ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=24с ПАЗАХ

ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=24с ПАЗАХ


RU (11) 2293420 (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: 2004124312/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.08.09 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.08.09 
(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 2079946 C1, 20.05.1997. RU 2091958 C1, 27.09.1997. 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 2p=6с ПОЛЮСАХ В z=24с ПАЗАХ

Изобретение относится к области элетротехники и электромашиностроении и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах, в частности в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния m=3-фазной, m =m=3-зонной несимметричной петлевой дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=24с пазах и при q=z/3p=8/3. Сущность изобретения состоит в том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=24с пазах, выполняемой двуслойной m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p из 3рс катушечных групп с группировкой 3 2 3 2 3 3 3 3 2, повторяемой с раз, согласно данному изобретению концентрические катушки имеют шаги по пазам Упi=6, 4, 2 и числа витков (1-х)w к, (1+х)wк соответственно, для трехкатушечных групп и шаги по пазам у пi=5, 3 и числа витков wк, (1+х)w к соответственно, для двухкатушечных групп при значении х=0,5, где с=1, 2, 3,...; 2wк - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 4 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока - асинхронных и синхронных.

Известны петлевые и 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 ук z/2p, число 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, с/d<1; по условиям симметрии отношения 2р/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 с/d [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.254], например 3 2 3 2 3 3 3 3 2 для q=8/3; несимметрия фаз приводит к возрастанию дифференциального рассеяния.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m =3-зонной обмотки при q=8/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=24с фазах, выполняемой двухслойной m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=8/3 из 3р·с катушечных групп с группировкой 3 2 3 2 3 3 3 3 2, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам упi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)wк , (1+х)wк для групп трехкатушечных у пi=5,3 c числами витков wк, (1+х)w к, для двухкатушечных при х=0,5, где с=1, 2, 3,... и 2w к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев с верхними лобовыми частями предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=24 пазах с номерами 1...24 снизу, 3р=9 группах с номерами 1Г...9Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего и Х-Y-Z нижнего слоев, где зачерненные пазы содержат (2-х)wк витков при 2wк витках во всех остальных пазах и снизу размечены сдвиги осей групп; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов ЭДС групп, фаз ЕА , ЕВ, ЕС относительно оси симметрии 2Г группировки; на фиг.3, 4 построены по треугольной сетке многоугольники МДС обмотки фиг.1 для катушек равно - фиг.3, неравновитковых - фиг.4. Такая m'=3-зонная обмотка по фиг.1 соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении в фазах ее групп: 1Г, 4Г, 7Г в фазе I, 2Г, 5Г, 8Г - в фазе II, 3Г, 6Г, 9Г - в фазе III с их началами из начал групп: 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов при z=24c=48, 72,... пазах и 3рс=18, 27,...группах.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек Кyi=sin(90yi/ П)=sin(22,5°yi) при полюсном делении П=z/2p=4:Кyi(1-х)0,707107(упi =6), (1-x)1,0(упi=4), (1-x)0,707107(упi =2) при Ег.б=2,414214-x0,414214 для групп трехкатушечных (больших) и 0,92388 (у пi=5), (1-x)0,92388(у пi=3) при Ег.м=1,84776+x0,92388 для двухкатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6,z=24, П=360°/z=15° и углах сдвигов осей групп (см. фиг.1): 2Г 3Г=2,5( Пр)=112,5°=120°-0,5° П и 2Г 1Г=240°+0,5 П; 2Г 4Г-5(45°)=225°=240°- П 2Г 9Г=120°+ П; 2Г 5Г=7,5(45°)=337,5°-360°-1,5 П и 2Г 8Г=360°+1,5 П; 2Г 6Г=10,5(45°)=120°-0,5 П и 2Г 7Г=240°+0,5 П, по которой ЭДС фазы равны: ЕВ=Е 2г(м)+2Е5г(б)cos(22,5°)=6,308646+x0,158513 - вертикальный вектор; Е2 А=(2Е1г(б) 2+Е2 г4(м)-4Е1г(б) Ег4(м)cos(180°-22,5°) - по теореме косинусов и при х=0-ЕА=Ес=6,57368, а угол на фиг.2 определяется по теореме синусов Ег.м /sin =ЕА/sin(157,5°), откуда =6,17505°, тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны: ВА= ВС=120°-7,5°+ =118,67505, АС=122,650°. По фазным ЭДС и углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=ЕВА=b=EBC=11,08203, c=EAC=11,53491, тогда по выражениям: S=a+b+c, A=(a 2+b2+c2)/6, и Кнес%=(F/D)100% [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М. - Л.: ГЭИ, 1963, с.162] вычисляется коэффициент несимметрии Кнес%=2,71 при Коб=(ЕАС+2ЕВА)/24=0,81067 (для х=0).

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5:Ев=6,38790, ЕА=Ес=6,60748, =7,6875°, ВА= ВС=120,1875°, АС=119,625°, а=ЕВА=b=ЕВС =11,26548, с=ЕАС=11,42281, Кнес%=0,93, Коб=(ЕАС+2ЕВА)/(z-3x)=0,87125 и z'=(24-3x)=22,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший Коб и значительно меньший Кнес%(в 2,71/0,93=2,91 раза).

Из многоугольников МДС фиг.3 и 4 (с единичными векторами токов фазных зон A-Z-B-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=i...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.5-55]:



По (1)-(2): при х=0 и Коб=0,81067-R 2 д=123/24=5,125, Rо=24·0,81067/3 , д% 20,26%; при х=0,5 и Коб=0,87125-R 2 д=15,5/24, Ro=22,5·0,87125/3 (для z =24-3x=22,5) и д%=11,24%, т.е. снижается в 20,26/11,24=1,80 раза; средний шаг катушек уп.ср.= (упiwкi)/z =(96-15x)/(24-3x)=3,933. C учетом изменений Коб , Кнес%, д% обмотка фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность Кэф=(0,87125/0,81067)(2,71/0,93)(20,26/11,24)(22,5/24)=5,3, а при оптимальном х=хопт=0,52-Кнес%=0,855, Коб=0,87385 (z=22,44), д%=11,18%, Уп.ср=3,93 и Кэф =5,78.

Отметим, что m =6-зонная обмотка при z=24, 2p=6, q=z/6p=4/3, группировке 2 1 1 1 1 2 1 2 1 имеет уп=3, Коб=0,8656, Кнес%=2,01 и д%=13,2, т.е. в предлагаемой m =3-зонной обмотке понижены Кнес и д при вдвое меньшем числе групп.

Ее применение позволяет снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, улучшать форму кривой напряжения в синхронных генераторах.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Трехфазная несимметричная дробная обмотка при 2р=6с полюсах в z=24с пазах, выполняемая двуслойной m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p из 3рс катушечных групп с группировкой 3 2 3 2 3 3 3 3 2, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам упi=6, 4, 2 и числа витков (1-х)wк , (1+х)wк, (1-х)wк, соответственно для трехкатушечных групп и шаги по пазам у пi=5, 3 и числа витков wк, (1+х)w к, соответственно для двухкатушечных групп при значении х=0,5, где с=1, 2, 3,...; 2wк - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой.