Трехфазная петлевая двухслойная дробная (q=15/7) обмотка электрических машин

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромашиностроении, в частности в трехфазных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором и в синхронных генераторах. В изобретении ставится техническая задача выполнения трехфазной двухслойной симметричной дробной обмотки при числе пазов на полюс и фаз q=15/7, с улучшенным гармоническим составом МДС и пониженным дифференциальным рассеянием. Сущность изобретения состоит в следующем. Трехфазная петлевая двухслойная дробная (q=15/7) обмотка электрических машин выполняется 2р=14·с - полюсной в z=90·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=15/7 из 6р=42·с катушечных групп с номерами от 1Г до 42Г(с) при группировке катушек по числовому ряду 3 2 2 2 2 2 2 и в каждой фазе ее четные группы включаются встречно относительно нечетных. При концентрических катушках с шагами по пазам y_ni=9, 7, 5 групп трехкатушечных, y’_ni=8,6 двухкатушечных, группы от 1Г до 7Г первой из повторяющихся 6·с раз одинаковых группировок имеют числа витков по (1-x)W_к для катушек с y_ni=9 и 5 группы 1Г, по (1+x)W_к для катушек с y’_ni=8 групп 4Г, 5Г и по w_к для остальных катушек групп при началах I, II, III фаз из начал групп соответственно 1Г, 15Г, 29Г, где с=1, 2; 2w_к - число витков каждого паза при оптимальном значении x=0,29. 4 ил.

Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока и может использоваться на статоре трехфазных асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором и синхронных генераторов.

Известны петлевые симметричные 2р-полюсные m=3-фазные, m’=2m=6-зонные двухслойные обмотки переменного тока, выполняемые в z пазах из 6р катушечных групп с дробным числом q=z/6p=N/d пазов на полюс и фазу при отношениях 2p/d целых и d/m - нецелых с группировкой катушек в группах по известному числовому ряду [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/ Пер. с англ. М. - Л.: ГЭИ, 1959, с.224 (прототип)].

Наиболее близкой к предлагаемой является m=3-фазная, m’=2m=6-зонная 2р=14-полюсная двухслойная обмотка, выполняемая в z=90 пазах при q=15/7 из 6р=42 катушечных групп с шагом катушек по пазам y_п=6 и их группировкой по ряду 3 2 2 2 2 2 2, повторяемому 2m=6 раз, со встречным включением в каждой фазе четных групп относительно нечетных [Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов. Л.: Энергия, 1978]. В изобретении ставится задача выполнения трехфазной двухслойной симметричной дробной обмотки при q=15/7 с пониженным дифференциальным рассеянием [Попов В.И. Оптимизация электромагнитных параметров трехфазных дробных электромашинных обмоток// Элекричество, 1996, №10].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для петлевой 2-слойной трехфазной 2р=14·с-полюсной обмотки, выполняемой в z=90·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=15/7 из 6р=42·с катушечных групп с номерами от 1 Г до 42Г(с) при группировке катушек по ряду 3 2 2 2 2 2 2 и в каждой фазе четные группы включаются встречно относительно нечетных: при концентрических катушках с шагами по пазам у_пi=9, 7, 5 групп трехкатушечных и у’_пi=8,6 двухкатушечных группы 1Г...7Г первой из повторяющихся 6·с раз одинаковых группировок имеют числа витков по (1-x)w_к катушек с у_ni=9 и 5 группы 1Г, по (1+x)w_к катушек с у’_ni=8 групп 4Г, 5Г и по w_к для остальных катушек групп при началах I, II, III фаз из начал групп соответственно 1Г, 15Г, 29Г, где с=1, 2; 2w_к - число витков каждого паза при x=0,29.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой трехфазной двухслойной петлевой дробной обмотки с q=15/7 и группировке 3 2 2 2 2 2 2 при с=1 (2р=14 полюсах, z=90 пазах) с разметкой сверху номеров р=7 нечетных групп первой фазы: 1Г+6(к)=1Г, 7Г, 13Г, 19Г, 25, 31, 37, а снизу - номеров пазов от 1 до z=90, где фазные зоны чередуются в последовательности A-Z-B-X-C-Y, зоны А, В, С относятся к начальным сторонам групп и X, Y, Z - к их конечным сторонам для фаз I (А-Х), II (B-Y), III (C-Z); на фиг.2 - диаграммы сдвига осей для групп первой фазы (зоны А) полюсности р=7 (наружная) основной v=1 гармонической МДС, p_v=vp=1 (внутренняя) гармонической v=1/7; на фиг.3, 4 - многоугольники МДС обмотки фиг.1 для катушек равно- (фиг.3) и неравновитковых (фиг.4, x=0,5) с векторами токов фазных зон (в центре) при угле их сдвига α_фз=60°.

В обмотке по фиг.1 при q=N/d=15/7 (N=15, d=7) катушки выполнены концентрическими с шагами по пазам у_ni=9, 7, 5 групп трехкатушечных и у’_ni=8, 6 двухкатушечных. Группы от 1Г до 7Г первой из повторяющихся 6 раз одинаковых группировок имеют числа витков: по (1-x)w_к для катушек наружной и внутренней трехкатушечной группы 1Г, по (1+x)w_к для наружной катушки групп 4Г, 5Г и по w_к для остальных катушек групп при 2w_к витках в каждом пазу. При симметричном питании трехфазным синусоидальным током обмотка при d=7 создает вращающуюся МДС с порядками гармонических по ряду v=6k/d±1=6k/7±1 и содержит наиболее сильно выраженную субгармоническую v=-6/7+1=1/7 (при k=-1) с полюсностью p_v=vp=1 при р=7 для v=1 (при k=0), где знаки ± относятся к прямым (+) и обратным (-) гармоническим. Поставим условие устранения в неравновитковой обмотке гармонической МДС v=1/7 по условию К_oбv=ϕ_v(х)=0 ее обмоточного коэффициента. Зависимость К_обv=ϕ_v(x)=Е_фv/Nw_к определяется по диаграмме сдвигов осей групп фазы фиг.2 (внутренней), построенной по их сдвигам на фиг.1 (снизу) при углах α_п=360°/z=4°, α_г=360°/7 и γ=α_п/2d=2°/7, путем вычисления проекций на вертикальную ось симметрии 1Г ЭДС групп при коэффициентах укорочения К_уiv=sin(v90°у_пi/3q) концентрических равновитковых катушек для v=1/7 (p_v=1): К_уiv=0,30902 (у_ni=9), 0,24192 (у_ni=7), 0,17365 (у_ni=5) и ΣК_уiv=0,72459; К’_уiv=0,27564 (у’_ni=8), 0,20791 (у’_ni=6) и ΣK’_уiv=0,48355, тогда

откуда по условию K_oбv=0 вычисляется значение х’=0,28, при котором из МДС (ЭДС) обмотки по фиг.1 полностью устраняется субгармоническая v=1/7. Для полюсности р=7 гармонической v=1 по наружной диаграмме фиг.2

По (1)-(2) для равновитковой обмотки (х=0)-К_об=0,94583 и

К_обv=0,0184, т.е. МДС гармонической v=1/7 имеет относительное амплитудное значение F_v/F=K_oбv/vK_oбv=7·0,0184/0,94583=0,136 (13,6%) и ее устранение при х’=0,28 значительно снижает коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, определяемый из многоугольника МДС

для i=1...N пазовых точек одной повторяющейся части многоугольника. По фиг.3 из многоугольника МДС обмотки по фиг.1 при х=0, построенного по треугольной сетке со стороной сетки в единицу длины, квадраты R²_i радиусов равны: R²_i=3²+1²+3=13 - для i=1, 2, 8...15; R²_i=4²+1+4=21 - для i=3, 7; R²_i=3²+2²+6=19 - для i=4, 6 и R²_д=Σ(R²_i)/15=235/15, тогда по (3) при R=zК_об/рπ=90·0,94583/7π - σ_д%=4,56.

По многоугольнику МДС фиг.4 обмотки по фиг.1 для х=0,5, где числам витков катушек (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к соответствуют 3,0; 2,0; 1,0 сторон сетки определяется

тогда по (2)-(4) из уравнения d(σ_д)/d(х)=d(R_д/К_об)²/d(x)=0 вычисляется оптимальное значение x=x_опт=0,29, соответствующее минимальной величине σ_д%мин, при котором: K_oб=0,94785, R²_д=231,4214/15, тогда по (3) при R=90·0,94785/7π имеем σ_д%мнн=2,53. Снижение значения σ_д% в 4,56/2,53=1,80 раза характеризует высокую эффективность предлагаемой обмотки из-за устранения из ее МДС субгармонической v=1/7, что существенно улучшает энергетические и виброакустические показатели асинхронных машин с такой обмоткой.

Предлагаемая обмотка при с=2 имеет 2р=28 полюсов, z=180 пазов и развертка обмотки фиг.1 повторяется дважды.

Формула изобретения

Трехфазная петлевая двухслойная дробная (q=15/7) обмотка электрических машин, выполняемая 2р=14·с - полюсной в z=90·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=15/7 из 6р=42·с катушечных групп с номерами от 1Г до 42Г(с) при группировке катушек по числовому ряду 3 2 2 2 2 2 2, в каждой фазе которой четные группы включаются встречно относительно нечетных, отличающаяся тем, что при концентрических катушках с шагами по пазам y_ni=9, 7, 5 групп трехкатушечных, у'_ni=8, 6 двухкатушечных, группы от 1Г до 7Г первой из повторяющихся 6·с раз одинаковых группировок имеют числа витков по (1-х)w_к для катушек с y_ni=9 и 5 группы 1Г, по (1+x)w_k для катушек с у'_ni=8 групп 4Г, 5Г и по w_к для остальных катушек групп при началах I, II, III фаз из начал групп соответственно 1Г, 15Г, 29Г, где с=1, 2; 2w_к - число витков каждого паза при оптимальном значении x=0,29.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4