Трехфазная несимметричная обмотка для совмещенной электрической машины

 

Изобретение относится к электромашиностроению и может применяться, например , в одномашинных преобразователях частоты асинхронного типа 50/200 Гц. Цель изобретения - упрощение конструкции и изготовления обмотки, а также уменьшение потерь в меди и улучшение электромагнитных параметров. Трехфазная несимметричная обмотка для совмещенной электрической машины с числами пар полюсов полей Р2/Р1 3/1 выполнена в 60 пазах с номерами 1-60 из 6 Р2 18 катушечных групп с номерами 1Г- 18Г, содержит группы с номерами 1+3k, 3+3k, 5+3k соответственно в первой , второй, третьей фазах, соединенных в каждой фазе последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных и с выводами зажимов фаз от начал групп 1Г. ЗГ, 5Г и 16Г, 18Г, 2Г, где к О, 1, 2(2р2-1). Группы с номерами 1+Зк содержат три концентрические катушки с шагами по пазам Уп 10, 8, 6, группы с номерами 2+6к и 6+6k содержат три катушки с шагами по пазам Уп 9, 9, 6, а группы с номерами 3+6k и 5+6k содержат две концентрические катушки с шагами по пазам У 9 и 7, Катушки групп 1Г-6Г содержат соответственно числа витков WR, wk, wk; wk, 2wk, Wkl Wk; Wk, Wk, Wk, Wk,- Wk, Wk,- 2wk, Wk, Wk И ИХ начальные стороны уложены соответственно в пазы с номерами 1, 2, 3; 4, 5, 6; 8, 9; 11, 12, 13; 15, 16; 18, 19, 20. Указанные числа витков и укладка катушек повторяются для групп 7Г-12Г со смещением пазов на 20 номеров, а для групп 13Г-18Г-со смещением пазов на 40 номеров. 6 ил. (Л С Os Ч) ю го о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 К 3/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4758132/07 (22) 09.11.89 (46) 15.11.91. Бюл. М 42 (71) Нижегородский институт инженеров водного транспорта (72) В.И.Попов, С.В.Гурьев и А.B.ÑTàðîäóáцева (53) 621.313.333.2.045.58(088.8) (56) Проектирование эл. машин./Под ред.

И.П.Копылова. — М.: Энергия, 1980.

Попов В.И. Электромашинные совмещенные ПЧ. — М.: Энергия, 1980.

Попов В.И. "Электричество", 1984, М. 11, с.36 — 43.

Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока. — Л.: ГЭИ, 1959. (54) ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ

ОБМОТКА ДЛЯ СОВМЕЩЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электромашиностроению и может применяться, например, в одномашинных преобразователях частоты асинхронного типа 50/200 Гц. Цель изобретения — упрощение конструкции и изготовления обмотки, а также уменьшение потерь в меди и улучшение электромагнитных параметров. Трехфаэная несимметричИзобретение относится к электрическим совмещенным машинам переменного тока с двумя разнополюсными магнитными полями в магнитопроводе и может применяться, например, в одномашинных преобразователях частоты и числа фаз, Цель изобретения — упрощение конструкции и изготовления обмотки путем уменьшения числа катушек в катушечных Ы 1691920 А1 ная обмотка для совмещенной электрической машины с числами пар полюсов полей р2/pi =- 3/1 выполнена в 60 пазах с номерами 1-60 иэ 6 p2-= 18 катушечных групп с номерами 1à — 18Г, содержит группы с номерами 1+3k 3+3k 5+3k соответственно в первой, второй, третьей фазах, соединенных в каждой фазе последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных и с выводами зажимов фаз от начал групп 1Г, ЗГ, 5Г и 16Г, 18Г, 2Г, где k = О, 1, 2,..., (2pz-1). Группы с номерами 1+ЗА содержат три концентрические катушки с шагами по пазам 7П = 10, 8, 6, группы с номерами 2+6k и 6+6k содержат три катушки с шагами по пазам 7n = 9, 9, 6, а группы с номерами 3+6k и 5+6k содержат две кон центрические катушки с шагами по пазам Yi

9 и 7,. Катушки групп 1à — 6Г содержат соответственно числа витков wk, wk, wk; wk, 2wk, wk; wk wk: wk wk. wk; wk, wk 2wk, wk wk и их начальные стороны уложены соответственно в пазы с номерами 1, 2, 3; 4, 5, 6; 8, 9; 11, 12, 13; 15, 16; 18, 19, 20. Указанные числа витков и укладка катушек повторяются для групп 7à — 12Г со смещением пазов на 20 номеров, а для групп 13à — 18à — со смещением пазов на 40 номеров. 6 ил. группах, уменьшение потерь в меди от уравнительных токов путем снижения ЭДС взаимоиндукции от поля с полюсностью р = 1, а также улучшение электромагнитных параметров путем увеличения обмоточного коэффициента и снижения дифференциального рассеяния обмотки.

На фиг.1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки; на фиг,2 и 3—

1691920

2 з

5

6 т

Q

1

1 l

2 г

11

2

11

2

11

11

1

11

z

ici- 1 l

1г

1З

14

18

1т

18

18 го

1Г

Г ппы

Число витков w 94 w г 1э

Номе а пазов 1 2 3

5Г 6Г

WW2WW

15, 16-18, 19 20

55

= 186,72155; В =чередования фазных зон обмоток — предла. гаемой (фиг,2) и известной двухслойной (фиг.3); на фиг.4 — диаграмма ЭДС обмотки фиг.1 для полюсности p2 = 3; на фиг,5 и 6— многоугольники МДС для полюсности рг = 3 обмоток предлагаемой (фиг.5) и известной двухслойной (фиг.б).

Предлагаемая обмотка (фиг.1) выполнена трехфазной с полюсностью рг = 3 в Z = 60 пазах с номерами от 1 до 60; на фиг.2 и 3— из брг = 18 катушечных групп с номерами от

1Г до 18Г. Фазы содержат группы с номера ми 1+ЗА 3+3k 5+3k соответственно в первой, второй, третьй фазах, где k = 0,1,2„..(2рг

- 1 = 5), В каждой фазе группы соединены последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных и выводы зажимов фаэ образованы от начал групп 1Г, 3r, 5Г (зажимы С1, С2, СЗ) и 16Г, 18Г, 2Г, причем фазы можно соединять звездой (фиг.1) или треугольником, Группы с номерами 1+ ЗК = 1Г, 4Г. 7Г, 10Г, 13Г, 16Г содержат три концентрические катушки с шагами по паэам уп = 10, 8, 6; группы с номерами 2 + ák = 2Г, 8Г, 14Г и

6+ 6k =- 6Г, 12Г, 18Г содержат три катушки с шагами по пазам уп;= 9, 9, 6; группы с номерами 3 + 6! = ЗГ, 9Г, 15Г и 5 + ák ==

5Г, 11Г, 17Г содержат две концентрические катушки с вагами по лазам уп = 9 и

7. Для катуш1ек групп 1Г, 2Г, ЗГ, 4Г, 5Г, 6Г числа витков и номера пазов укладки их начальных сторон равны;

Для групп 7Г, 8Г, 9Г, 10Г. 11Г, 12Г укаэанные числа витков и укладка катушек повторяются со смещением пазов на 20 номеров, а для групп 13!Г, 14Г, 15Г, 16Г, 17Г, 18à — со смещением пазов на 40 номеров.

Средний шаг по пазам катушек обмотки по фиг,1 равен Yn.cp. =8, 11, Фазные зоны обмотки обозначены как

А-Х (фаза первая), В-Y (фаза вторая), С-2. (фаза третья) и их чередования показаны на фиг,2, где зоны А, В, С соответствук>т начальным сторонам катушек групп, а зоны Х, Y, Z — их конечным сторонам; штриховкой на фиг.2 отмечены незанятые обмоткой половинки пазов (пазы с номерами 2, 10, 15, 17;

22, 30, 35, 37; 42, 50. 55, 57). На фиг.4 окружность разбита на Z (рг = 60)3=-20 частей, соответствук1щих углу сдвига (e эл. град,) а= 360 рг/Z = 18 пазов для полюсности рг

= 3, где векторы 01, 03, 04, 05 изображают

ЭДС групп 1Г, ЗГ, 4Г, 5Г, а векторы 02, 02, 02" и 06, 06, 06" — ЭДС катушек групп 2Г и

6Г, для групп 7Г-12Г и 13Г-18Г диаграмма

ЭДС (фиг,4) повторяется.

Для определения ЭДС фаэ Оа, A z8XC Y

Ов, Ос (фиг.4) воспользуемся матричным методом. Из фиг,2 для одной повторяющейся части обмотки (z = 20 пазов) структурная матрица обмотки (С) и транспонированные матрицы фаз записываются в виде (принято юк = 1);

1 2 3...9 10 11 12 13Ä19 20 (сфА = (2 1 1 -1 -1 -2 -1 -1 1 1);

6 7 8 9...16 17 18 19 20 (СфВ = (1 2 2 1-1 -1 -2 -1 -1)

3 4 5 6...12 13 14 15 16 (Сф)С = (-1 -2 -2 -1 1 1 2 1 1)

Записывая (-й элемент матрицы единичных пазовых ЭДС в виде ех! = соз(!-1) а+ j sin(i-1) а, где а =- 360"p2/Z =- 18 эл, град, для ЭДС фаэ обмотки фиг.1 (одной повторяющейся части при Z = 20 пазах) получаем: т

Ед - (Сф)д (dz) -2cosO+ cos а+ cos2Q-а- соз8а - cos9 а- 2cos10Q- cos11 асоз12 а+ cos18 а+ соз19а + j(2sln0 4- з!па +

sin2 а- з!п8а - sin 9а-2з!п10а - sin11a

-sin12 a+sin18 а+ з!п19) = 11,040296 + j 0; (EA) = 11,040296 и т/2д =- 0

Аналогичным образом для двух других фаэ: Ее = (Сф)в х (ez) = -5,847282 + ).9.573826;

= Я4тр82 1-95208262 = 11,218236; р Б = arctg(9,573826/5,847282) = 58,5852 ; Ес

= (Сф)с x(ez) = -5,847282 - j.9,573826; 1ЕС) =

11,218236; pc = 58.5852. Обмоточный коэффициент (среднее значение по фазам) равен

Ко5. = (2 11.218236 + 11 040296)/3 = 0.9299

Полученным ЭДС фаз соответствуют векторы Оа, Ое, Ос на фиг.4, где углы сдвига фазных ЭДС Равны: 1/2 Упса= 180

58,5852 = 121,4148 и р „. = 117,1704 (y =

4,4148 ). Линейные ЭДС по фиг.4 равны (по теореме косинусов) Eae = Eca = 19,412584 = а

= Ь и Ebe = 19,147652 = с, для которых определяется коэффициент несимметрии К,ес напряжений обмотки фиг,1 по форм лам (2):

5 = а+ Ь+ с = 57,97282; А =(а + Ь + с )/6

ЗЯ(Я 2a)(S — 2b)(S — 2С) =

186.6905; D = vA+ B = 19.323872; Е

ЧА — В = 0.17621 и К, . = (E/D)100 = 0,912%.

1691920

Коэффициент дифференциального pac: сеяния оа обмотки (фиг.1), характеризующий процентное содержание в кривой ее

МДС высших и низших гармонических, определяется по многоугольнику МДС (фиг.5), построенному по вспомогательной треугольНой сетке, сторона которой принята за

I единицу длины: и - —, Ri = 28,8 — по

2 1 2

Z многоугольнику МДС; R = (18.0,9299/л)2 =

28,386887 (из 2 = 20 пазов обмоткой занято

18 пазов) и од = (Rg /R - 1)100 = 1,455 .

Для известной трехфазной двуслойной обмотки, выполненной в z = 60 пазах с шагом катушек по пазам ул -8, с чередованием катушечных групп по ряду (фиг.3) 43334343, повторяемому дважды, и с многоугольником МДС по фиг.6 электромагнитные пара метры имеют значения: Кж = 0,9053; Кн =

0,390 ; Rg = 33,9; R2 = (60.0,9053/3 л

33,215843 и од= 2,06%

Если рассматривать обмотку фиг.1 в поле с полюсностью p1 = 1 (в совмещенном магнитопроводе с p2/р1 = 3/1), то для этой полюсности нечетные группы первой фазы (группы 1Г, 7Г,.13Г) смещены на углы в 120О, на такие же углы смещены и четные группы (4Г, 10Г, 16Г) и, следовательно, сумма их

ЭДС взаимоиндукции Е1 от поля с p> = 1 равна нулю (ЬЕI = 0); то же самое имеет место и для двух других фаз обмотки. Таким образом, предлагаемая обмотка не имеет взаимоиндуктивной связи с полем полюсности p> = 1, в то время как обмотка по прото- 35 типу (фиг.3) такую связь имеет и для нее

ЛЕ1 р 0 (составляет 7-10 от ЭДС фазы основной полюсности), вследствие чего в . ней протекают уравнительные токи от ЭДС

Е> и возрастают потери в меди.

Таким образом, предлагаемая обмотка (фиг.1) по сравнению с обмоткой по прототипу проще конструктивно и в изготовлении из-за меньшего числа катушек в группах, а также превосходит ее по электромагнитным параметрам: имеет более высокое значение !

К 6 (в 0,9299/0,9053 = 1,027 раза/; меньшее значение од (в 2,06/1,455 = 1,416 раза), вследствие чего уменьшаются потери в стали машины от высших гармонических полей: в ней оТсутствуют взаимаиндуктивные связи с полем полюсности p> = 1 (Е = О), вследствие чего уменьшаются потери в меди от уравнительных токов. Обмотка па фиг.1 уступает обмотке по прототипу лишь по коэффициенту несимметрии Кнес линейных напряжений.

Формула изобретения

Трехфазная несимметричная обмотка для совмещенной электрической машины с числами пар полюсов полей р2/p> = 3/1, выполненная в 60 пазах с номерами 1 — 60 иэ

6p2 = 18 катушечных групп с номерами ат 1Г до 18Г, содержащая группы с номерами 1 +

Зк, 3 + Çk 5 + Çk соответственно в первой, второй, третьей фазах. соединенных в каждой фазе последовательно при встречном включении четных групп относительна нечетных и с выводами зажимов фаз ат начал групп 1Г,ЗГ,5Г и16Г, 18Г,2Г, отл и ча ющ а я с я тем, чта, с целью упрощения конструкции и изготовления, а также уменьшения потерь в меди и улучшения электромагнитных параметров, группы с номерами 1 + Çk содержат три концентрические катушки с шагами по пазам y> = 10, 8, 6, группы с номерами 2 + 6k и 6 + 6k содержат три катушки с шагами па пазам у = 9,9,6, а группы с номерами 3+ 6 k и 5+ 6k содержат две концентрические катушки с шагами па пазам ул =9 и 7, катушки групп 1Г, 2Г, ЗГ, 4Г, 5Г, 6Г содержат соответственно числа витков wk, wk, ®k; ®k, 2 k, wk; wk, wk; вц<, wk, wk, wk, wk; 2wk, wk, wk и их начальные стороны уложены соответственно в пазы с номерами

1, 2, 3; 4, 5, 6; 8,9; 11, 12, 13; 15, 16; 18, 19;

20, причем указанные числа витков и укладка катушек повторяются для групп 7Г, 8Г, 9Г, 10Г, 11Г, 12Г со смещением пазов на 20 номеров, а для групп 13Г; 14Г, 15Г, 16Г, 17Г, 18à — co смещением на 40 номеров, где k =

0,1,2,.... (2р2 — 1), 1691920 гвг >г 2Г эг ФГ хг гг K 8l 9r го

SS

l C

@нг.6 го го r .!

Фиг. 5

Составитель А.Кецарис

Редактор А.Маковская Техред М,Моргентал Корректор М. Шароши

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Чжгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 3933 Тираж Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5