Совмещенная роторная обмотка одномашинных преобразователей частоты

 

Область использования: электрические совмещенные машины переменного тока с двумя разнополюсными полями, например в конструкции асинхронных машин с фазным ротором и контактными кольцами. Совмещенная роторная обмотка одномашинных преобразователей частоты с числами пар полюсов p₂/P₂, короткозамкнутая многофазная для полюсности p₁ и трехфазная для полюсности p₂ с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами зажимов начала фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца выполнена двухслойной в Z пазах и содержит К равномерно смещенных катушечных групп с q^' последовательно включенными соседними катушками в каждой группе при шаге катушек по пазам Y_п, число катушечных групп равно К = 6р₂ с номерами от 1К до (6р₂с)К, в первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1К соединены последовательно-согласно ср₂ групп с номерами от 1К до сК, от (6с+1)К до (7с)К,..., от [6с(p₂-1)+1]K до [6c(p₂-1)+c]K и к каждой из них подключена параллельно-встречно группа, смещенная на 3с групп, для фаз Р2 и Р3 номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в 2с групп для фазы Р2 и в 4с групп для фазы Р3, где p₁ = 1,2,3, ...; Z = 6p₂cq'; с 2 - целое число; 1q'3; y_п = 2cq'. Достигаемый технический результат: расширение области применения, а также улучшение электромагнитных параметров. 6 ил.

Изобретение относится к обмоткам электрических совмещенных машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе, выполняемых в конструкции асинхронных машин с фазным ротором и контактными кольцами.

Известны совмещенные электромашинные обмотки, выполняемые из пространственно смещенных катушек и соединяемые в параллельные ветви для одной полюсности р₁ с выводами зажимов из средних точек ветвей для другой полюсности p₂. Угол между осями катушек ветки равен 2/(p₁+p₂) радиан и их числа витков пропорциональны углу сдвига относительно оси ветви [1] Недостатки таких обмоток сложность конструкции и изготовления, повышенные потери в меди от уравнительных токов в ветвях, а также ограниченная область применения.

Известны также совмещенные роторные обмотки одномашинных преобразователей частоты, короткозамкнутые многофазные для полюсности p₁ и трехфазные для полюсности p₂>p₁ с выводами зажимов фаз на контактные кольца [2] Наиболее близкой к предлагаемой является двухслойная совмещенная роторная обмотка с числами пар полюсов p₁/p₂, короткозамкнутая многофазная для полюсности p₁ и трехфазная для полюсности p₂ с соединением фаз звездой и с выводами зажимов начал фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца, содержащая 6р₂ равномерно смещенных катушечных групп с номерами в фазах 1+3к, 3+3к, 5+3к и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим начала фазы, концы нечетных и четных групп соединены вместе, а начала четных групп соединены в нулевую точку звезды, где p₁=1 и p₂3; к 0,1,2,(2р-1) [4] Цель изобретения расширение области применения путем получения чисел пар полюсов в соотношении p₁=2p₂, а также улучшение электромагнитных параметров для полюсности p₁ путем повышения обмоточного коэффициента и снижения дифференциального рассеяния.

На фиг.1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при p₂ 2, p₁ 4, Z 48 пазах и К 24 катушечных группах; на фиг.2 и 3 -чередования по пазам фазных зон обмотки для полюсности p₂=2 (фиг.2) и p₁ 4 (фиг.3); на фиг.4 и 5 диаграммы ЭДС катушечных групп обмотки для полюсностей p₂ 2 (фиг.4) и p₁ 4 (фиг.5); на фиг.6 - многоугольники МДС для p₂ 2 (наружный) и p₁ 4 (внутренний).

Предлагаемая обмотка на фиг.1 выполнена двухслойной, трехфазной для полюсности p₂ 2 в Z 6р₂cq' 48 пазах (при с 2 и q' 2) из К 6p₂c катушечных групп (с номерами от 1К до 24К) с q' 2 катушками в каждой и с выводами зажимов начал фаз Р1, Р2, Р3; на фиг.1 фазы соединены звездой. В первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1К соединены последовательно ср₂ групп с номерами 1К, 2К, 13К, 14К и к каждой из них подключена параллельно-встречно группа, смещенная на 3с 6 груп (группы -7К, -8К, -19К, -20К). Для других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в 2с 4 группы для фазы Р2 и в 4с 8 групп для фазы Р3. Катушки имеют шаг по пазам y_п Z/3p₂ 2cq' 8 и при концентрических катушках шаг y_п средний шаг.

На фиг. 4 и 5 векторами ЭДС приписаны номера групп обмотки фиг.1 и знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе. Оси групп смещены на углы (в эл. град.): 360^op₂/K 360^o2/24 30^o для полюсности p₂ и 360^op₁/K= 360^o4/24 60^o для полюсности p₁ 4. Для катушечных групп, смещенных на 3с 6 групп, угол сдвига соответствует 30^o6 180^o для p₂ и 60^o6 360^o для p₁ 4, т.е. параллельно-встречно включенные группы (например 1К и -7К) образуют для полюсности p₂ 2 две одинаковые параллельные ветви (см. фиг.4), а для полюсности p₁ 4 короткозамкнутую цель (см.фиг.5). Обмоточные коэффициенты К_об обмотки по фиг.1 равны: для p₂ 2 (см. фиг.4) .

Для полюсности p₂ 2 обмотка (фиг.1) имеет m₂ 3 фазы и фазных зон, обозначенных на фиг. 2 как А-Х, B-Y, C-Z и зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам катушечных групп, а X, Y, Z их конечным сторонам. На фиг.2 (для одной повторяющейся части обмотки для полюсности p₂ 2) и с использованием вспомогательной треугольной сетки (ее сторона принята за единицу длины) на фиг.6 построен наружный многоугольник МДС, по которому определяются [3] квадрат среднего радиуса пазовых точек (i1^oC24) многоугольника; радиус окружности для основной гармонической МДС; R₂=(ZK_об2/p₂)=(480,8294/2) _д2=[(R_д2/R₂)²-1)100=0,880% коэффициент дифференциального рассеяния, характеризующий процентное содержание высших гармонических в кривой МДС обмотки. Для полюсности p₁ 4 обмотка (фиг.1) имеет m₄ 3 фазы и фазные зоны, обозначенные на фиг. 3 так же, как и для фиг.2. На фиг.3 построен многоугольник МДС (внутренний на фиг.6), по которому определяются: R²_д4=10,5; R₄=(480,8365/4) и _д4=2,848%..

При выполнении совмещенной обмотки с p₂ 2 и p₁ 4 в Z 36 пазах (при с 3 и q' 1) она содержит К 6p₂c 36 групп (с q' 1 катушкой в группе) при шаге катушек по пазам у_п 2cq' 6. Ее фаза Р1 содержит группы с номерами 1К, 2К, 3К, 18К, 20К, 21К и параллельно-встречно подключаемые к ним группы -10К, -11К, -12К, -28К, -29К, -30К (смещенные на 3с 9). Для полюсности p₂ 2 такая обмотка имеет m₂ 3, , К_об2 0,8312 и _д2=1,408%;; для полюсности p₁ 4 она имеет m₄ 9,, K_об4 0,8660 и _д4=4,169%..

Если обмотку на фиг. 1 выполнять известным способом из К 6p₂ 12 катушечных групп (Z 48, y_п 8, c1 и q' 4) с двумя параллельными ветвями, то для нее K_об2 0,8294 и _д2=0,880%;; К_об4 0,7244 и _д4=11,02%, т.е. предлагаемая обмотка имеет лучшие электромагнитные параметры для полюсности p₁ (в 0,8365/0,7244 1,155 раза больший обмоточный коэффициент K_об4 и в 11,02/2,848 3,87 раза меньше дифференциальное рассеяние _д4. По сравнению же с обмоткой по прототипу [4] предлагаемая обмотка позволяет получать соотношение p₁ 2p₂, что расширяет ее область применения. При заданном числе пазов произведение cq' Z/6p₂ равно целому числу и при увеличении значения с при соответствующем уменьшении q' улучшаются параметры обмотки для полюсности p₁ из-за возрастания коэффициента распределения, но при этом схема соединений усложняется; например, обмотку по фиг.1 можно выполнять также при с 4 и q' 1.

Предлагаемая обмотка заменяет собой две раздельные разнополюсные обмотки и может применяться, например, на роторе асинхронных одномашинных преобразователей частоты. При p₁ 4 и p₂ 2 она позволяет получать преобразованную частоту [2] f₂f₁(1+1/2)= 3f₁/2 (при f₁ 50 Гц - f₂ 75 Гц). Ее применение в совмещенных электрических машинах упрощает конструкцию и изготовление машины, снижает расход меди и изоляции на роторе, повышает энергетические показатели и эксплуатационную надежность, а также расширяет область применения. Преобразователи с предлагаемой обмоткой выполняются в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами.

Формула изобретения

Совмещенная роторная обмотка одиномашинных преобразователей частоты с числами пар полюсов р₁/р₂, короткозамкнутая многофазная для полюсности р₁, трехфазная для полюсности р₂ с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами начал фаз Р1, Р2 и Р3 на контактные кольца, выполненная двуслойной в Z пазах и содержащая К равномерно смещенных катушечных групп с q' последовательно включенными соседними катушками в каждой группе и шаге катушек по пазам Y_п, отличающаяся тем, что число катушечных групп равно К 6р₂с с номерами от 1К до (6p₂с)К, в первой фазе с выводом Р1 из начала группы 1К соединены последовательно согласно cр₂ группа с номерами от 1К до сК, от (6c + 1)К до (7с)К, от [6с(р₂ 1) + 1]К до [6с(р₂ 1) + с]К и к каждой из них подключена параллельно встречно группа, смещенная на 3с групп, причем для двух других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в 2с групп для фазы Р2 и в 4с групп для фазы Р3, где р₂ 1, 2, 3, Z 6р₂cq'; с2 целое число; 1q'3; Y_п 2cq'.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6