Трехфазная двухслойная дробная (q=3,5) обмотка электрических машин

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в улучшении состава гармонических МДС и понижении дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной дробной (q=3,5) обмотки. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная двухслойная дробная (q=3,5) обмотка выполняется 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп с четырех-катушечных нечетных и трех-катушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2рс. При этом согласно данному изобретению группы четырехкатушечные имеют шаги катушек у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а трех-катушечные - у'_пi=7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к, где с=1, 2, 3,... - целое число, z=21c, у_к=1,5q-0,25=5 и 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54. 3 ил.

 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин, на фазном роторе асинхронных двигателей.

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из m'p катушечных групп при числе пазов на полюс и фазу q=z/m'p целом или дробном, где m' - число фазных зон на пару полюсов, равное m'=m=3 (трехзонные обмотки) или m'=2m=6 (шестизонные обмотки) [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. При дробном числе q=N/d=в+0,5 (d=2, b=1, 2, 3,...) они имеют неодинаковые чередующиеся катушечные группы: большие (b+1)-катушечные и малые b-катушечные с катушками равношаговыми или концентрическими при их среднем шаге по пазам у_п≈z/2р, а гармонический состав их МДС по ряду ν=m'k/d±1 [там же, с.450] особенно неблагоприятен при m'=3-зонах (ν=3k/2±1) из-за наличия субгармонической ν=1/2 при значительном возрастании дифференциального рассеяния σ_д и поэтому m'=3-зонные дробные (q=b+0,5) обмотки практически не применяются.

В изобретении ставится задача улучшения состава МДС симметричной m'=3-зонной дробной (q=3,5) обмотки путем устранения субгармонической ν=1/2 и понижения дифференциальным рассеянием σ_д.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-х слойной дробной (q=3,5) обмотки, выполняемой 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп четырехкатушечных нечетных и трехкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2pc, четырехкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-x)w_к, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к, где c=1, 2, 3, ... целое число, z=21с, у_к=1,5q-0,25=5 и 2w_к - число витков каждого паза при х=0,54.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=4 (с=1), q=2,5, z=21 пазах с номерами 1...21, 6с=6 катушечных группах с номерами 1Г...6Г (размечены группы 1Г, 4Г первой фазы), чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего и X, Y, Z нижнего слоев; на фиг.2, 3 построены (по треугольной сетке) многоугольники МДС при катушках равно- (фиг.2), неравновитковых (фиг.3) для х=0,5. При с=2, 3,... обмотка имеет 2p=4c=8, 12,... и развертка фиг.1 повторяются 2, 3, раза.

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка соединяется в фазах обычным образом при последовательно-согласном включении групп фазы: 1Г, 4Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 3Г, 6Г с началом из 3Г в фазе II; 5Г, 2Г с началом из 5Г в фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или в Δ.

Для обмотки по фиг.1 при q=3,5 коэффициенты укорочения катушек K_уi=sin(90°у_пi/τ_п) определяются при полюсном делении τ_п=z/2p=21/4=5,25, 2w_к=2 витках паза: К_уi=(1-х)0,680173 (у_пi=8), (1+х)0,974928 (у_пi=6), 0,930874 (у_пi=4), (1-х)0,563320 (у_пi=2); 0,866025 (у_пi=7), (1+х)0,9997204 (у'_пi=5) и 0,781832 (у'_пi=3), тогда обмоточный коэффициент К_об и шаг у_п.ср равны:

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 по соотношениям

определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...2q пазовых точек относительно центра многоугольника и R_o - радиус окружности для основной гармонической МДС [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55].

По (1)-(2) из многоугольников МДС фиг.2, 3 при стороне сетки в единицу длины (в центре многоугольников показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) по теореме косинусов определяются:

при х-0 (фиг.2): R² _j=2² - для точки j=1, R² _j=2²+1+2=7 - для j=2, 3, 6, 7, R² _j=3²+1+3=13 - для j=4, 5 и R² _д=∑(R² _j)/7=58/7, R_o=21·0,82777/2π и σ_д%=8,25; при х=0,5 (фиг.3): R² _j=3²=9=(2+2x)²=4+8x+4x² - для j=1, R² _j=2²+1,5²+3=9,25=2²+(1+x)²+2(1+x)=7+4x+x² - для j=2, 7, R² _j=2,5²+0,5²+1,25=7,75=(2+x)²+(1-x)²+(1-x)(2+x)=7+x+x² - для j=3, 6, R² _j=2,5²+1+2,5=9,75=13-7x+x² - для j=4, 5 и

а по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное значение х_опт=0,54, соответствующее минимальной величине σ_д%мин: при x_опт=0,54 по (1) и (3) - К_об=0,8840, R² _д=63,076/7, R_o=21·0,8840/2π и значение σ_д%мин=3,23 значительно снижается (в 8,25/3,23=2,55 раза) из-за устранения субгармонической ν=1/2; с учетом повышения обмоточного коэффициента ее эффективность равна K_эф=(0,8840/0,82777)(8,25/3,23)=2,75 при у_п.ср=5,077.

Обмотке при m'=3, 2р=4, z=21, q=7/2 и d=2 (фиг.1) соответствует m'=6 - зонная обмотка при вдвое меньшем числе q=7/4 и d=4, которая при у_п=4 и равновитковых катушках имеет K_об=0,8898, R² _д=65/7 и σ_д%=5,0, т.е. предлагаемая m'=3-зонная обмотка по фиг.1 при x_опт=0,54 превосходит m'=6-зонную по дифференциальному рассеянию в 5,0/3,23=1,55 раза.

Таким образом, предлагаемая симметричная m'=3-зонная дробная (q=3,5) обмотка характеризуются значительным (в 2,55 раза) снижением σ_д% и повышением К_об, что увеличивает в К_эф=2,7 раза ее эффективность по сравнению с равновитковой обмоткой; она проще m'=6-зонной обмотки в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Трехфазная двухслойная дробная (q=3,5) обмотка электрических машин, выполняемая 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп, четырехкатушечных нечетных и трехкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2pc, отличающаяся тем, что группы четырехкатушечные имеют шаги катушек у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к, где с=1, 2, 3,... - целое число, z=21с, у_к=1,5q-0,25=5 и 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54.