Многофазная дробная (q = 4/7) обмотка электрических машин переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно – к двенадцатифазным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, питаемым от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат состоит в выполнении двухслойной m=12-фазной, m`=12-зонной дробной обмотки при q=4/7 и р=7 в z=12pq=48 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения состоит в следующем. Обмотка выполняется двухслойной петлевой 2р=14-полюсной в z=48 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 из К=48 катушек с номерами от 1К до 48К и шагом по пазам у_п при группировке по ряду 1101010. Катушки 1К+4(к) и 2К+4(к) содержат по (1-х)w_к витков, а катушки 3К+4(к), 4К+4(к) – по (1+x)w_к витков. В первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 8К, 15К, 22К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 22К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 28 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где у_п=2; 2w_к – число витков каждого паза, х=0,12 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 11. 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 из 2pm катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками с дробным числом q=z/2pm=b+c/d=N/d пазов z на полюс р и фазу при группировке катушек в катушечных группах, зависимой от дробной части c/d числа q [1-2]. При знаменателе дробности d≥4 такие обмотки характеризуются повышенным содержанием гармонических МДС, в том числе и дробных порядков, особенно сильно выраженных при q<1 (b=0), что существенно ухудшает показатели электрических машин с такими обмотками; при увеличении числа фаз обмотки гармонический состав ее МДС улучшается.

Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная, m’=6-зонная обмотка при q=b+4/7 и р=7, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 1101010 (для b=0 и c/d=4/7), повторяемому 2m=6 раз [1].

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=12-фазной, m’=12-зонной дробной обмотки при q=4/7 и р=7 в z=12pq=48 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=14-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 с группировкой по ряду 1101010, выполняемой в z=48 пазах m=12-фазной, m’=12-зонной из К=48 катушек с номерами от 1К до 48К при шаге по пазам у_п: катушки 1К+4(к) и 2К+4(к) содержат по (1-x)w_к витков, а катушки 3К+4(к) и 4К+4(к) - по (1+x)w_к витков, в первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 8К, 15К, 22К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 22К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 28 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где y_п=2, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,12 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до m’-1=11.

На фиг.1 показана развертка по пазам пазовых слоев с чередованиями m’=12-фазных зон A-A’-Z-Z’-B-B’-X-X’-C-C’-Y-Y’ предлагаемой 2p=14-пoлюcнoй, m=12-фазной, m’=12-зонной двухслойной дробной обмотки при z=48 пазах и q=z/12p=4/7 (N=4, d=7) с разметкой сверху номеров катушек 1К, 8К, 15К, 22К первой фазы (зоны А) и снизу номеров пазов (от 1 до z=48); на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсностей р=7 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) ν=1 и pν=5 гармонической МДС дробного порядка ν=5/7 (в центре) при углах α_п=360°/z=7,5° и γ=α_п/2d=3,75°/7; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы токов фазных зон A-A’-Z-Z’-B-B’-X-X’-C-C’-Y-Y’.

Обмотка по фиг.1 при 2р=14 полюсах, z=48 пазах, m=2 фазах, m’=12-фазных зонах выполнена двухслойной из К=48 катушек с шагом по пазам у_п=2 и имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=4/7 при N=4, d=7, т.е. по группировке [1] 1101010 из каждых N=4 катушек формируются d=7 катушек. Для формирования обмотки записывается ряд из 12 группировок 1101010, под его числами снизу размечаются фазные зоны в последовательности A-A’-Z-Z’-B-B’-X-X’-C-C’-Y-Y’ и вычеркиваются зоны, соответствующие нулям ряда, после чего нумеруются последовательно пазы под оставшимися числами ряда, в результате чего и получаются чередования фазных зон по пазам фиг.1.

Обмотка при m’=2-фазных зонах и q=4/7(d=7) создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] ν=12k/d±1=1(+), 5/7 (-), 17/7 (-), 19/7 (+), 31/5 (+),..., где ±k - любое целое число, при котором ν>0 (k=0 для основной гармонической ν=+1), знак (+) соответствует гармоническим прямым и (-) обратным. Для определения углов сдвига катушек первой из m’=12 симметричных фаз для полюсностей р=7 (ν=1) и pν=νp=5 (ν=5/7) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 8К, 15К, 22К и ось их симметрии лежит посередине О между катушками 22К и 1К, тогда относительно этой оси катушки сдвинуты на углы: для р=7 - O→1K→13,5α_пp=13,5·52,5°=708,75°-720°=-1,5α_п и O→22K=+1,5α_п, O→8K→20,5·52,5°=1076,25°-1080°=-0,5α_п и O→15К=+0,5α_п, по которым построена диаграмма фиг.2 (верхняя) сдвига катушек при угле α_п=7,5°; для рν=5: O→1К→13,5α_прν=13,5·37,5°=506,25° 7/7=10·360°/7-56,25°/7=10·360°/7-15γ и О→22К=10·360°/7+15γ, О→8К→20,5·37,5°=15·360°/7-5γ и O→15K=15·360°/7+5γ, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=7 частей (360°/7) с учетом встречного вращения гармонической МДС ν=5/7, где γ=α_п/2d=3,75°/7. По фиг.2 определяется коэффициент распределения с учетом неравновитковости катушек путем вычисления проекций ЭДС катушек на ось их симметрии (вертикальную); при коэффициенте K_yν=sin(ν90°у_п/τ_п) укорочения катушек (для шага у_п=2 и полюсного деления τ_п=z/2р=24/7), затем определяется обмоточный коэффициент K_o6ν:

для pν=5 (ν=5/7)-K_oбν=[(1+x)cos(360°/7-5γ)-(1-x)cos(360°/7+15γ)]K_yγ/2=-0,05239+х0,4538 (при К_уν=0,60876), откуда по условию K_o6ν=0 определяется значение х=0,12, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 полностью устраняется гармоническая ν=5/7 с pν=5; для р=7 (ν=1)-К_об=[sin(15°)/sin(15°/4)+2x(cos0,5α_п-cos1,5α_п)]K_у/4=0,784882+х0,006773 (при К_у=0,793353), т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической ν=5/7 имеет относительное значение Fν/F=K_oбν/νK_oб=0,05239/(5/7)0,7849=0,0934 или 934%, a при х=0,12-Fν/F=0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=4 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,12 снижается на ≈60%.

Таким образом, предлагаемая обмотка имеет одинаковое заполнение каждого паза проводом одинакового сечения, характеризуется пониженным дифференциальным рассеянием из-за устранения из МДС (ЭДС) дробной гармонической порядка ν=5/7, является симметричной m=12-фазной, m’=12-зонной и каждая ее фаза образована катушками зон соответственно A, A’, Z, Z’, В, В’, X, X’, С, С’, Y, Y’ со смещением начал фаз на электрический угол 30° (так как 28α_пp=28·7,5°7=1470°-4·360°=30°).

Применение ее в АД с к.з. ротором при питании от ППЧ 12-фазного тока позволяет вчетверо снижать фазный ток по сравнению с 3-фазными ППЧ, что существенно снижает стоимость управляемых вентилей и всего ППЧ при упрощении его 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

Многофазная дробная (q=4/7) обмотка электрических машин переменного тока, выполненная 2р=14-полюсной двухслойной в z=48 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 из К=48 катушек с номерами от 1К до 48К и шагом по пазам у_п при их группировке по ряду 1101010, отличающаяся тем, что при числе фаз m=12 катушки 1К+4(к) и 2К+4(к) содержат по (1-x)w_к витков, а катушки 3К+4(к) и 4К+4(к) - по (1+x)w_к витков, в первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 8К, 15К, 22K с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 22К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 28 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где у_п=2; 2w_к - число витков каждого паза, х=0,12 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 11.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3