Трехфазная двухслойная дробная (q=3,5) полюсопереключаемая в отношении 2p1/2p2=2/1 обмотка

Трехфазная двухслойная дробная (q=3,5) полюсопереключаемая в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотка с соединением фаз по схеме Y/YY или Δ/YY выполняется в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам y_пi≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой и с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе. При 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6, 16/8 концентрические группы нечетные четырехкатушечные имеют шаги катушек y_пi=8-2(i-1) с числом витков (1-x)w_к катушек с i=1, 4 и (1+х)w_к катушки с i=2, а четные трехкатушечные - у'_пi=7-2(i-1) с числом витков (1+x)w_к катушки с i=2 при w_к витках остальных катушек групп, где z=21 для 2p₁/2p₂=4/2, z=42 для 2p₁/2p₂=8/4, z=63 для 2p₁/2p₂=12/6, z=84 для 2p₁/2p₂=16/8, i=1...4 - номер катушки в группе, начиная с наружной, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,53. Такое выполнение обмотки обеспечивает выравнивание ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=3-фазной двухслойной дробной обмотки при q=3,5, что позволяет выполнять ее в качестве полюсопереключаемой обмотки с числами полюсов 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6, 16/8. 3 ил.

 

Изобретение относится к трехфазным полюсопереключаемым в отношении 2:1 обмоткам (ППО) электрических машин переменного тока и может использоваться на статоре трехфазных двух- и многоскоростных асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором.

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные ППО с числами полюсов в отношении 2p₁/2p₂=2/1 со схемами соединения фаз Y/YY или Δ/YY, выполняемые в z пазах из N_кг=6p₂ катушечных групп с q=z/6p₂ катушками в каждой при их шаге по пазам y_п≈z/2p₁ и разделении каждой фазы на две одинаковые части с нечетными группами в одной и четными в другой с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе, где q - целое число [Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1970, с.450-451]. При дробном числе q=z/6p₂=b+0,5(b=1, 2, 3,...) m=3-фазные обмотки имеют неодинаковые чередующиеся большие (b+1)-катушечные и малые b-катушечные группы [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.409-411], что не позволяет выполнять их в качестве таких симметричных ППО.

В изобретении ставится задача выравнивания ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=3-фазной дробной обмотки при q=3,5, что позволяет выполнять ее в качестве симметричной ППО с числами полюсов 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6, 16/8.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной дробной (q=3,5) полюсопереключаемой в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотки с соединением фаз по схемам Y/YY или Δ/YY, выполняемой в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам У_п≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой и с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе: при 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6, 16/8 полюсах, q=3,5 концентрические группы нечетные четырехкатушечные имеют шаги катушек y_пi=8-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к катушек с i=1, 4 и (l+x)w_к катушки с i=2, а четные трехкатушечные - у^' _пi=7-2(i-1) с числом витков (1+х)w_к катушки с i=2 при w_k витках остальных катушек групп, где z=21 для 2p_l/2p₂=4/2, z=42 для 2p₁/2p₂=8/4, z=63 для 2p₁/2p₂=12/6, z=84 для 2p_l/2p₂=16/8, i=1...4 - номер катушки в группе, начиная с наружной, 2w_к - число витков каждого паза при значении x=0,53.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой двухслойной трехфазной обмотки при 2p_l/2p₂=4/2, q=3,5 и z=21 пазах с номерами 1...21, N_кг=6 катушечных группах с номерами 1Г...6Г: сверху - для полюсности 2р₂=2 с чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y, где пронумерованы группы 1Г, 4Г первой фазы, а снизу - для полюсности 2p₁=4 с чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С для верхнего и X, Y, Z нижнего слоя; на фиг.2 и 3 построены (по треугольной сетке) многоугольники МДС обмотки по фиг.1 для полюсностей 2р₂=2 (наружные) и 2p₁=4 (внутренние) при катушках равно- (фиг.2) и неравновитковых (фиг.3) для х=0,5. ППО для 2p₁/2p₂=8/4 (z=42) и 2p₁/2p₂=12/6 (z=63) и 2p_l/2p₂=16/8 (z=84), повторяют параметры обмотки по фиг.1 при ее повторе два, три и четыре раза.

Соединения фаз, например Y/YY для ППО при 2p_l/2p₂=8/4 полюсах, соответствуют: Y - для полюсности 2p_l=8 с выводами начал фаз а, b, с при последовательно-согласном включении в каждой фазе нечетных групп в одной части и четных в другой с дополнительными выводами (а', b' с') из их средних точек (например, в фазе а группы 1Г, 7Г, 10Г, 4Г с дополнительным выводом а' из конца 7Г и начала 10Г), поэтому ППО для 2p₁=8 имеет m'=m=3 фазные зоны на пару полюсов с чередованиями по нижней развертке фиг.1; YY - для 2р₂=4 с выводами а', b', с' (выводы а, b, с закорочены) при параллельно-встречном включении тех же групп (например, в фазе a' - группы 10Г, 4Г и -7Г, -1Г), поэтому ППО для 2р₂=4 имеет m'=2m=6 фазных зон на пару полюсов с чередованиями по верхней развертке фиг.1 с зонами A-Z-B-X-C-Y (начиная с группы 4Г).

Обмотка по фиг.1 для четырехкатушечных групп (нечетных) имеет шаги катушек по пазам у_пi=8-2(i-1)=8, 6, 4, 2 (у_к.ср=z/2р₁-0,25=5) с числами витков (1-х)w_k катушек с i=1, 4 и (l+x)w_к катушки с i=2, а для трехкатушечных групп (четных) - у'_ni=7-2(i-1)=7, 5, 3 с числом витков (1+х)w_k катушки с i=2, где значение "х" определяется из условия получения одинаковых ЭДС больших и малых групп для полюсности 2р₂, соответствующей соединению YY. По коэффициентам укорочения K_yi=sin(90°y_пi/τ_п) катушек определяются для каждой полюсности ЭДС Е_т больших, малых групп при полюсном делении τ_п=z/2p и 2w_k=2 витках паза: для 2p₁=4 при τ_п=z/2p₁=5,25-К_уi=(1-x)0,680173(у_пi=8), (1+х)0,97493(у_пi=6), 0,930874(у_пi=4), (1-х)0,56332 (у_пi=3) и E_т.б=Σ(K_yiw_кi)⁼3,149295-x0,268565 - для групп больших (нечетных), K_yi=0,86603(у'_пi=7), (1+х)0,997204(у'_пi=5), 0,781832(у'_пi=3) и E_т.м=2,645061+x0,997204 - для групп малых (четных) и обмоточный коэффициент для полюсности 2p₁ равен

для 2р₂=2 при τ_п=z/2р₂=10,5-K_yi=(l-x)0,930874(у_пi=8), (1+х)0,781832(У_пi=6), 0,56332(y_пi=4), (1-х)0,294755(у_пi=2) и Е_т.б=2,57078-х0,44380 - для групп больших, K_yi=0,86603(у^' _пi=7), (1+х)0,680173(у'_пi=5), 0,433884(у'_пi=3), E_т.м=1,980082+x0,680173 - для малых групп и из условия Е_т.б=Е_т.м определяется значение х=0,53; К_об.p2 для полюсности 2р₂ равен

а средний шаг катушек при х=0,53 равен у_п.ср=5+х/7=5,076. Суммарные шаги у_г.б и у_г.м больших и малых групп при х=0,53 равны у_г.б=20-4х=17,88, у_г.м=15+5х=17,65, т.е. примерно равны, поэтому практически одинаковы и сопротивления (активные и индуктивные рассеяния) больших и малых групп.

Таким образом, предлагаемая неравновитковая обмотка по фиг.1 при х=0,53 имеет одинаковые ЭДС, сопротивления для 2р₂ всех групп, что обеспечивает симметрию ППО для полюсности 2р₂ с соединением в YY.

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 по соотношениям

определяется для каждой полюсности ППО коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _Д - квадрат среднего радиуса j=1...2q пазовых точек относительно центра многоугольника и R_o - радиус окружности для основной гармонической МДС [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55].

Из многоугольников МДС, фиг.2, 3, по (1)-(3) при стороне сетки в единицу длины для х=0 и х=0,5 по теореме косинусов определяются:

для 2р₂ при х=0 (фиг.2) - R² _Д=Σ(R² _j)/7=134/7, R_o=21·0,6501/π, σ_д%=1,37, а при х=0,53(фиг.3) - R² _Д=(134+12х+6х²)/7, R_o=21·0,6680/π и σ_д%=1,77, т.е. σ_д.р2 возрастает в 1,77/1,37=1,29 раза;

для 2p₁ при х=0 (фиг.2) - R² _Д=58/7, R_о=21·0,8278/2π и σ_д%=8,25; при х=0,53 (фиг.3) -R² _д=(58+4x+10x²)/7, R_o=21·0,8829/2π, σ_д%=3,23 и значение σ_д.р1 снижается в 8,25/3,23=2,55 раза.

Если эффективность неравновитковой ППО по фиг.1 оценивать произведениями ее коэффициентов обмоточных по (1)-(2) и дифференциального рассеяния по (3), то при х=0,53 коэффициент ее эффективности равен К_эф=(0,6680·0,8829/0,6501·0,8278)(1,37·8,25/1,77·3,23)=2,17, что характеризует высокую степень эффективности предлагаемой обмотки.

Таким образом, предложенная неравновитковая ППО по фиг.1 при х=0,53 характеризуется полной ее симметрией для полюсностей 2p₁ и 2р₂, имеет высокие обмоточные коэффициенты и пониженное дифференциальное рассеяние σ_д.р1 для большей полюсности 2p₁. Значение показателя "х" неравновитковости катушек при реальном проектировании трехфазного АД с такой ППО может отличаться от найденного значения х=0,53 на ±(2...3)%. Равновитковая (х=0) ППО при q=3,5 имеет ухудшенные электромагнитные параметры из-за ее несимметричности для полюсности 2р₂ (с соединением в двойную звезду YY) и наличия уравнительных токов.

Трехфазная двухслойная дробная (q=3,5) полюсопереключаемая в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотка с соединением фаз по схеме Y/YY или Δ/YY, выполняемая в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам у_п≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой и с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе, отличающаяся тем, что при 2p₁/2p₂=4/2, 8/4, 12/6, 16/8 концентрические группы нечетные четырехкатушечные имеют шаги катушек у_пi=8-2(i-1) с числом витков (1-х)w_к катушек с i=1, 4 и (1+х)w_к катушки с i=2, а четные трехкатушечные - у'_пi=7-2(i-1) с числом витков (i+x)w_к катушки с i=2 при w_к витках остальных катушек групп, где z=21 для 2p₁/2p₂=4/2, z=42 для 2p₁/2p₂=8/4, z=63 для 2p₁/2p₂=12/6, z=84 для 2p₁/2p₂=16/8, i=1...4 - номер катушки в группе, начиная с наружной, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,53.