Двухслойная дробная обмотка электрических машин переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к многофазным асинхронным двигателям с короткозамкнутым ротором, питаемым от полупроводниковых преобразователей частоты. Техническая задача, на решение которой направлено данное изобретение, - выравнивание ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=6-фазной, m’=2m=12-зонной дробной обмотки при q=1,5, что позволяет расширить ее применение и использовать в качестве m’=2m=6-фазной обмотки. Сущность изобретения состоит в следующем. Двухслойная дробная обмотка электрических машин переменного тока выполнена петлевой 2р-полюсной m-фазной, m’=2m-зонной при дробном числе пазов на полюс и фазу q=b+0,5 в z=2pmq пазах из чередующихся (b+1)- и b-катушечных групп с концентрическими катушками. При m=6, m’=12, q=1,5 и b=1 катушки имеют шаги по пазам у_пi=8,6 и числа витков (1-х)w_к, w_к для двухкатушечных у_пi=7 и (1+х)w_к витков для однокатушечных групп, где 2w_к - число витков в каждом пазу, z=18р при р=1, 2, 3... и х=0,47. 1 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 петлевые симметричные 2р-полюсные m3-фазные, m’=2m-зонные обмотки переменного тока, выполняемые двухслойными в z=2pmq пазах из 2pm катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при дробном числе q=z/2pm=N/d>1 пазов на полюс и фазу [Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов. Л.: Энергия. 1978, с.402-450]. При знаменателе дробности d=2 и q=b+0,5 обмотки имеют неодинаковые фазные зоны, соответствующие (b+1)-катушечным большим и b-катушечным малым чередующимся группам [Копылов И.П. и др. Проектирование электрических машин. М.: Энергия. 1980, с.79-88], что не позволяет использовать их в качестве m’-фазных симметричных обмоток.

Наиболее близкой к предлагаемой является дробная m=3-фазная обмотка при d=2, q=1,5 (N=3, d=2), выполняемая двухслойной из концентрических катушек в z=6pq пазах.

В изобретении ставится задача выравнивания ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=6-фазной, m’=2m=12-зонной дробной обмотки при q=1,5, что позволяет расширить ее применение и использовать в качестве m’=2m=12-фазной обмотки.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m-фазной, m’=2m-зонной двухслойной дробной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=b+0,5, выполняемой 2р-полюсной в z=2pmq пазах из чередующихся (b+1)- и b-катушечных групп с концентрическими катушками: при m=6, m’=12, q=1,5 и b=1 катушки имеют шаги по пазам y_пi=8, 6 и числа витков (1-х)w_к, w_k для двухкатушечных, y_пi=7 и (1+x)w_k витков для однокатушечных групп, где 2w_k - число витков в каждом пазу, z=18р при р=1, 2, 3,... и х=0,47.

На чертеже сверху показана развертка предлагаемой двухслойной обмотки при m=6, 2р=2, q=1,5, z=18p=18 и 12p=12 катушечных группах с номерами от 1Г до 12Г, а снизу - чередования фазных зон по пазам с номерами от 1 до z=18 в последовательности A-A’-Z-Z’-B-B’-X-X’-C-C’-Y-Y’. Показанные фазные зоны соответствуют симметричной m’=12-фазной системе питающего тока.

Обмотка по чертежу имеет шаги катушек по пазам y_пi=8, 6 с числами витков (1-х)w_k, w_k для двухкатушечных групп, y_пi=7 и (1+х)w_k витков для однокатушечных групп, где значение х определяется из условия получения одинаковых ЭДС для больших и малых групп. По коэффициентам укорочения катушек _yi=sin(90y_пi/_п)=0,984808 (y_пi=8 при полюсном делении _п=z/2p=9), 0,866025 (y_пi=6), 0,939693 (y_п=7) ЭДС катушечных групп равны: E_г1=(K_yiw_ki)=(1,850833-x0,984808)w_k - для больших (нечетных) групп и E_г2=(1+x)0,939693w_k - для малых (четных) групп, а из условия E_г1=E_г2 определяется значение х=0,47. Сумма шагов катушек при х=0,47 равна y_г1=8(1-x)+6=10,24 - для больших и y_г2=7(1+x)=10,29 - для малых групп, т.е. практически y_гi=y_гi и поэтому при х=0,47 обмотка по чертежу имеет практически одинаковые ЭДС, активные и индуктивные сопротивления рассеяния для всех катушечных групп. При одинаковом числе витков 2w_k во всех пазах одинакового сечения обмоточного провода среднее значение обмоточного коэффициента равно К_об=(K_yiw_ki)/2q w_k=0,93018-х0,0150.

Таким образом, предлагаемая обмотка имеет одинаковые для всех групп ЭДС и сопротивления, что позволяет использовать ее в качестве симметричной m’=12-фазной обмотки и каждая фаза образована катушечными группами зон соответственно A, A’, Z, Z’, В, В’, X, X’, С, C’,Y, Y’ по чертежу, смещенных на 30 (электрических). При 2р=4 полюсах обмотка выполняется в z=36 пазах, при 2р=6 - в z=54 пазах, при 2р=8 - в z=72 пазах и развертка по чертежу повторяется р раз. Обмотка может использоваться и как m=6-фазная с расширением до а=2р числа параллельных ветвей фазы.

Применение предлагаемой обмотки в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ППЧ 12-фазного тока позволяет в четверо снижать фазный ток в сравнении с 3-фазными ППЧ, что снижает стоимость управляемых вентилей и всего ППЧ при упрощении его схемы.

Показатель "х" неравновитковости катушек предлагаемой обмотки может отличаться от значения х=0,47 в пределах (3...5)% при выборе числа витков w_k катушек обмотки статора реально проектируемых асинхронных двигателей с такой обмоткой.

Формула изобретения

Двухслойная дробная обмотка электрических машин переменного тока, выполненная петлевой 2р-полюсной m-фазной, m’=2m-зонной при дробном числе пазов на полюс и фазу q=b+0,5 в z=2pmq пазах из чередующихся (b+1)- и b-катушечных групп с концентрическими катушками, отличающаяся тем, что при m=6, m’=12, q=1,5 и b=1 катушки имеют шаги по пазам у_ni=8,6 и числа витков (1-х)w_к, w_к для двухкатушечных у_ni=7 и (1+х)w_к витков для однокатушечных групп, где 2w_к - число витков в каждом пазу, z=18р при р=1, 2, 3... и х=0,47.

РИСУНКИ

Рисунок 1