Трехфазная двухслойная дробная (q=1,5) обмотка электрических машин

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных машинах. Трехфазная двухслойная дробная (q=1,5) обмотка выполняется 2p=4c-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп двухкатушечных нечетных и однокатушечных четных со средним шагом концентрических катушек y_к≈z/2pc. Группы двухкатушечные имеют шаги катушек у_пi=3,1 с числами витков w_k, (1-x)w_k, а однокатушечные - у_п=2 с (1+x)w_к витками, где с=1, 2, 3,... - целое число, z=9c, y_к=1,5q-0,25=2 и 2w_к - число витков каждого паза при значении x=0,58. Технический результат заключается в улучшении состава гармонических МДС и понижении дифференциального рассеяния. 3 ил.

 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин, фазном роторе асинхронных двигателей.

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из m'p катушечных групп при числе пазов на полюс и фазу q-z/m'p целом или дробном, где m' - число фазных зон на пару полюсов, равное m'=m=3 (трехзонные обмотки) или m'=2m=6 (шестизонные обмотки) [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. При дробном числе q-N/d=b+0,5 (d=2, b=1, 2, 3, ...) они имеют неодинаковые чередующиеся катушечные группы: большие (b+1)-катушечные и малые b-катушечные с катушками равношаговыми или концентрическими при их среднем шаге по пазам у_п≈z/2p, а гармонический состав их МДС по pяд ν=m'k/d±1 [там же, с.450] особенно неблагоприятен при m'=3-зонах (ν=3k/2±l) из-за наличия субгармонической ν=1/2 при значительным возрастании дифференциального рассеяния σ_д и поэтому m'=3-зонные дробные (q=b+0,5) обмотки практически не применяются.

В изобретении ставится задача улучшения состава МДС симметричной m'=3-зонной дробной (q=1,5) обмотки путем устранения субгармонической ν=1/2 и понижения дифференциальным рассеянием σ_д.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-х слойной дробной (q=1,5) обмотки, выполняемой 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп двухкатушечных нечетных, однокатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_п≈z/2pc: группы двухкатушечные имеют шаги катушек У_пi=3, 1 с числами витков w_к, (1-х)w_k, а одно-катушечные - У_п=2 с числом витков (1+x)w_k, где с=1, 2, 3, ... целое число, z=9c, у_к=1,5g-0,25=2, 2w_k - число витков каждого паза и х=0,58.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=4 (с=1), q=1,5, z=9 пазах с номерами 1...9 и 6с=6 катушечных группах с номерами 1Г...6Г (размечены группы 1Г, 4Г первой фазы), чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего и X, Y, Z нижнего слоев, а на фиг.2, 3 построены (по треугольной сетке) многоугольники МДС при катушках равно- (фиг.2), неравновитковых (фиг.3) для х=0,5. При с=2, 3, ... обмотка имеет 2р=4с=8, 12, ... и развертка фиг.1 повторяются 2, 3, ... раза.

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка соединяется в фазах обычным образом при последовательно-согласном включении групп фазы: 1Г, 4Г (фиг.1) с началом фазы из начала 1Г в первой фазе; 3Г, 6Г с началом из 3Г во второй фазе; 5Г, 2Г с началом из 5Г в третьей фазе, а фазы могут сопрягаться в звезду или в треугольник.

Обмотка по фиг.1 при q=l,5 для групп двухкатушечных имеет шаги катушек по пазам у_m=3,1 (у_к=1,5q-0,25=2) с числами витков w_к, (1-x)w_k и для однокатушечных -у_п=2 с (1+х)w_к витками при 2w_k витках каждого паза, где значение х определяется из условия минимизации коэффициент дифференциального рассеяния σ_д. Коэффициенты укорочения катушек K_yi =sin(90°y_пi/τ_п) определяются при полюсном делении τ_п=z/2p=9/4=2,25 и 2w_к=2 витках паза: K_yi=0,866025 (у_пi=3), (1-х)0,642788 (У_пi=1) и (1+х)0,984808 (y_п=2), тогда обмоточный коэффициент К_об, средний шаг катушек равны:

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 по соотношениям

определяется 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].

По (1)-(2) из многоугольников МДС фиг.2, 3 при стороне сетки в единицу длины (в центре многоугольников показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) по теореме косинусов определяются:

при х=0 (фиг.2): R² _j=1² - для точек j=1, 3, R² _j=2²=4 - для точки j=2 и R² _д=Σ(R² _j)/3=6/3, R_о=9·0,83121/2π, σ_д%=41,09; при х=0,5 (фиг.3): R² _j=1+0,5²+0,5=1,75=1+x+x² - для j=l, 3, R² _j=1,5²=2,25=(2-x)²=4-4x+x² - для j=2 и

а по (1)-(3) из условия d/(σ_д)/d(x)=(-2+6х)(0,831207+х0,114007)-2·0,114007·(6-2x+3x²)=0 вычисляется оптимальное значение X_опт=0,58, соответствующее минимальной величине σ_д%мин: при Х_опт=0,58 по (1), (3) - K_об=0,89733, R² _д=5,8492/3, R_o=9·0,89733/2π и значение σ_д%мин=18,02 значительно снижается в (41,09/18,02=2,28 раза) из-за устранения субгармонической ν=1/2; с учетом повышения обмоточного коэффициента ее эффективность равна К_эф=(0,89733/0,83121)(41,09/18,02)=2,46 при шаге у_п.ср=2+х/3=2,193 по (1).

Обмотке при m'=3, 2p=4, z=9, q=3/2 и d=2 (фиг.1) соответствует m'=6-зонная обмотка при вдвое меньшем числе q=3/4 и d=4, которая при У_п=2 и равновитковых катушках имеет K_об=0,9452, R² _д=7/3 и σ_д%=27,29, т.е. предлагаемая m'=3-зонная обмотка по фиг.1 при Х_опт=0,58 превосходит m'=6-зонную по дифференциальному рассеянию в 27,29/18,02=1,51 раза.

Таким образом, предлагаемая симметричная m'=3-зонная дробная (q=1,5) обмотка характеризуются значительным (в 2,3 раза) снижением σ_д% и повышением К_об, что увеличивает в К_эф=2,5 раза ее эффективность по сравнению с равновитковой обмоткой; она проще m'=6-зонной обмотки в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3p) катушечных групп.

Трехфазная двухслойная дробная (q=1,5) обмотка электрических машин, выполняемая 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп двухкатушечных нечетных и однокатушечных четных со средним шагом концентрических катушек y_k≈z/2pc, отличающаяся тем, что двухкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=3,1 с числами витков w_к, (1-х)w_k, а однокатушечные - у_п=2 с числом витков (1+х)w_к, где с=1, 2, 3,... - целое число, z=9c, y_к=1,5q-0,25=2 и 2w_к - число витков каждого паза при значении x=0,58.