Девятифазная дробная (q=4/5) обмотка электрических машин переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к девятифазным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, питаемым от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока. Изобретение направлено на достижение технического результата, состоящего в выполнении двухслойной m=9-фазной, m’=18-зонной дробной обмотки при q=4/5 и р=5 в 2=18pq=72 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения состоит в том, что обмотка выполняется двухслойной 2р=10-полюсной с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 и группировкой по ряду 1 1 1 1 0 в z=72 пазах из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шаге по пазам у_п. При числе фаз m=9, фазных зон m’=2m=18 катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) имеют числа витков по (1 +1)w_k, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) - по (1-х)w_к витков. В первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 16К, -23К, 30К, -37К, -52К, 59К, -66К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 66К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 16 номеров в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,10 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе. 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 m3-фазные, m’=2m-зонные петлевые симметричные обмотки переменного тока, выполняемые двухслойными 2р-полюсными из 2pm катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками с дробным числом q=z/2pm=b+c/d=N/d пазов z на полюс и фазу при группировке катушек в катушечных группах, зависимой от дробной части c/d числа q [1-2]. При знаменателе дробности d4 обмотки характеризуются повышенным содержанием гармонических МДС при существенном ухудшении показателей электрических машин с такими обмотками; при увеличении числа фаз m и фазных зон m’ гармонический состав МДС обмотки улучшается.

Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная, m’=6-зонная, 2р=10-полюсная обмотка при q=4/5, выполняемая двухслойной в z=6pq=24 пазах с группировкой катушек по ряду 1 1 1 1 0 [1] для с/d=4/5 и b=0.

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной дробной обмотки при q=4/5 и р=5 в z=18pq=72 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=10-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 и группировкой по ряду 1 1 1 1 0, выполняемой в z=72 пазах m=9-фазной, m’=18-зонной из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п: катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) имеют числа витков по (1+х)w_к, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) - по (1-x)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 16К, -23К, 30К, -37К, -52К, 59К, -66К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 66К, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 16 номеров в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,10 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе.

На фиг.1 показана развертка по пазам пазовых слоев с чередованиями m’=18 фазных зон A-A’-A"-Z-Z’-Z"-B-B’-B"-X-X’-X"-C-C’-C"-Y-Y’-Y" предлагаемой 2р=10-полюсной, m=9-фазной, m’=2m=18-зонной двухслойной дробной обмотки при z=72 пазах, К=72 катушках и q=z/18р=4/5 (N=4 и d=5) c разметкой сверху номеров катушек 1К, 16К, 23К, 30К, 37К, 52К, 59К, 66К первой фазы (зоны А и X) и снизу номеров пазов (от 1 до z=72); на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсностей р=5 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) =1 и р=р=13 дробной гармонической МДС =13/5 (в центре) при углах _п=360/z=5 и =_п/2d=0,5; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы симметричной m’=18-фазной системы токов фазных зон А-А’-А"-Z-Z’-Z"-B-B’-B"-X-X’-X"-C-C’-C"-Y-Y’-Y".

Обмотка по фиг.1 при 2р=10 полюсах, z=72 пазах, m=9 фазах, m’=2m=8 фазных зонах выполнена двухслойной из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п=6 имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=4/5 при N=4 и d=5, т.е. по группировке [1] 1 1 1 1 0 из каждых N=4 катушек формируются d=5 групп. Для этого составляется ряд из 2m=18 группировок 1 1 1 1 0, под ним размечаются фазные зоны в последовательности A-A’-A’’-Z-Z’-Z’’-B-B’-B"-X-X’’-X"-C-C’-C"-Y-Y’-Y" и вычеркиваются зоны под нулевыми числами ряда, после чего под оставшимися числами размечаются последовательно числа пазов и получается развертка по фиг.1. Обмотка при m’=18 фазных зонах и d=5 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] =18k/d±1=18k/5±1=1(+), 13/5(-), 23/5(+), ..., где ±k - любое целое число, при котором >0 (k=0 для основной гармонической =1), знак (+) соответствует гармоническим прямым и (-) обратным.

Для определения углов сдвига катушек первой из m=9 симметричных фаз для полюсностей р=5(=1) и р=p=13 (=13/5) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 16К, 30К, 59К зон А, ось их симметрии О лежит посередине между 37К, 52К и относительно нее углы сдвига равны: для р=5-О59К14,5_пр=14,525=360+2,5=0,5_п и O30K=-0,5_п, O1K28,5_пp=720-7,5=-1,5_п и O16К=+1,5_п, по которым построена верхняя диаграмма фиг.2 при угле _п=5 (катушки зон Х - 37К, 52К, 66К, 23К смещены на 180 относительно катушек зон А); для р=13: О59К14,50_пp=14,565=942,5=1372+6,5⁰=372⁰+13 и О30К=272-13, О1К22,565=2672-19,5=72-39 и О16К=472°+39, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=5 частей (360/5=72) с учетом встречного вращения гармонической МДС =13/5, где =_п/d20,5. По коэффициентам укорочения K_y=sin(90у_п/_п) катушек (для полюсного деления _п=z/2p=7,2) вычисляются проекции по фиг.2 ЭДС катушек на вертикальную ось симметрии и определяются обмоточные коэффициенты с учетом неравновитковости катушек:

для р=13 (=13/5)-K_об=[(1+x)cos(72-39)-(1-x)cos(36+13)]K_y/2=-0,01663+х0,1742 (при К_у=0,2588), откуда по условию K_об=0 определяется значение х=0,10, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая =13/5 с р=13;

для p=5(=1)-K_oб=[sin(10)/sin(2,5)+2xcos(1,5_п)-2xcos(0,5_п)]K_у/4=0,961335-х0,00367 (при К_у=0,96593), т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической =13/5 имеет относительное значение F/F=K_об/K_об=0,0166/(13/5)0,9613=0,0067 или 0,67%, а при х=0,10 - F/F=0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из ее многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=N=4 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,10 снижается на 50%.

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 =13/5, является симметричной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной, каждая ее фаза смещена на электрический угол в 40 (так как интервалу в 16 катушек соответствует электрический угол сдвига начал фаз 16_пp=1625=400-360=40). Применение ее в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ППЧ 9-фазного тока позволяет втрое 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

Девятифазная дробная (q=4/5) обмотка электрических машин переменного тока, 2р=10-полюсная, двухслойная с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 и группировкой по ряду 11110, выполняемая в z=72 пазах из К=72 катушек с номерами от 1К до 72К и шагом по пазам у_п, отличающаяся тем, что при числе фаз m=9 и фазных зон m’=2m=18 катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) имеют числа витков по (1+х)W_k, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) - по (1-х)w_к витков, в первой фазе соединены последовательно катушки 1К, 16К, -23К, 30К, -37К, -52К, 59К, -66К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 66К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 16 номеров в пределах 72 катушек относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к - число витков каждого паза, х=0,10 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 2m-1=17, а знак (-) при номере катушки означает ее встречное включение в фазе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3