Патент на изобретение №2298869

(54) ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=42c ПАЗАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромашиностроении – в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах, в частности в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат – снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния m’=m=3-фазной, m’=m=3-зонной несимметричной петлевой дробной обмотки при 2р=6c полюсах в z=42c пазах и q=z/3p=14/3. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=6c полюсах в z=42c пазах выполняется двуслойной m’=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p==14/3 из 3pc катушечных групп с группировкой 5 4 5 4 5 5 5 5 4, повторяемой c раз. При этом согласно изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=1-2(i-1) и числа витков (1-x)w_к для катушек с номерами i=1, 5 и число витков (1+х)w_к для катушки с номером i=3 для всех пятикатушечных групп, шаги по пазам y’_пi=10-2(i’-1) и число витков (1+х)w_к для катушки с номером i’=3 для всех четырехкатушечных групп при числе витков w_к в остальных катушках катушечных групп, где c=1, 2, 3, … ; i’=1…5 и i’=1…4 – номера катушек катушечных групп, начиная с наружной; x=0,55; 2w_к – число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой. 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 m’p катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при среднем шаге по пазам y_кz/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 5 4 5 5 5 5 4 для q=14/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m’=3-зонной обмотки при q=14/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6·c полюсах в z=42·c пазах, выполняемой двуслойной m’=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=14/3 из 3p·c катушечных групп с группировкой 5 4 5 4 5 5 5 5 4, повторяемой c раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=11-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к катушек с i=1, 5 и (1+х)w_к катушки с i=3 для всех пятикатушечных групп и y’_пi=10-2(i’-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i’=3 для четырехкатушечных групп при w_к витках в остальных катушках групп, где c=1, 2, 3, …, i=1…5 и i’=1…4 – номера катушек групп, начиная с наружной, х=0,55, 2w_к число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=42 с номерами 1…42 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-x)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 2Г; 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 в фазе I, 2Г, 5Г, 8Г в фазе II, 3Г, 6Г, 9Г в фазе III с началами из 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться в Y и . При с=2, 3, … обмотка имеет 2р=6с=12, 18, … полюсов, z=42c=84, 126, … 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(90°y_пi/7) при полюсном делении _п=z/2р=7: К_yi=(1-х)0,6234898 (y_пi=11 и 3), (1+х)1,0 (y_пi=7) при Е_г.б=4,04892-х0,24698 для групп пятикатушечных больших, (1+х)0,974928 (y’_пi=6) при Е_г.м=3,51352+х0,974928 для групп четырехкатушечных малых. Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=42, _п=360°/z=60°/7 при углах сдвигов осей групп фиг.1: 2Г3Г=4,5_пр=120°-0,5_п и 2Г1Г=240°+0,5_п; 2Г4Г=9_пp=240°-_п и 2Г9Г=120°+_п; 2Г5Г=13,5_пр=360°-1,5_п и 2Г8Г=360°+1,5_п; 2Г6Г=18,5_пp=120°-0,5_п и 2Г7Г=240°+0,5_п, по которой: E_В=E_2Г+2E_5Гсos1,5_п=11,408324+х0,4933533 – вертикальный вектор, E² _A=E² _4Г+(2E_1Г)²-4E_4ГE_1Гcos(180°-1,5_п) и при х=0-Е_А=Е_С=11,54973, а угол (фиг.2) определяется по теореме синусов Е_АВ/sin=E_А/sin(180°-1,5_п), откуда =3,8815° и углы сдвигов фазных ЭДС равны: _ВА=_ВС=120°-_п+=119,5958 и _AC=120,8084°. По фазным ЭДС и углам их сдвигов определяются линейные ЭДС а=E_BA=b=E_ВС=19,8418, c=E_AC=20,0857 и тогда по выражениям: S=a+b+c, 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 K_нес%=0,81% и K_об=(E_AC+2E_BA)/·42=0,8216.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,55:Е_В=11,6797. E_A=E_С=11,8088, =4,3766°, _BA=_ВС=120,0909° и _АС=119,8182°, a=b=Е_ВА=Е_ВС=20,350, с=Е_АС=20,4347, K_нес%=0,15, K_об=(E_AC+2E_BA)(z-3x)=0,87475 и z’=42-3х=40,35 – эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет бóльший K_об, меньший K_нес% (в 0,81/0,15=5,4 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 х=0: K_об=0,8216-R² _д=600/42, R_o=42·0,8216/3 и _д%=6,57; при х=0,55:K_об=0,87475-R² _д=609,13/42, R_о=40,35·0,87475/3 и _д%=3,41%, т.е. _д% снижается в 6,57/3,41=1,93 раза. С учетом изменений K_об, K_нес%, _д% обмотка по фиг.1 при х=0,55 имеет высокую эффективность K_эф=(0,87475/0,8216)(0,81/0,15)(6,57/3,41)(40,35/42)=10,9; при оптимальном значении x=x_опт достигается K_нес=0.

Предлагаемая m’=3-зонная обмотка, в сравнении с m’=6-зонной при z=42, 2p=6, q=z/6p=7/3, y_п=6, группировке 3 2 2 2 2 3 2 3 2, K_об=0,9250, K_нес%=0,82 и _д%=4,25 имеет пониженные K_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 2р=6с полюсах в z=42c пазах, выполненная двуслойной, m’=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=14/3 из 3pc катушечных групп с группировкой катушек по ряду 5 4 5 4 5 5 5 5 4, повторяемой c раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют: шаги по пазам y_пi=1-2(i-1) и числа витков (i-x)w_к для катушек с номерами i=1, 5 и число витков (i+x)w_к для катушки с номером i=3 для всех пятикатушечных групп, шаги по пазам y’_пi=10-2(i’-1) и число витков (1+x)w_к для катушки с номером i’=3 для всех четырехкатушечных групп при числе витков w_к в остальных катушках катушечных групп, где с=1, 2, 3, …; i’=1…5 и i’=1…4 – номера катушек катушечных групп, начиная с наружной; x=0,55; 2w_к – число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой.

РИСУНКИ