Трехфазная двухслойная дробная (q=4,5) 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=4,5) обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная дробная (q=4,5) обмотка выполняется 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп пятикатушечных нечетных и четырехкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2рс. При этом, согласно изобретению, группы пяти-катушечные имеют шаги катушек у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-х)w_к, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с числами витков w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, где с=1, 2, 3, ... - целое число, z=27c, у_к=1,5q+0,25=7 и 2w_к - число витков каждого паза при значениях 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=b+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/2p, 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=4,5) обмотки путем устранения субгармонической ν=1/2 и понижения дифференциальным рассеянием σ_д.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной дробной (q=4,5) обмотки, выполняемой 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп пятикатушечных нечетных и четырехкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2рс: пятикатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=11,9, 7, 5, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с числами витков w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, где c=1, 2, 3, ... целое число, z=27с, у_к=1,5q+0,25=7 и 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2p=4 (с=1), q=2,5, z=27 пазах с номерами 1...27, 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 2р=4с=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 звезду (Y) или в треугольник (Δ).

Для обмотка по фиг.1 при q=4,5 коэффициенты укорочения катушек К_уi=sin(90°у_пi/τ_п) определяются при полюсном делении τ_п=z/2p=27/4=6,75, 2w_к=2 витках паза: К_уi=(1-х)0,54951 (у_пi=11), 0,866025 (у_пi=9), (1+х)0,9983082 (у_пi=7), 0,918216 (у_пi=5), (1-х)0,642788 (у_пi=3); 0,727374 (у'_пi=10), 0,957990 (У'_пi=8), (1+х)0,984808 (у'_пi=6), 0,802123 (у'_пi=4), тогда обмоточный коэффициент К_об и шаг у_п.ср равны:

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 по соотношениям

при и

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 R² _j и

а по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное значение х_опт=0,54, соответствующее минимальной величине σ_д%мин: при х_опт=0,54 по (1) и (3) - К_об=0,87491, R² _д=129,774/9, R_o=27·0,87491/2π, σ_д%мин=2,0, а при х=0 - σ_д%=5,46, т.е. значение σ_д% при х_опт=0,54 значительно снижается (в 5,46/2,0=2,73 раза) из-за устранения субгармонической ν=1/2; с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,87491/0,82746)(5,46/2,0)=2,89.

Обмотке при m'=3, 2р=4, z=27, q=9/2 и d=2 (фиг.1) соответствует m'=6-зонная обмотка при вдвое меньшем числе q=9/4 и d=4, которая при у_п=5 и равновитковых катушках имеет K_об=0,8773, R² _д=132/9 и σ_д%=3,2, т.е. предлагаемая m'=3-зонная обмотка по фиг.1 при х_опт=0,54 превосходит m'=6-зонную по дифференциальному рассеянию в 3,2/2,0=1,6 раза.

Таким образом, предлагаемая симметричная m'=3-зонная дробная (q=4,5) обмотка характеризуется значительным (в 2,73 раза) снижением σ_д% и повышением К_об, что увеличивает в К_эф=2,9 раза ее эффективность по сравнению с равновитковой обмоткой; она проще m'=6-зонной обмотки в технологичности и изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Трехфазная двухслойная дробная (q=4,5) обмотка электрических машин, выполняемая 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп, пятикатушечных нечетных и четырехкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2рс, отличающаяся тем, что группы пятикатушечные имеют шаги катушек у_ni=11, 9, 7, 5, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а четырехкатушечные - у'_ni=10, 8, 6, 4 с числами витков w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, где с=1, 2, 3, ... - целое число, z=27c, у_к=1,5q+0,25=7 и 2w_к - число витков каждого паза при значениях х=0,54.