Трехфазная двухслойная дробная (q=1,5) полюсопереключаемая в отношении 2p1/2p2=2/1 обмотка

Изобретение относится к трехфазным полюсопереключаемым в отношении 2:1 обмоткам (ППО) электрических машин переменного тока и может использоваться на статоре трехфазных двух- и многоскоростных асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором.

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные ППО с числами полюсов в отношении 2p₁/2p₂=2/1 со схемами соединения фаз Y/YY или Δ/YY, выполняемые в z пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с q=z/6p₂ катушками в каждой при их шаге по пазам у_п≈z/2p₁ и разделении каждой фазы на две одинаковые части с нечетными группами в одной и четными в другой с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе, где q - целое число [Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических машин. М.: Энергия, 1970, с.450-451]. При дробном числе q=z/6p₂=b+0,5 (b=1, 2, 3,...) m=3-фазные обмотки имеют неодинаковые чередующиеся большие (b+1)-катушечные и малые b-катушечные группы [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.409-411], что не позволяет выполнять их в качестве таких ППО.

В изобретении ставится задача выравнивания ЭДС и сопротивлений больших и малых катушечных групп m=3-фазной дробной обмотки при q=1,5, что позволяет выполнять ее в качестве ППО с числами полюсов в отношении 2p₁/2p₂=8/4.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной дробной (q=1,5) полюсопереключаемой в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотки с соединением фаз по схемам Y/YY или Δ/YY, выполняемой в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам у_п≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной и четными в другой с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе: при 2p₁/2p₂=8/4 полюсах и q=1,5 группы нечетные двухкатушечные концентрические имеют шаги катушек у_пi=3, 1 с числами витков w_к и (1-x)w_к, а четные однокатушечные - у_п=2 с числом витков (1+х)w_к, где z=18, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,57.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой двухслойной трехфазной обмотки при q=1,5 и z=18 пазах с номерами 1...18 и N_кг=12 катушечных группах с номерами 1Г...12Г: сверху - для полюсности 2p₂=4 с чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y, где пронумерованы группы 1Г, 4Г, 7Г, 10Г первой фазы, и снизу - для полюсности 2p₁=8 с чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С для верхнего и X, Y, Z нижнего слоя; на фиг.2...5 построены (по треугольной сетке) многоугольники МДС обмотки по фиг.1 для полюсностей 2p₂=4 (фиг.2) и 2р₁=8 (фиг.3) при равновитковых катушках (х=0), а на фиг.4 и 5 - многоугольники МДС при неравновитковых катушках для х=0,5.

Соединения фаз, например, Y/YY для ППО при 2p₁/2p₂=8/4 полюсах соответствуют: Y - для полюсности 2p₁=8 с выводами начал фаз а, b, с при последовательно-согласном включении в каждой фазе нечетных групп в одной части и четных в другой с дополнительными выводами (а', b', с') из их средних точек (например, в фазе а группы 1Г, 7Г, 10Г, 4Г с дополнительным выводом а' из конца 7Г и начала 10Г), поэтому ППО для 2p₁=8 имеет m'=m=3 фазные зоны на пару полюсов с чередованиями по нижней развертке фиг.1; YY - для 2р₂=4 с выводами а', b', с' (выводы а, b, с закорочены) при параллельно-встречном включении тех же групп (например, в фазе а' - группы 10Г, 4Г и -7Г, -1Г), поэтому ППО для 2p₂=4 имеет m'=2m=6 фазных зон на пару полюсов с чередованиями по верхней развертке фиг.1 с зонами A-Z-B-X-C-Y (начиная с группы 4Г).

Обмотка по фиг.1 имеет шаги катушек по пазам у_пi=3, 1 (у_к.ср=z/2р₁-0,25=2) с числами витков w_к и (1-х)w_к двухкатушечных групп (нечетных), у_п=2 с числом витков (1+x)w_к однокатушечных групп (четных), где значение "х" определяется из условия получения одинаковых ЭДС больших и малых групп для полюсности 2p₂=4, соответствующей соединению YY. По коэффициентам укорочения катушек K_уi=sin(90°у_пi/τ_п) определяются для каждой полюсности ЭДС Е_г больших и малых катушечных групп при полюсном делении τ_п=z/2p и 2w_к=2 витках паза: для 2p₁=8 при τ_п=z/2p₁=18/8=2,25 - K_уi=0,86603 (у_пi=3), (1-х)0,64279(у_пi=1) и E_г.б=Σ(K_yiw_кi)=1,508813-x0,64279 - для больших (нечетных) групп, Е_г.м=К_у=(1+х)0,984808 (у_п=2) - для малых (четных) групп и обмоточный коэффициент для 2p₁=8 равен

для 2р₂=4 при τ_п=z/2p₂=18/4=4,5 - К_уi=0,86603 (у_пi=3), (1-x)0,34202 (у_пi=1) и Е_г.б=1,208045-х0,34202 - для больших групп, E_г.м=K_у=(1+x)0,642788 (у_п=2) - для малых групп и из условия Е_г.б=Е_г.м определяется значение х=0,57; обмоточный коэффициент для 2р₂=4 равен

а средний шаг катушек при х=0,57 равен у_п.cp=Σ(у_пiw_кi)/3=2+x/3=2,19. Средние шаги групп равны у_г.б=3+1-х=3,43 - для больших, у_г.м=2(1+х)=3,14 - для малых групп, т.е. практически у_г.б≈у_г.м, поэтому предлагаемая неравновитковая обмотка по фиг.1 при х=0,57 имеет практически одинаковые ЭДС и сопротивления (активные и индуктивные рассеяния) для всех катушечных групп.

Из многоугольников МДС фиг.2...5 по соотношениям

определяется для каждой полюсности ППО коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса i=1...2q пазовых точек относительно центра многоугольника, a R_o - радиус окружности для основной гармонической МДС [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, № 9, с.53-55].

Из многоугольников МДС фиг.2...5 (при стороне треугольной сетки в единицу длины) по теореме косинусов по (1)-(3) определяются:

для 2р₂=4 при х=0 (фиг.2) - R² _д=Σ(R² _i)/3=10/3, R_о=18·0,61694/2π и σ_д%=6,71; при х=0,57 (фиг.4) - R² _д=(10+2x+3x²)/3, R_o=18·0,6741/2π и σ_д%=8,28, т.е. σ_д.р2 возрастает в 8,28/6,71=1,23 раза;

для 2р₁=8 при х=0 (фиг.3) - R² _д=2,0, R_o=18·0,83121/4π, σ_д%=41,09; при х=0,57 (фиг.5) - R² _д=(6-2х+3х²)/3, R_o=18·0,8962/4π, σ_д%=18,02, т.е. σ_д.p1 снижается в 41,09/18,02=2,28 раза.

Если эффективность неравновитковой ППО по фиг.1 характеризовать произведениями коэффиентов обмоточных по (1)-(2) при их возрастании и дифференциального рассеяния по (3) при их уменьшении, то при х=0,57 коэффициент ее эффективности равен К_эф=(0,6741·0,8962/0,61794·0,8312) (6,71·41,09/8,28·18,02)=2,2, что характеризует высокую степень эффективности предлагаемой обмотки.

Таким образом, предложенная неравновитковая ППО по фиг.1 при х=0,57 характеризуется полной ее симметрией для полюсностей 2p₁=8 и 2р₂=4, имеет высокие обмоточные коэффициенты и пониженное дифференциальное рассеяние σ_д.р1 для большей полюсности 2p₁=8. Значение показателя "х" неравновитковости катушек при реальном проектировании трехфазного асинхронного двигателя с такой ППО может отличаться от найденного значения х=0,57 на ±(2...3)%.

Равновитковая (х=0) ППО при q=l,5 неработоспособна из-за ее несимметричности для полюсности 2р₂ (с соединением в двойную звезду YY) и значительных уравнительных токов.

Трехфазная двухслойная дробная (q=1,5) полюсопереключаемая в отношении 2p₁/2p₂=2/1 обмотка с соединением фаз по схемам Y/YY или Δ/YY, выполняемая в z=6p₂q пазах из N_кг=6р₂ катушечных групп с шагом катушек по пазам у_п≈z/2p₁ при разделении каждой фазы на две части с нечетными группами в одной, четными в другой и с дополнительными выводами средних точек в каждой фазе, отличающаяся тем, что катушечные группы концентрические нечетные двухкатушечные имеют шаги катушек У_пi=3, 1 с числами витков w_к и (1-x)w_к, а четные однокатушечные - у_п=2 с числом витков (1+x)w_к, где z=18 для 2p₁/2p₂=8/4, z =36 для 2p₁/2p₂=16/8, 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,57.