ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА

ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА


RU (11) 2088022 (13) C1

(51) 6 H02K3/28, H02K47/24 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94000976/07 
(22) Дата подачи заявки: 1994.01.12 
(45) Опубликовано: 1997.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Попов В.И. Электромашинные совмещенные преобразователи частоты. - М.: Энергия, 1980. 2. Попов В.И. Электричество, N 6, 1987, с. 50 - 53. 3. Авторское свидетельство СССР N 1050045, кл. H 02 K 3/28, 47/24, 1983. 
(71) Заявитель(и): Волжский инженерно-педагогический институт 
(72) Автор(ы): Попов В.И.; Петров Ю.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Волжский инженерно-педагогический институт 

(54) ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА 

Область использования: электрические машины переменного тока с двумя разнополюсными рабочими полями. Сущность изобретения: обмотка ротора с числами пар полюсов p2/p1 = 4/1 выполнена двухслойной в Z пазах из 6p2 = 24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г, является многофазной короткозамкнутой для полюсности p1 = 1 и трехфазной для полюсности p2 = 4 с соединением фаз звездой или треугольником с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца, выполнена в Z = 54 пазах, в первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г-10Г и к каждой из них подключена параллельно - согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г, для двух других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1, с интервалами в 8 групп для фазы Р2 и в 16 групп для фаз Р3, группы содержат концентричные катушки с шагами Уп = 21, 19, 17 для трехкатушечных групп 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г и с шагами Уп = 20, 18 для двухкатушечных остальных групп. Технический результат: улучшение электромагнитных параметров. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе.

Известны одномашинные преобразователи частоты в конструкции асинхронной машины с контактными кольцами, совмещенная роторная обмотка которых работает как многофазная короткозамкнутая для полюсности p1 и как трехфазная для полюсности p2 с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца [1]

Наиболее близкой к предлагаемой является совмещенная обмотка ротора при p2/p1 3/1, выполняемая двухслойной из 6p2 распределенных катушечных групп с номерами в фазах Р1, Р2, Р3 соответственно 1+3к, 3+3к, 5+3к и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим фазы, концы нечетных и четных групп соединены вместе, а начала четных групп соединены в нулевую точку звезды, где к 0, 1, 2, (2р-1) [3] Такая совмещенная обмотка выполнима при целом числе пазов на полюс и фазу q Z/6p2 ц.ч. что ограничивает ее область применения.

В настоящем изобретении решается задача расширения области применения и улучшения электромагнитных параметров совмещенной обмотки ротора с числами пар полюсов p2/p1 4/1 при дробном числе пазов на полюс и фазу q 2,25.

Сущность изобретения заключается в том, что для электромашинной совмещенной обмотки ротора одномашинного преобразователя частоты с числами пар полюсов p2/p1 4/1, выполненной в Z пазах из 6р2 24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г, многофазной короткозамкнутой для полюсности p1 1 и трехфазной для полюсности p2 4 с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца: обмотка выполнена в Z 54 пазах, в первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г, -10Г и к каждой из них подключена параллельно-согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г, а для других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в восемь групп для фазы Р2 и в шестнадцать групп для фазы Р3, причем группы содержат равношаговые с шагом по пазам Уп 19 или концентрические катушки с шагами Уп 21, 19, 17 для трехкатушечных групп 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г и с шагами Уп 20, 18 для двухкатушечных остальных групп, где знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе относительно группы без этого знака; для обмотки по второму варианту концентрические катушки имеют числа витков соответственно wк, wк, 0,5wк для трехкатушечных групп и по wк витков для двухкатушечных групп; для обмотки по третьему варианту концентрические катушки трехкатушечных групп имеют числа витков соответственно wк; 1,5wк; 0,5wк.

На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки; на фиг. 2 и 3 чередования по пазам фазных зон обмотки для полюсностей p2 4 (фиг. 2) и p1 1 (фиг. 3); на фиг. 4 диаграмма сдвига осей катушечных групп для полюсности p2 4, где угол = 15/q на фиг. 5 - упрощенная схема соединений фазы Р1-0 обмотки; на фиг. 6 многоугольники МДС обмотки для полюсностей p2 4 (внутренний) и p1 1 (наружный).

Обмотка (фиг. 1) выполнена в Z 54 пазах двухслойной, трехфазной для полюсности p2 4 из 6p2 24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г и соединена в звезду с выводами зажимов начал фаз Р1, Р2, Р3. Группы 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г содержат по три концентрические катушки с шагами по пазам Уп 21, 19, 17, а остальные группы по две концентрические катушки с шагами Уп 20, 18. В первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г, -10Г и к каждой из них подключена параллельно-согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г (см. также фиг. 5), где знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе относительно группы без этого знака. Для фаз Р2 и Р3 номера групп чередуются относительно группы фазы Р1 с интервалами в восемь (Р2) и шестнадцать (Р3) групп.

Коэффициенты укорочения катушек Kу= sin (yп/2) для полюсностей p1 1 и p2 4 при полюсных делениях 1= 54/2= 27 и 4= 54/8=6,75 даны в таблице.

Соединения в фазе обмотки (фиг. 5) образуют для полюсности p2 4 две одинаковые параллельные ветви с уравнительными соединениями между их равнопотенциальными точками, а для полюсности p1 1 эта фаза образует 8-фазную короткозамкнутую систему; все три фазы Р1, Р2, Р3 образуют (для полюсности p1 1) 24-фазную короткозамкнутую систему.

Для обмотки по первому варианту при равновитковых катушках по коэффициентам укорочения концентрических катушек определяются обмоточные коэффициенты: для полюсности p2 4 с учетом фиг. 4 при угле для полюсности p1 1 Коб1 [(0,9397 + 0,8936 + 0,8355) +3(0,9182 + 0,8660)]/9 0,8913 при числе витков фазы wф 9wк. Для обмотки по второму варианту при числах витков wк, wк, 0,5wк катушек 3-х катушечных групп: Коб4 0,9264 и Коб1 0,8946; для обмотки по третьему варианту при числах витков wк; 1,5wк; 0,5wк катушек 3-х катушечных групп: Коб4 0,9281 и Коб1 0,8945.

Для оценки электромагнитных параметров предлагаемой совмещенной обмотки используем многоугольники МДС для каждой полюсности, по которым определяются [2] квадрат среднего радиуса пазовых точек; R=(ZKоб/p) радиус окружности для основной гармонической МДС; д%=[(Rд/R)2-1]100 коэффициент дифференциального рассеяния, характеризующий качество обмотки по уровню содержания в кривой МДС высших (и низших) гармонических. Многоугольники МДС строятся по чередованиям фазных зон (фиг. 2 и 3).

Для полюсности p2 4 с числом фаз m4 3 фазные зоны обозначены (фиг. 2) как А, В, С для начальных сторон катушечных групп и X, У, Z для их конечных сторон, а векторы токов фазных зон изображены единичными векторами в центре фиг. 6. Для полюсности p1 1 с числом фаз m1 24 обозначениям фазных зон приписаны один, два, три штриха сверху и токи фазных зон показаны векторами на фиг. 6. На фиг. 2 и 3 зачернены части пазов, соответствующие сторонам катушки шага Уп 17 с 0,5wк витками (для обмотки по второму варианту).

По фиг. 2 с использованием вспомогательной треугольной сетки (ее сторона принята за единицу длины) на фиг. 6 построен многоугольник МДС (внутренний) для полюсности p2 4, по которому определяются: ,

где Z'= 51 эквивалентное число полностью заполненных пазов для обмотки по второму варианту. Для обмотки по первому варианту (при равновитковых катушках) д%= 4,143 а для обмотки по третьему варианту д%= 3,552 Таким образом, выполнение обмотки с неравновитковыми катушками снижает ее дифференциальное рассеяние для полюсности p2 4: в 4,143/2,381 1,74 для обмотки по второму варианту и в 4,143/3,552 1,17 раза для обмотки по третьему варианту.

По фиг. 3 с использованием вспомогательных равнобедренных треугольников [2] на фиг. 6 построен наружный многоугольник МДС для полюсности p1 1. Его одна повторяющаяся часть содержит девять точек (точки 1-9), построенных по треугольникам (их стороны соответствуют направлениям токов фазных зон и угол при вершине равен 120o): большого abk с основанием ab и боковыми сторонами в 2,5 единиц; трех малых с основаниями bc cd de и боковыми сторонами в 2 единицы. При центре многоугольника в точке 0 радиус Rк 0к равен и тогда для точки 2 R22= (Rк-0,5)2= 214,80516 а для точек 1 и Из треугольника kb(4) с углом kb(4) 135o сторона n к(4) по теореме косинусов равна n2 2,52 + 12 22,51Cos 135o

10,785535 и n 3,2841338, тогда угол bk(4) определяется по теореме синусов из соотношения n/sin 135q= 1/sin и равен 12,4337o; угол =Ок(4)=60q+= 72,4337q и тогда для точек 4 и 9 по теореме косинусов R24= R29=R2к+n2-2<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>Rкncos=210,45179 Радиус Rh 0h равен и тогда для точек 6 и 7 по теореме косинусов R26=R27=R2h+12-2<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>Rh1cos60= 211,64598 Из треугольника ch(5) с углом (5)ch 135o сторона m h(5) равна по теореме косинусов m2 22 + 12 221сos 135o 7,828428 и m 2,7979328, тогда угол ch(5) по теореме синусов определяется из соотношения m/sin 135q= 1/sin и равен = 14,6388q; угол = 0h(5) = 60+=74,6388 и тогда для точек 5 и 8 по теореме косинусов R25=R28=R2h+m2-2<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>Rhmcos = 211,22824 Таким образом, [R2д1=[R22+2(R23+R24+R25+R26)]/9 = 211,10123 и тогда д%= 0,0904 0,0904 при R2=(510,8946/)2 При равновитковых катушках д% 0,0744.

Таким образом, предлагаемая обмотка имеет высокие значения электромагнитных параметров при q 2,25 и по сравнению с обмоткой по прототипу [3] выполнимой при q ц.ч. имеет расширенное применение.

Такая обмотка может применяться, например, в асинхронном одномашинном преобразователе частоты 60/300 Гц в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами при Z2 54 пазах. Ее применение упрощает конструкцию и изготовление машины, снижает расход меди и изоляции на роторе, повышает энергетические показатели и эксплуатационную надежность машины. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Электромашинная совмещенная обмотка ротора одномашинного преобразователя частоты с числами пат полюсов р2/р1 4/1, выполненная двухслойной в Z пазах из 6р2=24 катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г, многофазная короткозамкнутая для полюсности р1=1 и трехфазная для полюсности р2=4 с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контакные кольца, отличающаяся тем, что обмотка выполнена в Z 54 пазах, в первой фазе с зажимом РJ из начала группы 1Г соединены последовательно группы 1Г, -4Г, 7Г, -10Г и к каждой из них подключена параллельно-согласно группа соответственно 13Г, -16Г, 19Г, -22Г, а для двух других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в восемь групп для фазы Р2 и в шестнадцать групп для фазы Р3, причем группы содержат концентрические катушки с шагами уп 21, 19, 17 для трехкатушечных групп 1Г, 5Г, 9Г, 13Г, 17Г, 21Г и с шагами уп 20, 18 для двухкатушечных остальных групп, где знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе относительно группы без этого знака.

2. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют числа витков соответственно Wк, Wк, 0,5Wк для групп трехкатушечных и по Wк для двухкатушечных.

3. Обмотка по п.1, отличающаяся тем, что концентрические катушки трехкатушечных групп имеют числа витков соответственно Wк, 1,5Wк, 0,5Wк.