Двенадцатифазная дробная (q=4/5) 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=4/5 и р=5 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=10-полюсной в z=48 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 из К=48 катушек с номерами от 1К до 48К и шагом по пазам у_п при их группировке по ряду 1 1 1 1 0. Катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) содержат по (1+х)w_к витков, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) – по (1-x)w_к витков. В первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 11К, 30К, 40К с началом фазы из начала 1К и её концом из конца 40К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где у_п=6,2w_к – число витков каждого паза, х=0,15 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 m3-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, группировка катушек в катушечных группах которых зависит от дробной части c/d числа q [1-2]. При знаменателе дробности d4 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+4/5 и р=5, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 11110 (для b=0 и c/d=4/5), повторяемому 2pm/p=6 раз [1].

В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=12-фазной, m’=12-зонной дробной обмотки при q=4/5 и р=5 в z=12 pq=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=10-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 с группировкой по ряду 11110, 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=6: катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) содержат по (1+х)w_к витков, а катушки 2К+4(к)и 3К+4(к)- по(1-х)w_к витков, в первой фазе включены последовательно согласно катушки 1К, 11К, 30К, 40К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 40К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_k - число витков каждого паза, х=0,15 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 2р=10-полюсной, m=12-фазной, m’=12-зонной двухслойной дробной обмотки при z=48 пазах и q=z/12 p=4/5 (N=4, d=5) с разметкой сверху номеров катушек 1К, 11К, 30К, 40К первой фазы (зоны А) и снизу номеров пазов (от 1 до z=48); на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсностей р=5 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) =1 и р=7 гармонической МДС дробного порядка =7/5 (в центре) при углах _п=360°/z=7,5 и =_п/2d=0,75°; 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=10 полюсах, z=48 пазах, m=12 фазах, m’=12 фазных зонах выполнена двухслойной из К=48 катушек с шагом по пазам у_п=6 и имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=4/5 при N=4 и d=5, т.е. по группировке из [1] 1 1 1 1 0 из каждых N=4 катушек формируются d=5 катушек. Для формирования обмотки записывается ряд из 12 группировок 1 1 1 1 0, 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 на фиг. 1.

Обмотка при m’=12 фазных зонах и q=4/5 (d=5) создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] =12k/d±l=1 (+), 7/5 (-), 17/5 (+), 19/5 (-), 29/5 (+), ..., 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’=12 симметричных фаз для полюсностей р=5 (=1) и p=7 (v=7/5) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 11К, 30К, 40К, при этом ось их симметрии лежит посередине О между катушками 11 К и 30К, тогда относительно этой оси катушки сдвинуты на углы: для р=5-О30K9,5_пp=9,537,5=356,35-360=-0,5_п и О11К=+0,5_п, О40K19,537,5=731,25-720=+1,5_п и О1К=-0,5_п, по которым построена диаграмма фиг.2 (верхняя) сдвига катушек при угле _п=7,5⁰; для p=7: О30K9,5_пp=9,552,5=498,75=772-5,25=272-7 и О11К372+7, O40К19,552,5=1023,75=1472+15,75=472+21 и О1К=72-21, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=5 частей (360/5=72) с учетом встречного вращения гармонической МДС =7/5, где =_п/2d=0,75. По фиг.2 определяется коэффициент распределения с учетом неравновитковости катушек путем вычисления проекций ЭДС катушек на ось их симметрии (вертикальную); при коэффициенте K_у=sin(90у_п/_п) укорочения катушек (для шага у_п=6 и полюсного деления _п =z/2p=4,8), затем определяется обмоточный коэффициент K_об: для p=7(-7/5)-K_об=[(l+x)cos(72-21)-(1-x)cos(36+7)]K_у/2=0,03756-х0,25016(К_у=0,38268), откуда по условию K_oб=0 определяется значение х=0,15, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 полностью устраняется гармоническая =7/5 с р=7; для p=5(=1)-K_об=[sin(15)/sin(15/4)+2x(cos1,5_п-cos0,5_п]K_у/4=0,914014-x0,00789(К_у=0,92388), т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической =7/5 имеет относительное значение F/F=К_об/К_об=0,03756/(7/5)0,914014=0,0294 или 2,94%; при х=0,15-F/F=0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=q=4 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,15 снижается на 30%.

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 =7/5, 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 20_пp=207,55=750-720=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

Двенадцатифазная дробная (q=4/5) обмотка электрических машин переменного тока, выполненная 2p=10-полюсной двухслойной в z=48 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=4/5 из K=48 катушек с номерами от 1К до 48К и шагом по пазам у_п при их группировке по ряду 11110, отличающаяся тем, что катушки 1К+4(к) и 4К+4(к) содержат по (1+x)w_к витков, а катушки 2К+4(к) и 3К+4(к) – по (1-х)w_к витков, в первой фазе включены последовательно–согласно катушки 1К, 11К, 30K, 40K с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 40К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где у_п=6, 2w_к – число витков каждого паза, х=0,15 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 11.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3