Девятифазная дробная (q=3/4) обмотка электрических машин переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к девятифазным 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 2р=8-полюсной обмотки в z=18pq=54 пазах и числе q =3/4 пазов на полюс и фазу при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения состоит в следующем. Обмотка выполняется двухслойной 2р = 8-полюсной с числом пазов на полюс и фазу q = 3/4 и группировкой по ряду 1 1 1 0 в z=54 пазах из К = 54 катушек с номерами от 1 К до 54К и шаге по пазам у_п. При числе фаз m=9, фазных зон m’=2m=18 катушки 1К+3(к) и 3К+3(к) содержат по w_к витков, а катушки 2К+3(к) - по (1-х)w_к витков. В первой фазе соединены последовательно катушки 1К, -8К, 15К, 28К, -35К, 42К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 42К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 15 номеров в пределах К=54 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п, 2w_к - число витков полностью заполненного паза, х=0,21 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 c pавношаговыми 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 c/d числа q [1-2]. При d>4 обмотки характеризуются повышенным содержанием гармонических МДС при существенном ухудшении показателей электрических машин с такими обмотками; увеличение числа фаз т, фазных зон m’ улучшает гармонический состав МДС обмотки.

Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная, m’=6-зонная, 2р-полюсная обмотка при q=3/4, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 1110 из [1] для c/d=3/4 и b=0 при числе полюсов 2р, кратном d=4.

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной дробной обмотки при q=3/4 и р=4 в z=18pq=54 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=8-полюсной обмотки с числом q=3/4 пазов на полюс и фазу при группировке по ряду 1110, выполняемой в z=54 пазах m=9-фазной, m’=18-зонной из К=54 катушек с номерами от 1 К до 54К и шагом по пазам у_п: катушки 1К+3(к) и 3К+3(к) содержат по w_к витков, а катушки 2К+3(к) по (1-х)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, -8К, 15К, 28К, -35К, 42К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 42К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 15 номеров в пределах К=54 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=5,2w_к - число витков полностью заполненного паза, х=0,21 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.

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=8-полюсной, m=9-фазной. m’=2m=18-зонной двухслойной дробной обмотки при z=54 пазах, К=54 катушках и q=z/18р=3/4 (N=3, d=4) с разметкой сверху номеров катушек 1К, 8К, 15К, 28К, 35К, 42К первой фазы (зоны А и X) и снизу номеров пазов (от 1 до z=54), где зачерненные пазы содержат по (2-x)w_к витков, а все остальные полностью заполненные пазы - по 2w_к витков; на фиг.2 диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсности р=4 (сверху и снизу) гармонической МДС (ЭДС) ν=l и полюсности pν=νp=14 дробной гармонической МДС ν=7/2 (в центре) при углах α_п=360°/z=20°/3 и γ=α_п/d=5°/3; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы симметричной m’-фазной системы токов фазных зон A-A’-A’’-Z-Z’-Z’’-B-B’-B’’-X-X’-X’’-C-C’-C’’-Y-Y’-Y’’ при угле их сдвига α_ф=360°/18=20°.

Обмотка по фиг.1 при 2р=8 полюсах, z=54 пазах, m=9 фазах, m’= =2m=18 фазных зонах выполнена двухслойной из К=54 катушек с номерами от 1 К до 54К и шагом по пазам у_п=5, имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=3/4 (N=3, d=4), т.е. по группировке [1] 1110 из каждых N=3 катушек формируются d=4 группы. Для этого составляется ряд из 2m=18 группировок 1110, под ним размечаются фазные зоны в последовательности A-A’-A″-Z-Z’-Z″-B-B’-B″-X-X’-X″-C-C’-C″-Y-Y’-Y″ и вычеркиваются зоны под нулевыми числами ряда, затем под оставшимися числами размечаются последовательно числа пазов и получается развертка по фиг.1. Обмотка при m’= 18 фазных зонах и d=4 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν=18k/d±l=9k/2±l=l(+), 7/2(-), 11/2 (+), ..., где ±k - любое целое число, при котором ν>0 (k=0 для основной гармонической ν=l), знак (+) соответствует гармоническим прямым и (-) обратным.

Для определения углов сдвига катушек первой из m=9 симметричных фаз для полюсностей р=А (ν=l) и pν=νp=14 (ν=7/2) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками первой фазы, ось их симметрии лежит в 8К и относительно нее углы сдвига равны: для р=4 8К→15К и 8К→42К→7α_пр=7·80°/3=3·180°+20°/3=180°+α_п, 8К→1К и 8К→28К→180°-α_п, по которым построена диаграмма (верхняя и нижняя) фиг.2 при угле α_п=20°/3; для рν=14-8К→1К и 8К→42К→ 7α_пpν=1960°/3=21·90°+70°/3=3·90°+14γ, 8К→1К и 8К→28К→90°-14γ, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на p=4 части (360°/4=90°) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν=7/2, где γ=α_п/d=5°/3.

По коэффициентам укорочения K_yν=sin(ν90°y_п/τ_п) катушек (для полюсного деления τ_п=z/2p=6,75), фиг.2 вычисляются проекции ЭДС катушек на вертикальную ось симметрии и определяются обмоточные коэффициенты с учетом встречного включения катушек зон X:

для рν=14 (ν=7/2)-К_обν=[(1-х)-2соs(90°-14γ)]К_уν/(3-х)=(0,16671-х·0,8021)(3-х) при К_уν=0,80212, откуда по условию К_обν=0 определяется значение х=0,21, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая v=7/2 с полюсностью ν=14;

для р=4 (ν=l) - К_об=[sin10°/sin(10°/3)-x]K_у/(3-x)=(2,74223-х·0,91216)/(3-х) при К_у=0,918216, т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν=7/2 имеет относительное значение Fν/F=К_обν/νК_об=0,05557/(3,5)0,91408=1,74%, а при х=0,21-Fν/F=0.

Пазовые точки многоугольника МДС на фиг.3 построены по направлениям токов фазных зон в пазах (фиг.1). Для точек i=1, 2, 3 одной повторяющейся части обмотки при МДС одного слоя паза в единицу длины для х=0 по теоремам синусов и косинусов определяются: отрезки (1-2)=(3-4)=2sin70°, (2-3)=2sin60°=, ab=l+2sin70°, радиус точки i = 1 относительно центра О - R_i=1=absin60°/sin40°, квадраты радиусов точек i=2,3 - R²_i=2=R²_i=3=R²_i=1+(2sin70°)²-2R_i=l(2sin70°)cos80°, по [2-3]: R²_д=Σ(R²_i)/3=15,74629651, R=zK_oб/pπ и σ_д%=[(R_д/R)²-1]100=2,06 при х=0, где R - радиус окружности для основной гармонической МДС и σ_д - коэффициент дифференциального рассеяния; при х=0,21 значение σ_д снижается на ≈20 %.

Таким образом, предлагаемая обмотка характеризуется пониженным коэффициентом σ_д из-за устранения из ее МДС дробной гармонической порядка ν=7/2, является симметричной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной, каждая ее фаза смещена на электрический угол в 40° при сдвиге начал фаз на 15α_пр=15·80°/3=400°-360°=40°. Применение ее в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ППЧ 9-фазного тока позволяет втрое снижать фазный ток в сравнении с 3-фазными ППЧ, что снижает стоимость управляемых вентилей 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=3/4) обмотка электрических машин переменного тока, 2р=8-полюсная, двухслойная с числом пазов на полюс и фазу q=3/4 и группировкой по ряду 1110, выполняемая в z=54 пазах из К=54 катушек с номерами от 1К до 54К и шагом по пазам у_п, отличающаяся тем, что при числе фаз m=9 и фазных зон m’=2m=18 катушки 1К+3(к) и 3К+3(к) содержат по w_к витков, а катушки 2К+3(к) - по (1-x)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, -8К, 15К, 28К, -35К, 42К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 42К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 15 номеров в пределах К=54 катушек относительно катушек первой фазы, где y_п=5; 2w_к - число витков полностью заполненного паза, х=0,21 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