ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=48c ПАЗАХ

ТРЕХФАЗНАЯ НЕСИММЕТРИЧНАЯ ДРОБНАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=6c ПОЛЮСАХ В z=48c ПАЗАХ


RU (11) 2293418 (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: 2004124277/09 
(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 А1, 15.02.2002. RU 2079946 C1. 20.05.1997. US 3348084 А, 17.10.1967. GB 1303992 А, 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=6c ПОЛЮСАХ В z=48c ПАЗАХ

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах, в частности в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат - снижение коэффициентов несимметрии и дифференциального рассеяния несимметричной петлевой дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=48с пазах. Сущность изобретения состоит с том, что в трехфазной несимметричной дробной обмотке при 2р=6с полюсах в z=48с пазах, выполняемой двухслойной, m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=16/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 6 5 5 5 5 6 5 6 5, повторяемой с раз, согласно изобретению концентрические катушки катушечных групп имеют шаги по пазам упi=13-2(i-1) и числа витков (1-x)wк для катушек с i=1, 6 и число витков (1-х)wк для катушки с i=3 для шестикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y пi=12-2(i -1) и число витков (1+x)wк для катушки с i =3 для всех пятикатушечных групп при числе витков (1-x)w к для катушек с i =1 катушечных групп 3Г, 4Г и для катушек с i =5 катушечных групп 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г число витков составляет Уп=8=(1-x)wк для катушки с i =5 в катушечной группе 2Г и для катушки с i =1 в катушечной группе 5Г, при этом в остальных катушках катушечных групп число витков равно wк, где с=1, 2, 3,...; i=1...6 и i =1...5 - номера катушек в катушечных группах, начиная с наружной; 2wк - число витков в пазах, 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 ук 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, C.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 6 5 5 5 5 6 5 6 5 для q=16/3; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m =3-зонной обмотки при q=16/3.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=6с полюсах в z=48с пазах, выполняемой двуслойной m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=16/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 6 5 5 5 5 6 5 6 5, повторяемой с раз:

концентрические катушки имеют шаги по пазам упi=13-2(i-1) с числами витков (1-х)wк катушек с i=1, 6 и (1+x)wк катушки с i=3 для групп шестикатушечных 1Г, 6Г, 8Г, у пi=12-2(i -1) с числом витков (1+х)wк катушки с i =3 для всех пятикатушечных групп при (1-х)wк витках катушек с i =1 групп 3Г, 4Г и с i =5 групп 7Г, 9Г, а для групп 2Г, 5Г при yп=8 - (1-x)wк витках катушки с i =5 в 2Г и с i =1 в 5Г при wк в остальных катушках групп, где с=1, 2, 3,..., i=1...6 и i =1...5 - номера катушек в группах, начиная с наружной, х=0,5, a 2wк - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=6, z=48 с номерами 1...48 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 с началами из 1Г, 2Г, 3Г; фазы могут сопрягаться в Y и . При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=6с=12, 18,... полюсов, z=48c=96, 144,... пазов и 3рс=18, 27,... групп.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек Kyi=sin(90упi/ п)=sin(11,25°упi) при полюсном делении п=z/2p=8: Кyi=(1-х)0,55557 (у пi=13 и 3), (1+х)0,980785 (упi=9) при E г.б=4,73565-х0,130355 для групп шестикатушечных (больших), (1-х)0,707107 (y пi=12 или 4), (1+х)1,0 (у пi=8) при Ег.м=4,261973+х0,292893 для групп 3Г, 4Г, 7Г, 9Г пятикатушечных (малых). Диаграмма фиг.2 построена для 2р=6, z=48, п=360°/z=7,5° и углах сдвигов осей групп по фиг.1: 8Г 9Г=5,5 пр=123,75°=120°+0,5 п и 8Г 7Г=240°-0,5 п; 8Г 1Г=11(22,5°)=247,5°=240°+ п и 8Г 6Г=120°- п; 8Г 2Г=16,5(22,5°)=371,25°=360°+1,5 п и 8Г 5Г=360°-1,5 п; 8Г 3Г=21,5(22,5°)=120°+0,5 п и 8Г 4Г=240°-0,5 п, по которой ЭДС фаз равны: ЕВ=Е 8Г(б)+2Е2Г(м)cos(11,25°)=13,09581+x·0,720075 - вертикальный вектор, где для неконцентрических групп 2Г, 5Г 2х[cos(1,5 п)-cos(1,5+2·3) п]=+x0,8504301; E2 A=(2E 4Г(м))2+Е2 1Г(б)-4Е 4Г(м)·Е1Г(б)cos(180°-11,25°) - по теореме косинусов и при х=0 - ЕА=ЕС =13,201, а угол на фиг.2 определяется по теореме синусов 2Е4Г /sin =EA/sin(168,75°), откуда =7,2368°, тогда углы сдвигов фазных ЭДС равны: ВА= ВС=120°-7,5°+ =119,737 и АС=120,5264°. По фазным ЭДС и их углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=ЕВА=b=ЕВС =22,7435, с=ЕАС=22,9252 и тогда по выражениям: S=a+b+c, A=(a2+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%=0,532% при Коб=(ЕАС+2ЕВА)/ 

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,5: ЕВ=13,4559, ЕА=Е С=13,4285, =7,3593°, ВА= ВС=119,8593°, АС=120,2814°, а=ЕВА=b=Е ВС=23,2660, с=ЕАС=23,2918, Кнес%=0,069, Коб=(ЕАС+2ЕВА)· и z =48-3х=46,5 - эквивалентное число полностью заполненных обмоткой пазов, т.е. она имеет больший Коб и меньший Кнес% (в 0,532/0,069=7,7 раза).

Из многоугольников МДС фиг.3, 4 (с единичными векторами токов фазных зон А-Z-В-Х-С-Y в центре) по треугольной сетке и соотношениям

д%=[(Rд/RO)2 -1]100; R2 д= (R2 j)/z; Ro=z Коб/p (1)

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]:

R2 д= (R2 j)/z=(885+24x+33x2 )/48. (2)

По (1), (2): при x=0, Коб=0,82287 - R2 д=885/48, Ro=48·0,82287/3 и д%=4,98; при х=0,5 и Коб=0,86694 - R2 д=905,25/48, Ro=46,5·0,86694/3 и д%=3,08%, т.е. д% снижается в 4,98/3,08=1,62 раза. С учетом изменений Коб, Кнес%, д% обмотка по фиг.1 при х=0,5 имеет высокую эффективность Кэф=(0,86694/0,82287)(0,532/0,069)(4,98/3,08)(46,5/48)=12,65; отметим, что при оптимальном х=хопт - Кнес =0.

Предлагаемая m =3-зонная обмотка, в сравнении с m =6-зонной при z=48, 2p=6, q=z/6p=8/3, yп=7, группировке 3 2 3 2 3 3 3 3 2, Коб=0,9320, Кнес% =0,534, д%=3,20, имеет пониженные Кнес и д при вдвое меньшем числе катушечных 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 2р=6с полюсах в z=48с пазах, выполняемая двухслойной, m =3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=16/3 из 3рс катушечных групп 1Г...9Г с группировкой 6 5 5 5 5 6 5 6 5, повторяемой с раз, отличающаяся тем, что концентрические катушки катушечных групп имеют шаги по пазам yпi=13-2(i-1) и числа витков (1-х)wк для катушек с i=1, 6 и число витков (1-х)wк для катушки с i=3 для шестикатушечных групп 1Г, 6Г, 8Г, шаги по пазам y пi=12-2(i -1) и число витков (1+x)wк для катушки с i =3 для всех пятикатушечных групп при числе витков (1-х)w к для катушек с i =1 катушечных групп 3Г, 4Г и для катушек с i =5 катушечных групп 7Г, 9Г, а для катушечных групп 2Г, 5Г число витков составляет уп=8=(1-x)wк для катушки с i =5 в катушечной группе 2Г и для катушки с i =1 в катушечной группе 5Г, при этом в остальных катушках катушечных групп число витков равно wк, где с=1, 2, 3,...; i=1...6 и i =1...5 - номера катушек в катушечных группах, начиная с наружной, 2wк - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой, х=0,5.