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

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в девятифазных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат от использования данного изобретения состоит в выполнении двухслойной m=9-фазной, m’=18-зонной дробной обмотки при q=5/4 и р=2 в z=18pq=45 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения: обмотка выполняется двуслойной петлевой 2р=4-полюсной, двуслойной с числом пазов на полюс и фазу q=5/4 и группировкой по ряду 2 1 1 1 в z=45 пазах из 18р=36 катушечных групп с номерами от 1Г до 36Г и концентрическими катушками: при числе фаз m=9 и фазных зон m’=2m=18 двухкатушечные группы 1Г+4(к) имеют шаги катушек по пазам у_пi=9 и 7 при числах витков w_к и (1-х)w_к, однокатушечные с шагом катушек у_п=8 имеют по w_к витков для групп 2Г+4(к), 4Г+4(к) и по (1+x)w_к витков для групп 3Г+4(к). В первой фазе соединены последовательно группы 1Г, 10Г, 19Г, 28Г при встречном включении четных групп относительно нечетных с началом фазы из начала 1Г и ее концом из начала 28Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах 36 групп относительно групп первой фазы, где 2w_к – число витков каждого паза, х=0,20 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m-1=8. 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 (ПП×).

Известны m≥3-фазные, m’=2m-зонные петлевые симметричные обмотки переменного тока, выполняемые двуслойными, 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, что существенно ухудшает показатели электрических машин с такими обмотками; при увеличении числа фаз гармонический состав МДС обмотки улучшается.

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

В изобретении ставится задача выполнения двуслойной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной дробной обмотки при q=5/4 и р=2 в z=18pq=45 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной дробной гармонической для снижения дифференциального рассеяния [3].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для двуслойной дробной 2р=4-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=5/4 и группировкой по ряду 2 1 1 1, выполняемой в z=45 пазах m=9-фазной, m’=18-зонной из 18p=36 катушечных групп с номерами от 1Г до 36Г при концентрических катушках: двухкатушечные группы 1Г+4(к) имеют шаги катушек по пазам у_пi=9 и 7 при числах витков w_к и (1-х)w_к, однокатушечные с шагом катушек у_п=8 имеют по w_к витков для групп 2Г+4(к), 4Г+4(к) и по (1+x)w_к витков для групп 3Г+4(к); в первой фазе соединены последовательно группы 1Г, 10Г, 19Г, 28Г при встречном включении четных групп относительно нечетных с началом фазы из начала 1Г и ее концом из начала 28Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах 36 групп относительно групп первой фазы, где 2w_к - число витков каждого паза, х=0,20 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m-1=8.

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=4-полюсной, m=9-фазной, m’=2m=18-зонной двуслойной дробной обмотки при z=45 пазах и q=z/18р=5/4 (N=5, d=4) c разметкой сверху номеров групп 1Г, 10Г, 19Г, 28Г первой фазы (зоны А и X) и снизу номеров пазов (от 1 до z=45); на фиг.2 - диаграммы сдвига осей катушечных групп первой фазы для полюсностей р=2 (сверху и снизу) гармонической МДС (ЭДС) ν=1 и рν=νр=7 гармонической МДС дробного порядка ν=7/2 (в центре) при углах α_п=360°/z=8° и γ=α_п/d=2°; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы 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=4 полюсах, z=45 пазах, m=9 фазах, m’=2m=18-фазных зонах выполнена двуслойной из 18p=36 групп с шагами катушек по пазам у_пi=9, 7 для концентричных двухкатушечных групп и у_п=8 для однокатушечных групп, имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=5/4 при N=5 и d=4, т.е. по группировке [1] 2 1 1 1 из каждых N=5 катушек формируются d=4 катушки. Обмотка при m’=18-фазных зонах и d=4 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν=18k/d±1=9k/2±1=1(+), 7/2(-), 11/2(+) 8(-), 10(+)..., 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 осей катушечных групп первой из m=9 симметричных фаз для полюсностей р=2(ν=1) и р_ν=νp=7 (ν=7/2) снизу фиг.1 размечены сдвиги по пазам между осями 1Г, 10Г, 19Г, 28Г, ось их симметрии лежит по оси 1Г и относительно нее оси групп имеют углы: для р=2 -1Г→10Г→11,5α_пр=11,5·16°=184°=180°+0,5α_п и 1Г→28Г=180°-0,5α_п, 1Г→19Г→22,5α_пp=360°=0° по которым построена диаграмма фиг.2 (верхняя и нижняя) при угле α_п=8°; для рν=7: 1Г→10Г→11,5α_пр_ν=11,5·56°=644°=7·90°+14°=3·90°+7γ, 1Г→28Г=90°-7γ, 1Г→19Г→22,5·56°=14·90°=2·90°, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на 2р=4 частей (360°/4=90°) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν=7/2, где γ=α_п/d=2°. По коэффициентам K_yνi=sin(ν90°у_пi/τ_п) укорочения катушек (для полюсного деления τ_п=z/2p=11,25) вычисляются ЭДС катушечных групп фазы: для р=2 - E_1г=(1,78009-x0,82904)w_к, E_10г=E_28г=0,8988w_к, E_19г=(1+x)0,8988w_к; для pν=7 - E_1гν=-(1,22669-x0,27564)w_к, E_10гν=E_28гν=-0,69466w_к, E_19гν=-(1+x)0,69466w_к; по фиг.2 определяется обмоточный коэффициент с учетом неравновитковости катушек и встречного включения четных групп путем вычисления проекций ЭДС групп на ось их симметрии (вертикальную):

для pν=7(ν=7/2)-K_oбν=[E_1гν-E_19гν-2E_10гνcos(90°-7γ)]/5=0,0392-x0,1941, откуда по условию К_обν=0 определяется значение x=0,20, при котором из ЭДС(МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая ν=7/2 с pν=7; для p=2(ν=1)-K_oб=[E_1г+E_19г+2E_10гcos(0,5α_п)]/5 = 0,89442+х0,01744, т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν=7/2 имеет относительное значение Fν/F=K_обν/νK_об=0,0392/(7/2)0,8944=0,0125 или 1,25%, а при х=0,20 - Fν/F=0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из ее многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=N=5 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,20 снижается на ≈30%.

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=7/2, является симметричной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной, каждая ее фаза смещена на электрический угол в 40° (так как интервалу в 20 групп соответствует электрический угол сдвига начал фаз 20α_пpq=20·16°5/4=400°-360°=40°). Применение ее в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ПП× 9-фазного тока позволяет втрое снижать фазный ток по сравнению с 3-фазными ПП×, что существенно снижает стоимость вентилей и всего ПП× при упрощении 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=5/4) обмотка электрических машин переменного тока, 2р=4-полюсная двуслойная с числом пазов на полюс и фазу q = 5/4 и группировкой по ряду 2 1 1 1, выполняемая в z = 45 пазах из 18р = 36 катушечных групп с номерами от 1Г до 36Г при концентрических катушках, отличающаяся тем, что при числе фаз m = 9 и фазных зон m’=2m=18 двухкатушечные группы 1Г+4(к) имеют шаги катушек по пазам Y_пi=9 и 7 при числах витков w_к и (1-x)w_к, однокатушечные с шагом катушек Y_п=8 имеют по w_к витков для групп 2Г+4(к), 4Г+4(к) и по (1+х)w_к витков для групп 3Г+4(к), в первой фазе соединены последовательно группы 1Г, 10Г, 19Г, 28Г при встречном включении четных групп относительно нечетных с началом фазы из начала 1Г и ее концом из начала 28Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах 36 групп относительно групп первой фазы, где 2w_к – число витков каждого паза, х=0,20 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m–1=8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3