Многофазная дробная (q = 4/7) 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=4/7 и р=7 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=14-полюсной в z=48 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 из К=48 катушек с номерами от 1К до 48К и шагом по пазам уп при группировке по ряду 1101010. Катушки 1К+4(к) и 2К+4(к) содержат по (1-х)wк витков, а катушки 3К+4(к), 4К+4(к) – по (1+x)wк витков. В первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 8К, 15К, 22К с началом фазы из начала 1К и ее концом из начала 22К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 28 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где уп=2; 2wк – число витков каждого паза, х=0,12 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 при группировке катушек в катушечных группах, зависимой от дробной части c/d числа q [1-2]. При знаменателе дробности d
4 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+4/7 и р=7, выполняемая двухслойной в z=6pq пазах с группировкой катушек по ряду 1101010 (для b=0 и c/d=4/7), повторяемому 2m=6 раз [1].
В изобретении ставится задача выполнения двухслойной m=12-фазной, m’=12-зонной дробной обмотки при q=4/7 и р=7 в z=12pq=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=14-полюсной обмотки с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 с группировкой по ряду 1101010, 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 уп: катушки 1К+4(к) и 2К+4(к) содержат по (1-x)wк витков, а катушки 3К+4(к) и 4К+4(к) - по (1+x)wк витков, в первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 8К, 15К, 22К с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 22К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 28 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где yп=2, 2wк - число витков каждого паза, х=0,12 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 2p=14-пoлюcнoй, m=12-фазной, m’=12-зонной двухслойной дробной обмотки при z=48 пазах и q=z/12p=4/7 (N=4, d=7) с разметкой сверху номеров катушек 1К, 8К, 15К, 22К первой фазы (зоны А) и снизу номеров пазов (от 1 до z=48); на фиг.2 - диаграммы сдвига катушек первой фазы для полюсностей р=7 (сверху) гармонической МДС (ЭДС) =1 и p
=5 гармонической МДС дробного порядка
=5/7 (в центре) при углах
п=360
/z=7,5
и
=
п/2d=3,75
/7; 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=14 полюсах, z=48 пазах, m=2 фазах, m’=12-фазных зонах выполнена двухслойной из К=48 катушек с шагом по пазам уп=2 и имеет дробное число пазов на полюс и фазу q=4/7 при N=4, d=7, т.е. по группировке [1] 1101010 из каждых N=4 катушек формируются d=7 катушек. Для формирования обмотки записывается ряд из 12 группировок 1101010, 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 фиг.1.
Обмотка при m’=2-фазных зонах и q=4/7(d=7) создает вращающуюся МДС с гармоническими по ряду [2] =12k/d±1=1(+), 5/7 (-), 17/7 (-), 19/7 (+), 31/5 (+),..., 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=7 (
=1) и p
=
p=5 (
=5/7) на фиг.1 (снизу) размечены сдвиги по пазам между катушками 1К, 8К, 15К, 22К и ось их симметрии лежит посередине О между катушками 22К и 1К, тогда относительно этой оси катушки сдвинуты на углы: для р=7 - O
1K
13,5
пp=13,5
52,5
=708,75
-720
=-1,5
п и O
22K=+1,5
п, O
8K
20,5
52,5
=1076,25
-1080
=-0,5
п и O
15К=+0,5
п, по которым построена диаграмма фиг.2 (верхняя) сдвига катушек при угле
п=7,5
; для р
=5: O
1К
13,5
пр
=13,5
37,5
=506,25
7/7=10
360
/7-56,25
/7=10
360
/7-15
и О
22К=10
360
/7+15
, О
8К
20,5
37,5
=15
360
/7-5
и O
15K=15
360
/7+5
, по которым построена диаграмма фиг.2 (в центре) при разбивке окружности на р=7 частей (360
/7) с учетом встречного вращения гармонической МДС
=5/7, где
=
п/2d=3,75
/7. По фиг.2 определяется коэффициент распределения с учетом неравновитковости катушек путем вычисления проекций ЭДС катушек на ось их симметрии (вертикальную); при коэффициенте Ky
=sin(
90
уп/
п) укорочения катушек (для шага уп=2 и полюсного деления
п=z/2р=24/7), затем определяется обмоточный коэффициент Ko6
:
для p=5 (
=5/7)-Koб
=[(1+x)cos(360
/7-5
)-(1-x)cos(360
/7+15
)]Ky
/2=-0,05239+х0,4538 (при Ку
=0,60876), откуда по условию Ko6
=0 определяется значение х=0,12, при котором из ЭДС (МДС) обмотки фиг.1 полностью устраняется гармоническая
=5/7 с p
=5; для р=7 (
=1)-Коб=[sin(15
)/sin(15
/4)+2x(cos0,5
п-cos1,5
п)]Kу/4=0,784882+х0,006773 (при Ку=0,793353), т.е. для равновитковой обмотки (х=0) амплитуда МДС гармонической
=5/7 имеет относительное значение F
/F=Koб
/
Koб=0,05239/(5/7)0,7849=0,0934 или 934%, a при х=0,12-F
/F=0. Дифференциальное рассеяние обмотки, определяемое из многоугольника МДС фиг.3 по [3] путем вычисления квадратов радиусов i=4 пазовых точек одной повторяющейся части обмотки относительно центра, для неравновитковой обмотки при х=0,12 снижается на
60%.
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 =5/7, 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 28
пp=28
7,5
7=1470
-4
360
=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
Многофазная дробная (q=4/7) обмотка электрических машин переменного тока, выполненная 2р=14-полюсной двухслойной в z=48 пазах с числом пазов на полюс и фазу q=4/7 из К=48 катушек с номерами от 1К до 48К и шагом по пазам уп при их группировке по ряду 1101010, отличающаяся тем, что при числе фаз m=12 катушки 1К+4(к) и 2К+4(к) содержат по (1-x)wк витков, а катушки 3К+4(к) и 4К+4(к) - по (1+x)wк витков, в первой фазе включены последовательно-согласно катушки 1К, 8К, 15К, 22K с началом фазы из начала 1К и ее концом из конца 22К, а катушки каждой последующей фазы чередуются с интервалом в 28 номеров в пределах К=48 относительно катушек первой фазы, где уп=2; 2wк - число витков каждого паза, х=0,12 и значение к в номерах катушек изменяется в пределах от 0 до 11.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3