Девятифазная дробная (q=4/5) обмотка электрических машин переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к девятифазным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, питаемым от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока. Изобретение направлено на достижение технического результата, состоящего в выполнении двухслойной m=9-фазной, m’=18-зонной дробной обмотки при q=4/5 и р=5 в 2=18pq=72 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения состоит в том, что обмотка выполняется двухслойной 2р=10-полюсной с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 и группировкой по ряду 1 1 1 1 0 в z=72 пазах из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шаге по пазам у_п. При числе фаз m=9, фазных зон m’=2m=18 катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) имеют числа витков по (1 +1)w_k, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) - по (1-х)w_к витков. В первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 16К, -23К, 30К, -37К, -52К, 59К, -66К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 66К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 16 номеров в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,10 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе. 3 ил.

Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока и может использоваться, например, на статоре асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты (ППЧ).

Известны m≥3-фазные, m’=2m-зонные петлевые симметричные обмотки переменного тока, выполняемые двухслойными 2р-полюсными из 2pm катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками с дробным числом q=z/2pm=b+c/d=N/d пазов z на полюс и фазу при группировке катушек в катушечных группах, зависимой от дробной части c/d числа q [1-2]. При знаменателе дробности d≥4 обмотки характеризуются повышенным содержанием гармонических МДС при существенном ухудшении показателей электрических машин с такими обмотками; при увеличении числа фаз m и фазных зон m’ гармонический состав МДС обмотки улучшается.

Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная, m’=6-зонная, 2р=10-полюсная обмотка при q=4/5, выполняемая двухслойной в z=6pq=24 пазах с группировкой катушек по ряду 1 1 1 1 0 [1] для с/d=4/5 и b=0.

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной дробной обмотки при q=4/5 и р=5 в z=18pq=72 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной дробной гармонической для снижения дифференциального рассеяния [3].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для двухслойной дробной 2р=10-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 и группировкой по ряду 1 1 1 1 0, выполняемой в z=72 пазах m=9-фазной, m’=18-зонной из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п: катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) имеют числа витков по (1+х)w_к, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) - по (1-x)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 16К, -23К, 30К, -37К, -52К, 59К, -66К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 66К, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 16 номеров в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,10 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе.

На фиг.1 показана развертка по пазам пазовых слоев с чередованиями m’=18 фазных зон A-A’-A"-Z-Z’-Z"-B-B’-B"-X-X’-X"-C-C’-C"-Y-Y’-Y" предлагаемой 2р=10-полюсной, m=9-фазной, m’=2m=18-зонной двухслойной дробной обмотки при z=72 пазах, К=72 катушках и q=z/18р=4/5 (N=4 и d=5) c разметкой сверху номеров катушек 1К, 16К, 23К, 30К, 37К, 52К, 59К, 66К первой фазы (зоны А и X) и снизу номеров пазов (от 1 до z=72); на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсностей р=5 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) ν=1 и рν=νр=13 дробной гармонической МДС ν=13/5 (в центре) при углах α_п=360°/z=5° и γ=α_п/2d=0,5°; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы симметричной m’=18-фазной системы токов фазных зон А-А’-А"-Z-Z’-Z"-B-B’-B"-X-X’-X"-C-C’-C"-Y-Y’-Y".

Обмотка по фиг.1 при 2р=10 полюсах, z=72 пазах, m=9 фазах, m’=2m=8 фазных зонах выполнена двухслойной из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п=6 имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=4/5 при N=4 и d=5, т.е. по группировке [1] 1 1 1 1 0 из каждых N=4 катушек формируются d=5 групп. Для этого составляется ряд из 2m=18 группировок 1 1 1 1 0, под ним размечаются фазные зоны в последовательности A-A’-A’’-Z-Z’-Z’’-B-B’-B"-X-X’’-X"-C-C’-C"-Y-Y’-Y" и вычеркиваются зоны под нулевыми числами ряда, после чего под оставшимися числами размечаются последовательно числа пазов и получается развертка по фиг.1. Обмотка при m’=18 фазных зонах и d=5 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν=18k/d±1=18k/5±1=1(+), 13/5(-), 23/5(+), ..., где ±k - любое целое число, при котором ν>0 (k=0 для основной гармонической ν=1), знак (+) соответствует гармоническим прямым и (-) обратным.

Для определения углов сдвига катушек первой из m=9 симметричных фаз для полюсностей р=5(ν=1) и рν=νp=13 (ν=13/5) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 16К, 30К, 59К зон А, ось их симметрии О лежит посередине между 37К, 52К и относительно нее углы сдвига равны: для р=5-О→59К→14,5α_пр=14,5·25°=360°+2,5°=±0,5α_п и O→30K=-0,5α_п, O→1K→28,5α_пp=720°-7,5°=-1,5·α_п и O→16К=+1,5α_п, по которым построена верхняя диаграмма фиг.2 при угле α_п=5° (катушки зон Х - 37К, 52К, 66К, 23К смещены на 180° относительно катушек зон А); для рν=13: О→59К→14,50α_пpν=14,5·65°=942,5°=13·72°+6,5⁰=3·72⁰+13γ и О→30К=2·72°-13γ, О→1К→22,5·65°=26·72°-19,5°=72°-39γ и О→16К=4·72°+39γ, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=5 частей (360°/5=72°) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν=13/5, где γ=α_п/d20,5°. По коэффициентам укорочения K_yν=sin(ν90°у_п/τ_п) катушек (для полюсного деления τ_п=z/2p=7,2) вычисляются проекции по фиг.2 ЭДС катушек на вертикальную ось симметрии и определяются обмоточные коэффициенты с учетом неравновитковости катушек:

для рν=13 (ν=13/5)-K_обν=[(1+x)cos(72°-39γ)-(1-x)cos(36°+13γ)]K_yν/2=-0,01663+х0,1742 (при К_уν=0,2588), откуда по условию K_обν=0 определяется значение х=0,10, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая ν=13/5 с рν=13;

для p=5(ν=1)-K_oб=[sin(10°)/sin(2,5°)+2xcos(1,5α_п)-2xcos(0,5α_п)]K_уν/4=0,961335-х0,00367 (при К_у=0,96593), т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν=13/5 имеет относительное значение Fν/F=K_обν/νK_об=0,0166/(13/5)0,9613=0,0067 или 0,67%, а при х=0,10 - Fν/F=0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из ее многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=N=4 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,10 снижается на ≈50%.

Таким образом, предлагаемая обмотка имеет одинаковое заполнение каждого паза проводом одинакового сечения, характеризуется пониженным дифференциальным рассеянием из-за устранения из МДС (ЭДС) дробной гармонической порядка ν=13/5, является симметричной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной, каждая ее фаза смещена на электрический угол в 40° (так как интервалу в 16 катушек соответствует электрический угол сдвига начал фаз 16α_пp=16·25°=400°-360°=40°). Применение ее в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ППЧ 9-фазного тока позволяет втрое снижать фазный ток по сравнению с 3-фазными ППЧ, что существенно снижает стоимость управляемых вентилей и всего ППЧ при упрощении его схемы.

Источники информации

1. Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/пер. с англ. - М. - Л.: ГЭИ, 1959, с.224 - прототип.

2. Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов. - Л.: Энергия, 1978.

3. Попов В.И. Определение дифференциального рассеяния многофазных обмоток//Электричество, 1987, №6, с.50-53.

Формула изобретения

Девятифазная дробная (q=4/5) обмотка электрических машин переменного тока, 2р=10-полюсная, двухслойная с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 и группировкой по ряду 11110, выполняемая в z=72 пазах из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п, отличающаяся тем, что при числе фаз m=9 и фазных зон m’=2m=18 катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) имеют числа витков по (1+х)W_k, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) - по (1-х)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 16К, -23К, 30К, -37К, -52К, 59К, -66К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 66К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 16 номеров в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,10 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3