1,94%, т.е. _Д% снижается в 3,69/1,94=1,90 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, _д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность К_эф=(0,8626/0,8213)(0,39/0,17)(3,69/1,94)(55,5/57)=4,54, а при значении х=х_опт=0,55 параметры улучшаются: К_об=0,86683, К_нес=0,126, _Д%=1,88 и К_эф=6,23.

Предлагаемая m=3-зонная обмотка, в сравнении с m=6-зонной при z=39, 2р=6, q=z/6р=19/6, у_П=8, группировке 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3, К_об=0,9249, К_нес%=0,14, _Д%=2,08, имеет пониженные К_нес и _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.

Формула изобретения

Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2p=6с полюсах в z=57с пазах, выполняемая двухслойной m=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=19/3 из 3рс катушечных групп 1Г…9Г с группировкой 7 6 6 6 6 7 6 7 6, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=15-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с i=1,7 и число витков (1+x)w_к для катушек с i=4 в семикатушечных группах 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y_пi=10-2(i-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с i=3 во всех шестикатушечных группах, число витках равно (1-х)w_к для катушек с i=6 в катушечных группах 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам у_п=9 число витков равно (1-х)w_к для катушки с i=6 в катушечной группе 2Г и для катушки с i=1 в катушечной группе 5Г, при этом в остальных катушках катушечных групп число витков равно W_к, где c=1, 2, 3,…, i=1…7 и i=1…6 – номера катушек в группах, начиная с наружной; 2w_к – число витков, в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,55.

РИСУНКИ