Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в девятифазных асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты в частотно-регулируемом электроприводе переменного тока. Технический результат от использования данного изобретения состоит в выполнении двухслойной m=9-фазной, m’=18-зонной дробной обмотки при q=5/4 и р=2 в z=18pq=45 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной гармонической дробного порядка для снижения дифференциального рассеяния. Сущность изобретения: обмотка выполняется двуслойной петлевой 2р=4-полюсной, двуслойной с числом пазов на полюс и фазу q=5/4 и группировкой по ряду 2 1 1 1 в z=45 пазах из 18р=36 катушечных групп с номерами от 1Г до 36Г и концентрическими катушками: при числе фаз m=9 и фазных зон m’=2m=18 двухкатушечные группы 1Г+4(к) имеют шаги катушек по пазам упi=9 и 7 при числах витков wк и (1-х)wк, однокатушечные с шагом катушек уп=8 имеют по wк витков для групп 2Г+4(к), 4Г+4(к) и по (1+x)wк витков для групп 3Г+4(к). В первой фазе соединены последовательно группы 1Г, 10Г, 19Г, 28Г при встречном включении четных групп относительно нечетных с началом фазы из начала 1Г и ее концом из начала 28Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах 36 групп относительно групп первой фазы, где 2wк – число витков каждого паза, х=0,20 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m-1=8. 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 (ПП
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/215.gif)
).
Известны m
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
3-фазные, m’=2m-зонные петлевые симметричные обмотки переменного тока, выполняемые двуслойными, 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 d
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8805.gif)
4 обмотки характеризуются повышенным содержанием гармонических МДС, что существенно ухудшает показатели электрических машин с такими обмотками; при увеличении числа фаз гармонический состав МДС обмотки улучшается.
Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная, m’=6-зонная, 2р=4-полюсная обмотка при q=1+1/4=5/4, выполняемая двуслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 2 1 1 1 (для с/d=1/4 и b=1), повторяемому 2m=6 раз [1].
В изобретении ставится задача выполнения двуслойной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной дробной обмотки при q=5/4 и р=2 в z=18pq=45 пазах при устранении из ее МДС наиболее сильно выраженной дробной гармонической для снижения дифференциального рассеяния [3].
Решение поставленной задачи достигается тем, что для двуслойной дробной 2р=4-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=5/4 и группировкой по ряду 2 1 1 1, выполняемой в z=45 пазах m=9-фазной, m’=18-зонной из 18p=36 катушечных групп с номерами от 1Г до 36Г при концентрических катушках: двухкатушечные группы 1Г+4(к) имеют шаги катушек по пазам у
пi=9 и 7 при числах витков w
к и (1-х)w
к, однокатушечные с шагом катушек у
п=8 имеют по w
к витков для групп 2Г+4(к), 4Г+4(к) и по (1+x)w
к витков для групп 3Г+4(к); в первой фазе соединены последовательно группы 1Г, 10Г, 19Г, 28Г при встречном включении четных групп относительно нечетных с началом фазы из начала 1Г и ее концом из начала 28Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах 36 групп относительно групп первой фазы, где 2w
к - число витков каждого паза, х=0,20 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m-1=8.
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=4-полюсной, m=9-фазной, m’=2m=18-зонной двуслойной дробной обмотки при z=45 пазах и q=z/18р=5/4 (N=5, d=4) c разметкой сверху номеров групп 1Г, 10Г, 19Г, 28Г первой фазы (зоны А и X) и снизу номеров пазов (от 1 до z=45); на фиг.2 - диаграммы сдвига осей катушечных групп первой фазы для полюсностей р=2 (сверху и снизу) гармонической МДС (ЭДС)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=1 и р
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
р=7 гармонической МДС дробного порядка
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7/2 (в центре) при углах
п=360
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
/z=8
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
и
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
=
п/d=2
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
; на фиг.3 - построение части многоугольника МДС по [3] обмотки фиг.1 при х=0, где в центре показаны векторы 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=4 полюсах, z=45 пазах, m=9 фазах, m’=2m=18-фазных зонах выполнена двуслойной из 18p=36 групп с шагами катушек по пазам у
пi=9, 7 для концентричных двухкатушечных групп и у
п=8 для однокатушечных групп, имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=5/4 при N=5 и d=4, т.е. по группировке [1] 2 1 1 1 из каждых N=5 катушек формируются d=4 катушки. Обмотка при m’=18-фазных зонах и d=4 создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2]
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=18k/d±1=9k/2±1=1(+), 7/2(-), 11/2(+) 8(-), 10(+)..., где ±k - любое целое число, при котором
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
>0 (k=0 для основной гармонической
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=1), знак (+) соответствует гармоническим прямым и (-) обратным. Для определения углов сдвига осей катушечных групп первой из m=9 симметричных фаз для полюсностей р=2(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=1) и р
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
p=7 (
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7/2) снизу фиг.1 размечены сдвиги по пазам между осями 1Г, 10Г, 19Г, 28Г, ось их симметрии лежит по оси 1Г и относительно нее оси групп имеют углы: для р=2 -1Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
10Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
11,5
пр=11,5
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
16
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=184
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=180
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
+0,5
п и 1Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
28Г=180
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
-0,5
п, 1Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
19Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
22,5
пp=360
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=0
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
по которым построена диаграмма фиг.2 (верхняя и нижняя) при угле
п=8
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
; для р
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7: 1Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
10Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
11,5
пр
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=11,5
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
56
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=644
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=7
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
+14
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=3
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
+7
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
, 1Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
28Г=90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
-7
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
, 1Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
19Г
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8594.gif)
22,5
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
56
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=14
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=2
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на 2р=4 частей (360
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
/4=90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
) с учетом встречного вращения гармонической МДС
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7/2, где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
=
п/d=2
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
. По коэффициентам K
y
i=sin(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
у
пi/
п) укорочения катушек (для полюсного деления
п=z/2p=11,25) вычисляются ЭДС катушечных групп фазы: для р=2 - E
1г=(1,78009-x0,82904)w
к, E
10г=E
28г=0,8988w
к, E
19г=(1+x)0,8988w
к; для p
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7 - E
1г![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=-(1,22669-x0,27564)w
к, E
10г![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=E
28г![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=-0,69466w
к, E
19г![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=-(1+x)0,69466w
к; по фиг.2 определяется обмоточный коэффициент с учетом неравновитковости катушек и встречного включения четных групп путем вычисления проекций ЭДС групп на ось их симметрии (вертикальную):
для p
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7/2)-K
oб![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=[E
1г![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
-E
19г![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
-2E
10г![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
cos(90
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
-7
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/947.gif)
)]/5=0,0392-x0,1941, откуда по условию К
об![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=0 определяется значение x=0,20, при котором из ЭДС(МДС) обмотки фиг.1 устраняется гармоническая
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7/2 с p
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7; для p=2(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=1)-K
oб=[E
1г+E
19г+2E
10гcos(0,5
п)]/5 = 0,89442+х0,01744, т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7/2 имеет относительное значение F
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
/F=K
об![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
/
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
K
об=0,0392/(7/2)0,8944=0,0125 или 1,25%, а при х=0,20 - F
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
/F=0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из ее многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=N=5 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,20 снижается на
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8776.gif)
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
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/957.gif)
=7/2, является симметричной m=9-фазной, m’=2m=18-зонной, каждая ее фаза смещена на электрический угол в 40
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
(так как интервалу в 20 групп соответствует электрический угол сдвига начал фаз 20
пpq=20
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
16
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
5/4=400
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
-360
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
=40
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/176.gif)
). Применение ее в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ПП
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/215.gif)
9-фазного тока позволяет втрое снижать фазный ток по сравнению с 3-фазными ПП
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/215.gif)
, что существенно снижает стоимость вентилей и всего ПП
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/215.gif)
при упрощении 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=5/4) обмотка электрических машин переменного тока, 2р=4-полюсная двуслойная с числом пазов на полюс и фазу q = 5/4 и группировкой по ряду 2 1 1 1, выполняемая в z = 45 пазах из 18р = 36 катушечных групп с номерами от 1Г до 36Г при концентрических катушках, отличающаяся тем, что при числе фаз m = 9 и фазных зон m’=2m=18 двухкатушечные группы 1Г+4(к) имеют шаги катушек по пазам Y
пi=9 и 7 при числах витков w
к и (1-x)w
к, однокатушечные с шагом катушек Y
п=8 имеют по w
к витков для групп 2Г+4(к), 4Г+4(к) и по (1+х)w
к витков для групп 3Г+4(к), в первой фазе соединены последовательно группы 1Г, 10Г, 19Г, 28Г при встречном включении четных групп относительно нечетных с началом фазы из начала 1Г и ее концом из начала 28Г, а группы каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 20 номеров в пределах 36 групп относительно групп первой фазы, где 2w
к – число витков каждого паза, х=0,20 и значение к в номерах групп изменяется в пределах от 0 до m–1=8.
РИСУНКИ
Рисунок 1,
Рисунок 2,
Рисунок 3