Трехфазная петлевая двухслойная дробная (q=15/13) обмотка электрических машин

 

Изобретение относится к области электротехники, электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором и синхронных генераторах. Техническая задача изобретения состоит в выполнении трехфазной двухслойной симметричной дробной обмотки при числе пазов на полюс и фазу q=15/13 с улучшенным гармоническим составом МДС и пониженным дифференциальным рассеянием. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная петлевая двухслойная дробная (q=15/13) обмотка электрических машин выполняется 2р=26·с-полюсной в z=90·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=15/13 из 6р=78·с катушечных групп с номерами от 1Г до 78Г(с) при группировке катушек по числовому ряду 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 и их шаге по пазам у_п=4, и в каждой фазе ее четные группы включаются встречно относительно нечетных. Группы от 1Г до 13Г первой из повторяющихся 6·с раз одинаковых группировок имеют числа витков катушек по (1-x)w_к для двухкатушечных групп 1Г и 7Г, по (1+x)w_к для групп 4Г, 10Г, 11Г и по w_к для остальных групп при началах I, II, III фаз из начал групп соответственно 1Г, 27Г, 53Г, где с=1 и 2; 2w_к - число витков полностью заполненного паза при оптимальном значении x=x_опт=0,32. 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=52-полюсная двухслойная обмотка, выполняемая в z=180 пазах при q=15/13 из 6р=156 катушечных групп с шагом катушек по пазам y_п=4 и их группировкой по ряду 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1, повторяемому 4m=12 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=15/13 с пониженным дифференциальным рассеянием [Попов В.И. Оптимизация электромагнитных параметров трехфазных дробных электромашинных обмоток.//Электричество, 1996, №10].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для петлевой 2-слойной трехфазной 2р=26· с-полюсной обмотки, выполняемой в z=90· с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=15/13 из 6р=78· с катушечных групп с номерами от 1Г до 78Г(с) при группировке катушек по ряду 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1, их шаге по пазам у_n=4, и в каждой фазе четные группы включаются встречно относительно нечетных, группы от 1Г до 13Г первой из повторяющихся 6· с раз одинаковых группировок имеют числа витков катушек по (1-x)w_к для групп 1Г и 7Г, по (1+x)w_к для групп 4Г, 10Г, 11 Г и по w_к для остальных катушек групп при началах I, II, III фаз из начал групп соответственно 1Г, 27Г, 53Г, где с=1, 2; 2w_к - число витков полностью заполненного паза при значении x=0,32.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой трехфазной двухслойной петлевой дробной обмотки с q=15/13, шагом катушек y_п=4 и группировкой 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 при с=1: 2р=26 полюсах, z=90 пазах, 78 катушечных группах с разметкой сверху номеров р=13 нечетных групп первой фазы: 1Г+6(к)=1Г, 7Г, 13Г, 19Г, 25Г, 31Г, 37Г, 43Г, 49Г, 55Г, 61Г, 67Г, 73Г, 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, X, Y, Z - к их конечным сторонам для фаз I (А-Х), II (B-Y), III (C-Z); на фиг.2 - диаграммы сдвига осей групп первой фазы (зоны А) для полюсности р=13 (наружная) основной гармонической МДС (v=1), p_v=vp=1 (внутренняя) гармонической v=1/13; на фиг.3, 4 - многоугольники МДС обмотки по 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=15/13 (N=15, d=13) группы от 1Г до 13Г первой из повторяющихся 6 раз одинаковых группировок имеют числа витков катушек: по (1-х)w_к для двухкатушечных групп 1Г и 7Г, по (1+x)w_к для групп 4Г, 10Г, 11Г и по w_к для остальных групп; зачерненные пазы содержат по (2-х)w_к витков при 2w_к витках в остальных пазах и эквивалентном числе полностью заполненных обмоткой пазов z_э=6(N-x)=90-6x при N-x=15-x. При симметричном питании трехфазным синусоидальным током обмотка при d=13 создает вращающуюся МДС с порядками гармонических по ряду v=6k/d±1=6k/13±1 и содержит наиболее сильно выраженную субгармоническую v=-12/13+1=1/13 (при k=-2) с полюсностью p_v=vp=1 при р=13 для v=1 (при k=0), где знаки ± относятся к прямым (+) и обратным (-) гармоническим.

Поставим условие устранения в неравновитковой обмотке гармонической МДС v=l/13 по условию K_oδv=ϕ _v(x)=0 ее обмоточного коэффициента. Зависимость K_oбv=ϕ _v(x)=E_фv/(N-x)w_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° /13 и γ =α _п/2d=2° /13, путем вычисления проекций на вертикальную ось симметрии (43Г) ЭДС групп при коэффициентах укорочения катушек (y_п=4) K_yv=sin(v90° y_n/3q)=0,1392 и распределения двухкатушечных групп K_pv=sin(4° p_v)/2sin(2° p_v) для v=1/13 (p_v=1):

откуда по условию К_обv=0 вычисляется значение х’=0,31, при котором из МДС (ЭДС) обмотки по фиг.1 полностью устраняется субгармоническая v=1/13. Для полюсности р=13 гармонической v=1 по наружной диаграмме фиг.2 при К_у=sin(90° у_п/3q)=0,9703 определяется

По (1)-(2) для равновитковой обмотки (x=0) К_об=0,92675 и К_обv=0,0192, т.е. МДС гармонической v=1/13 имеет относительное амплитудное значение F_v/F=K_oбv/vK_oбv=13· 0,0192/0,92675=0,269 (26,9%) и ее устранение при х’=0,31 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=3 для i=1, 5... 8, 12... 15; R²_i=2²+1++2=7 для i=2, 4, 9, 11; R²_i=3²=9 для i=3, 10 и R²_д=Σ (R²_i)/15=73/15, тогда по (3) при R=zK_oб/pπ =90· 0,92675/13π σ _д%=16,68.

По многоугольнику МДС фиг.4 обмотки по фиг.1 для х=0,5, где числам витков катушек (1+х)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(x)=(R_д/К_об)²/d(x)=0 вычисляется оптимальное значение х=x_опт=0,32, соответствующее минимальной величине σ _д%_мин, при котором: N-x=14,68 и z_э=88,08, K_oб=0,9343, R²_д=66,0624/15, тогда по (3) при R=88,08· 0,9343/13π имеем σ _д%_мин=8,47. Снижение значения σ _д% в 16,68/8,47=1,97 раза характеризует высокую эффективность предлагаемой обмотки из-за устранения из ее МДС гармонической v=1/13, что существенно улучшает энергетические и виброакустические показатели асинхронных машин с такой обмоткой.

Предлагаемая обмотка при с=2 имеет 2р=52 полюса, z=180 пазов, и развертка обмотки фиг.1 повторяется дважды. Равновитковую обмотку при 2р=52, z=180, q=15/13 имеет трехфазный АД типа ВАСВ (Р_2н=200 кВт) для безредукторного привода вентиляторов градирен, и замена ее предлагаемой неравновитковой существенно улучшает все показатели такого АД.

Формула изобретения

Трехфазная петлевая двухслойная дробная (q=15/13) обмотка электрических машин, выполняемая 2р=26·с-полюсной в z=90·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=15/13 из 6р=78·с катушечных групп с номерами от 1Г до 78Г(с) при группировке катушек по числовому ряду 2 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 и их шаге по пазам у_п=4, в каждой фазе которой четные группы включаются встречно относительно нечетных, отличающаяся тем, что группы от 1Г до 13Г первой из повторяющихся 6·с раз одинаковых группировок имеют числа витков катушек по (1-x)w_к для двухкатушечных групп 1Г и 7Г, по (1-x)w_к для групп 4Г, 10Г, 11Г и по w_к для остальных групп при началах I, II, III фаз из начал групп, соответственно, 1Г, 27Г, 53Г, где с=1 и 2; 2w_к - число витков полностью заполненного паза при значении x=0,32.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4