Девятифазная дробная (q=4/7) обмотка электрических машин переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к двенадцатифазным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, питаемым от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат состоит в выполнении двухслойной m=9-фазной, m`=18-зонной дробной обмотки при q=4/7 и р=7 в z=18pq=72 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения состоит в следующем. Обмотка выполняется двухслойной петлевой 2р=14-полюсной с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 и группировкой по ряду 1101010 в z=72 пазах из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шаге по пазам у<sub>п</sub>. При числе фаз m=9, фазных зон m`=2m=18 катушки 1К+4(к) и 2К+4(к) содержат по (1-х)w_к витков, а катушки 3К+4(к), 4К+4(к) – по (1+x)w_к витков. В первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 22К, -27К, 32К, -37К, -59К, 63К, -68К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 68К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 32 номеров в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6,2w_к – число витков каждого паза, х=0,08 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=Nd 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=14-полюсная обмотка при q=4/7, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 1101010 [1] для c/d=4/7и b=0.

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной дробной обмотки при q=4/7 и р=7 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=14-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 и группировкой по ряду 1101010, 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 2К+4(к) содержат по (1-x)w_к витков, а катушки 3К+4(к) и 4К+4(к) - по (1+х)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 22К, -27К, 32К, -37К, -58К, 63К, -68К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 68К, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 32 номера в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где y_п=6, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,08 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, a 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=14-полюсной, m=9-фазной, m’=2m=18-зонной двухслойной дробной обмотки при z=72 пазах, К=72 катушках и q=z/18р=4/7 (N=4, d=7) с разметкой сверху номеров катушек 1К, 22К, 27К, 32К, 37К, 58К, 63К, 68К первой фазы (зоны А и X) и снизу номеров пазов (от 1 до z=72); на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсности р=7 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) ν=1 и полюсности pν=νp=11 дробной гармонической МДС ν=11/7 (в центре) при углах α_п=360°/z=5° и γ=α_п/2d=2,5°/7; 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 зона A-А’-A’’-Z-Z’-Z’’-В-B’-В’’-Х-Х’-Х’’-С-С’-C’’-Y-Y’-Y’’.

Обмотка по фиг.1 при 2р=14 полюсах, z=72 пазах, m=9 фазах, m’=2m=18 фазных зонах выполнена двухслойной из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам y_п=6, имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=4/7 при N=4 и d=7, т.е. по группировке [1] 1101010 из каждых N=4 катушек формируются d=7 групп. Для этого составляется ряд из 2m=18 группировок 1101010, под ним размечаются фазные зоны в последовательности A-A’-A’’-Z-Z’-Z’’-B-В’-В’’-Х-Х’-Х’’-С-С’-С’’-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=7 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν=18k/d±1=18k/7±1=1 (+), 11/7 (-), 25/7 (+),..., 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 p=7(ν=1) и pν=νp=11 (ν=11/7) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 22К, 32К, 63К зон А, ось их симметрии О лежит посередине между 1К, 22К и относительно нее углы сдвига равны: для р=7-О→22К-10,5α_пр=10,5·35°=360°+7,5°=+1,5α_п и O→1K=-1,5α_n, O→32K→20,5α_пp=720°-2,5°=-0,5·α_п и O→63К=+0,5α_п, по которым построена верхняя диаграмма фиг.2 при угле α_п=5° (катушки зон Х - 37К, 58К, 68К, 27К смещены на 180° относительно катушек зон А); для pν=11: O→22К→10,5α_пpν=11·360°/7+82,5°/7=4·360°/7+33γ, O→1К=3·360°/7-33γ; O-32К→22·360°/7-27,5°/7=360°/7-11γ, O→63К=6·360°/7+11γ, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=7 частей (360°/7) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν=11/7, где γ=α_п/2d=2,5°/7. По коэффициентам укорочения K_yν=sin(ν90°y_п/τ_п) катушек (для полюсного деления τ_п=z/2p=36/7) и фиг.2 вычисляются проекции ЭДС катушек на вертикальную ось симметрии и определяются обмоточные коэффициенты с учетом неравновитковости катушек: для рν=11 (ν=11/7)-K_oбν=([1+x)cos(360°/7-11γ)-(1-х)cos(180°/7+33γ)]K_yν/2=-0,01524+х0,1901 (при K_yν=0,2588), откуда по условию К_обν=0 определяется значение х=0,08, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая ν=11/7 с pν11;

для р=7 (ν=1)-K_oб=[sin(10°)/sin(2,5°)+2xcos(0,5α_п)-2хcos(1,5α_п)]K_у/4=0,961335+х0,00367 (при K_y=0,96593), т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν=11/7 имеет относительное значение Fν/F=K_обν/νK_об=0,0152(11/7)0,9613=0,0101 или 1,01%, а при х=0,08 - 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=0,08 снижается на ≈40%.

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=11/7, является симметричной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной, каждая ее фаза смещена на электрический угол в 40° (так как интервалу в 32 катушки соответствует электрический угол сдвига начал фаз 32α_пp=32·35°=1120°-1080°=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=4/7) обмотка электрических машин переменного тока, 2р=14-полюсная, двухслойная с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 и группировкой по ряду 1 1 0 1 0 1 0, 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 2К+4(к) содержат по (1-x)w_к витков, а катушки 3К+4(к) и 4К+4(к) – по (1+x)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 22К, –27К, 32К, –37К, –59К, 63К, –68K с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 68К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 32 номера в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к – число витков каждого паза, х=0,08 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