ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2р=6с ПОЛЮСАХ В z=39с ПАЗАХ

ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2р=6с ПОЛЮСАХ В z=39с ПАЗАХ


RU (11) 2293422 (13) C2

(51) МПК
H02K 3/04 (2006.01)
H02K 3/28 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2004124491/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.08.10 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.08.10 
(43) Дата публикации заявки: 2006.01.27 
(45) Опубликовано: 2007.02.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ЛИВШИЦ-ГАРИК М. Обмотки машин переменного тока. - Л.: ГЭИ, 1959, с.254. RU 2002122164 A1, 15.02.2002. RU 2091958 C1, 27.09.1997. RU 2079946 C1, 20.05.1997. US 3348084 A, 17.10.1967. GB 1303992 A, 24.10.1973. ВОЛЬДЕК А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1978, с.392-394. 
(72) Автор(ы): Ахунов Турсун Абдалимович (RU); Макаров Лев Николаевич (RU); Попов Виктор Иванович (RU); Петров Юрий Николаевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество Ярославский электромашиностроительный завод - ОАО "ELDIN" (ЭЛДИН) (RU); Волжская государственная инженерно-педагогическая академия - ВГИПА (RU) 
Адрес для переписки: 150040, г.Ярославль, пр-т Октября, 74, ОАО "ELDIN", патентная группа 

(54) ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2р=6с ПОЛЮСАХ В z=39с ПАЗАХ

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к трехфазным асинхронным и синхронным электрическим машинам, и может быть использовано, в частности, в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния m=3-фазной, m =m=3-зонной несимметричной петлевой, дробной обмотки при 2p=6c полюсах в z=39с пазах и при q=z/3p=13/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=39с пазах, выполняемой двуслойной m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=13/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 5 4 4 4 4 5 4 5 4, повторяемой с раз, согласно данному изобретению, концентрические катушки имеют шаги по пазам yпi=10-2(i-1) и числа витков (1-х)w к для катушек с i =1, 5 и число витков (1+x)wк для катушки с i=3 для пятикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам у пi=9-2(i -1) и число витков (1+x)wк для катушки с i =2 для всех четырехкатушечных групп, при этом число витков равно (1-х)wк для катушки с i=4 для катушечных групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам уп=6 число витков равно (1-х)wк для катушки с i=4 в катушечной группе 2Г и для катушки с i=1 в катушечной группе 5Г, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп равно wк, где с=1, 2, 3,...; i=1...5 и i =1...4 - номера катушек групп, начиная с наружной; 2w к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой; х=0,5. 4 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока - асинхронных двигателей (АД) и синхронных генераторов (СГ).

Известны петлевые двухслойные m=3-фазные дробные обмотки, выполняемые при 2р полюсах в z пазах из m p катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при среднем шаге по пазам yк z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/m p=b+c/d, где m =2m=6 или m =m=3 - число фазных зон на пару полюсов, c/d<1; по условиям симметрии отношения 2p/d - целые, d/m - нецелые [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-394].

Группировки катушек в группах дробных несимметричных (d/m - целое) обмоток задаются рядами и зависят от c/d [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока./Пер. с англ. Л.: ГЭИ,1959, с.254], например 5 4 4 4 4 5 4 5 4 для q=13/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m =3-зонной обмотки при q=13/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной пробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=39с пазах, выполняемой двуслойной m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=13/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 5 4 4 4 4 5 4 5 4, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам yпi=10-2(i-1) с числами витков (1-х)wк катушек с i=1, 5 и (1+х)wк катушки с i=3 для групп пятикатушечных 1Г, 6Г, 8Г, у пi=9-2(i -1) с числом витков (1+x)wк катушки с i =2 для всех четырехкатушечных групп при (1-х)wк витках катушки с i =4 групп в 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при y п=6-(1-x)wк витках катушки с i'=4 в 2Г и с i'=1 в 5Г при wк в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...5 и i'=1...4 - номера катушек в группах, начиная с наружной, х=0,5, а 2wк - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=39 с номерами 1...39 снизу, 3р=9 группах с номерами 1Г...9Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего, X-Y-Z нижнего слоев и зачерненные пазы содержат (2-х)wк витков при 2wк витках в остальных пазах, а снизу размечены сдвиги осей групп; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов групп, их ЭДС фаз ЕА, ЕВ, ЕС относительно оси симметрии 8Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке построены многоугольники МДС обмотки для катушек равно- (фиг.3) и неравновитковых (фиг.4). Обмотка (фиг.1) соединяется при последовательно-согласном включении групп: 1Г, 4Г, 7Г в фазе I, 2Г, 5Г, 8Г в фазе II, 3Г, 6Г, 9Г в фазе III c началами из 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться в Y и . При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов, z=39с=78, 117,... пазов и 3рс=18, 27,... групп.

Для обмотки (фиг.1) ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек Kyi=sin(90yпi/ п)=sin(180°упi/13) при полюсном делении п=z/2р=6,5; Кyi=(1-х)0,663123 (у пi=10), (1+х)0,992709 (упi=6), (1-х)0,464723 (упi=2) при Ег.б=3,878555-х0,135137 для групп пятикатушечных (больших), (1+х)0,992709 (y пi=7) (1-х)0,663123 (у пi=3) при Ег.м=3,413832+х0,329586 групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г четырехкатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=39. п=360°/z=120°/13 и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г 9Г=4,5 пр=120°+0,5 п и 8Г 7Г=240°-0,5 п; 8Г-1Г=9 пp=240°+ п и 8Г 6Г=120°- п; 8Г 2Г=13,5 пp=360°+1,5 п и 8Г 5Г=360°-1,5 п; 8Г 3Г=17,5 пр=120°+0,5 п и 8Г 4Г=240°-0,5 п, по которой: EВ=E8Г(б) +2E2Г(м)cos1,5 п=10,50782+x0,6647423 - вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г - 2х[cos1,5 п-cos(1,5-1,5·3) п]=+x0,79988; Е2 А=(2Е 4Г(м))2+Е2 1Г(б)-4Е 4Г(м)Е1Г(б)cos(180°-1,5 п) - по теореме косинусов и при х=0 - Е А=ЕС=10,6341, угол (фиг.2) определяется по теореме синусов Е4Г /sin =EA/sin(180°-1,5 п), откуда =8,8387° и тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны BA= BC=120°- п+ =119,6079 и AC=120,7841°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=ЕBA=b=ЕBC=18,2733, с=ЕAC=18,4911 и тогда по выражениям: S=а+b+с, А=(а 2+b2+с2)/6, Kнес%=(F/D) [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, с.162] вычисляется коэффициент несимметрии Кнес% =0,79% при Коб=(ЕАС+2ЕВА)/ ·39=0,8148.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: ЕВ=10,8402, ЕА =ЕС=10,8957, =9,0446°, ВА= ВС=119,8138°, АС=120,3724°, а=ЕВА=b=Е ВС=18,8062, с=ЕАС=18,9073, Кнес%=0,35, Kоб=(EАС+2EВА) (z-3x)=0,8702 и z'=39-3x=37,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший Коб и меньший Кнес% (в 0,79/0,35=2,26 раза).

Из многоугольников МДС фиг.3, 4 (с единичными векторами токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y в центре) по треугольной сетке и соотношениям



определяется коэффициент дифференциального рассеяния Д%, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу МДС при квадрате среднего радиуса j=1...z пазовых точек R2 д, радиусе Ro окружности для основной гармонической [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55]:



По (1)-(2): при x=0, Коб=0,8148 - R2 д=477/39, Ro=39·0,8184/3 и Д%=7,60; при х=0,5 и Коб=0,8702 - R2 д=486,75/39, Ro=37,5·0,8702/3 , Д%=4,11%, т.е. Д% снижается в 7,60/4,11=1,85 раза. С учетом изменений Коб, Кнес%, д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность Кэф=(0,8708/0,8148)(0,79/0,35)(7,60/4,11)(37,5/39)=4,3; при оптимальном х=хопт достигается Кнес =0.

Предлагаемая m =3-зонная обмотка, в сравнении с m =6-зонной при z=39, 2р=6, q=z/6р=13/6, уп=5, группировке 322222232222223222, Коб=0,8912, К нес%=0,43 и Д%=4,27, имеет пониженные Кнес и Д при вдвое меньшем числе групп.

Ее применение позволяет снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в АД с к. з. ротором, улучшать форму кривой напряжения в СГ.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2p=6с полюсах в z=39с пазах, выполняемая двуслойной m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р=13/3 из 3рс катушечных групп с группировкой 5 4 4 4 4 5 4 5 4, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам yпi=10-2(i-1) и числа витков (1-x)wк для катушек с i =1,5 и число витков (1+x)wк для катушки с i=3 для пятикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y пi=9-2(i -1) и число витков (1+х)wк для катушки с i =2 для всех четырехкатушечных групп, при этом число витков равно (1-х)wк для катушки с i=4 для катушечных групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г при шаге по пазам уп=6 число витков равно (1-х)wк для катушки с i=4 в катушечной группе 2Г и для катушки с i=1 в катушечной группе 5Г, при этом число витков в остальных катушках катушечных групп равно wк, где c=1, 2, 3,...; i=1...5 и i =1...4 - номера катушек в катушечных группах, начиная с наружной; 2wк - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой; х=0,5.