ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА

ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА


RU (11) 2079947 (13) C1

(51) 6 H02K3/28 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 5051117/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.07.01 
(45) Опубликовано: 1997.05.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 243033, кл. H 02 K 3/00, 1973. 2. Попов В.И. Электромашинные совмещенные преобразователи частоты. - М.: Энергия, 1980. 3. Авторское свидетельство СССР N 1050045, кл. H 02 K 3/28, 1983. 
(71) Заявитель(и): Волжский инженерно-педагогический институт 
(72) Автор(ы): Попов В.И. 
(73) Патентообладатель(и): Волжский инженерно-педагогический институт 

(54) ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА РОТОРА 

Область использования: электрические совмещенные машины переменного тока с двумя разнополюсными полями, выполняемые в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами. Сущность изобретения: электромашинная совмещенная обмотка ротора с числами пар полюсов p1/p2, многофазная короткозамкнутая для полюсности P1 и трехфазная для полюсности P2 с соединением фаз звездой или треугольником и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца выполнена в Z=36 пазах двухслойной из равномерно смешенных катушек, обмотка содержит К= 18 катушек с номерами от 1К до 18К с шагом по пазам Yп и К=18 катушек с номерами от 1К' до 18К' с шагом по пазам Y'п в первой фазе с зажимом Р1 из начала катушки 1К соединены последовательно катушки с номерами 1К, 2К, 3К,-10К, 11К, -12К и к каждой из них подключена параллельно-согласно катушкам с номером соответственно 1К', 2К', 3К' - 10К', -11К', -12 К', а для двух других фаз номера катушек чередуются относительно фазы Р1 с интервалами в шесть катушек для фазы Р2 и в двенадцать катушек для фазы Р3, чередующиеся катушки с шагами Yп и Y'п соосны друг с другом для их одинаковых номеров и имеют числа витков в отношении (1-х):(1+х), где знак минус перед номером катушки означает ее встречное включение в фазе, при p1=5, Yп = 17, Y'п = 11 и х= 0,1. Достигаемый технический результат: расширение области применения и улучшение электромагнитных параметров. 7 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к обмоткам электрических совмещенных машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе, выполняемым в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами.

Известны совмещенные электромашинные обмотки, выполняемые из пространственно смещенных катушек и соединяемые в параллельные ветви для полюсности р1 с выводами из их средних точек для другой полости р2. Угол между осями катушек ветви равен 2/(p1+p2) рад. и их числа витков пропорциональны углу сдвига относительно оси ветви [1] Недостатки таких обмоток сложность конструкции и изготовления, большие потери в меди от уравнительны токов в ветвях, а также ограниченная область применения.

Известны также совмещенные обмотки для ротора одномашинных преобразователей частоты с контактными кольцами [2]

Наиболее близкой к предлагаемой является совмещенная обмотка ротора с числами пар полюсов р1/p2, короткозамкнутая многофазная для полюсности р1 и трехфазная для полюсности р2 с соединением фаз звездой и с выводами зажимов фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца, выполненная двухслойной из 6р2 катушечных групп с их номерами в фазах 1+3к, 3+3к, 5+3к, и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим начала фазы, концы нечетных и четных групп соединены вместе, а начала четных групп соединены в нулевую точку звезды, где р1=1 и р2 3; k=0, 1, 2,(2p-1) [3]

Цель изобретения расширение области применения путем получения при р2=1 значений р1=3 и р1=5, а также улучшение электромагнитных параметров для полюсности р1 путем повышения обмоточного коэффициента и снижения дифференциального рассеяния.

На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при р1/p2= 5/0 и Z=36 пазах; на фиг. 2 и 3 чередования по пазам фазных зон обмотки по фиг. 1 для полюсностей р2(фиг. 2) и р1=5 (фиг. 3)); на фиг. 4 и 5 диаграммы ЭДС фазы обмотки (Р1-0) для полюсностей р2=1 (фиг.4) и р1=5 (фиг. 5); на фиг. 6 и 7 многоугольники МДС обмотки для полюсностей р2=1 (фиг. 6) и р1=5 (фиг. 7).

Обмотка (фиг.1) выполнена двухслойной, трехфазной для полюсности р2=1 в Z= 36 пазах, содержит К=18 катушек с номерами от 1К до 18К с шагом по пазам Yп и К'=18 катушек с номерами от 1К' до 18К' с шагом по пазам Y'п<Y, соединена в звезду с зажимами Р1, Р2, Р3 начал фаз.

В первой фазе (с зажимом Р1 из начала катушки 1К) соединены последовательно катушки с номерами 1К, 2К, 3К, -10К, -11К, -12К и к каждой из них подключена параллельно-согласно катушка с номером соответственно 1К', 2К', 3К', -10К', -11К', -12К'. Для фаз Р2 и Р3 номера катушек чередуются с интервалами в шесть и в двенадцать катушек соответственно. Для обмотки с р1=5 (фиг. 1) шаги катушек равны Yп=17 и Y'п=11, а для обмотки с р1=3 Yп=17 и Y'п= 7; оси таких катушек с одинаковыми номерами соосны друг с другом и их коэффициенты укорочения Kу= sin(Уп/2) равны:(см.таблицу).

Из условия получения одинаковых ЭДС катушек с шагами Yп и Y'п для полюсности р2=1 следует: при р1=5-0,9962(1-x)=0,8192(1+x)), откуда х=0,09750,10; при р1=3-0,9962(1-х)=0,5736(1+х), откуда х=0,27.

При этом каждый паз содержит одинаковое число витков 2Wk провода одинакового сечения. На фиг. 4 и 5 векторам ЭДС приписаны номера катушек, откуда видно, что катушки, например, 1К и 1К', образуют для полюсности р2=1 две параллельные ветви (фиг. 4), а для полюсности р1=5 - короткозамкнутую цепь (фиг. 5). Обмоточные коэффициенты предлагаемой обмотки равны: при р1/p2= 5/1-Kоб1=0,8627 и Коб5=0,9558; при р1/p2=3/1 Kоб1=0,7026 и Коб3=0,9659.

Для полюсности р2=1 обмотка имеет m1=3 фазы и m'1=6 фазных зон, обозначенных на фиг. 2 как А-Х, B-Y, C-Z, где зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам катушек в пазах, а зоны X, Y, Z и конечным сторонам. По фиг. 2 построен многоугольник МДС (фиг. 6), где в центре показаны векторы токов фазных зон и при построении использована вспомогательная треугольная сетка, сторона которой принята за две единицы длины. По многоугольнику МДС определяется коэффициент дифференциального рассеяния д= [(Rд/R)2-1]100% характеризующий качество обмотки по уровню содержания в кривой МДС высших гармонических, где квадрат среднего радиуса пазовых точек многоугольника, а R = (ZKоб/p) -радиус окружности для основной гармонической МДС. По фиг. 6 определяются: R2д2600/6=100; R1= (360,8627/) и д2= 2,32% .

Для полюсности р1=5 обмотка (фиг. 1) имеет m5=9 фаз и 18 фазных зон и их токи изображены на фиг. 7 тремя симметричными системами векторов A-Z-B-X-C-Y, A'-Z'-X'-C-Y', A''-Z''-B''-C''-Y'', взаимно смещенными на 20o. Построение многоугольника МДС для полюсности р1=5 при числе фаз, m5=9 показано на фиг. 7, с помощью вспомогательных треугольников (например, bac), стороны которых изображают токи фазных зон (для треугольника bac-сторона ba-в направлении тока зоны А, ac- в направлении тока зона А'-см. фиг. 3 для паза 1) и пропорциональны числам витков катушек (1-х)Wk и(1+х))Wk. По фиг. 7 угол boc равен 50o и угол bac равен 160o; из треугольника boc(0-центр многоугольника) определяются квадраты радиусов точек b (36) и с(1) и по ним вычисляется квадрат среднего радиуса (R2b+R2c)/2; (bc)2= 1,12+0,92-21,10,9(Cos 160o, тогда угол (cba)= из соотношения bc/sin160 = 1,1/sin равен = 11,01 а угол (cbo) = = 90-11,01 = 78,99 и угол (Ocb) = = 180-(50+78,99) = 51,01; радиусы точек b и c определяются из соотношений Rb/sin = bc/sin50= Rc/sin и тогда и д5= [(Rд5/R5)2-1]100 = 8,022% , где R5= (360,9558/5. Если двухслойную обмотку с полюсностью р1=5 выполнять в Z=36 пазах трехфазной (при Yп=3), то для нее Коб5 09236 и sд5 11,59%

Таким образом, предлагаемая обмотка работает одновременно как многофазная короткозамкнутая с полюсностью р1=5 (m5=9) или р1=3 (m3=6) и как трехфазная с полюсностью р2= 1 и имеет для полюсности p1 улучшенные электромагнитные параметры (при р1=5 коэффициент д снижается в 11,59/8,022=1,45 раза). По сравнению с прототипом, для которого р2 > p1, предлагаемая обмотка позволяет получать р2 <p, что расширяет область ее применения. Такая обмотка, например, при р1/p2=5/1, применяется на роторе асинхронного одномашинного преобразователя частоты 50/60 Гц или 60/50 Гц (обратимого), выполняемого в конструкции асинхронной машины с фазным ротором и имеющего на статоре две раздельные трехфазные обмотки с числами пар полюсов р1=p2=1. Применение предлагаемой совмещенной обмотки ротора позволяет упростить конструкцию и изготовление совмещенной электрической машины, повысить использование активных материалов и эксплуатационную надежность, улучшить электромагнитные параметры. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Электромашинная совмещенная обмотка ротора с числами пар полюсов p1/p2, многофазная короткозамкнутая для полюсности p1 и трехфазная для полюсности p2 с выводами фаз на контактные кольца, выполненная двухслойной из равномерно смещенных катушек, отличающаяся тем, что обмотка выполнена в Z 36 пазах, содержит число катушек К 18 с шагом по пазам Уп и К' 18 катушек с шагом по пазам в первой фазе к выводу P1 из начала катушки 1К подсоединены последовательно катушки с номерами 1К, 2К, 3К, 10К, -11К, -12К и к каждой из них подключена параллельно согласно катушка с номером соответственно 1К', 2К', 3К', -10К', -11К', -12К', а для двух других фаз номера катушек чередуются относительно фазы P1 интервалами в шесть катушек для фазы P2 и в двенадцать катушек для фазы P3, причем фазы соединены звездой или треугольником, чередующиеся катушки с шагами Уп и соосны друг с другом для их одинаковых номеров и имеют числа витков в отношении (1 x) (1 + x), где знак минус перед номером катушки означает ее встречное включение в фазе, а значения Уп и и x равны для p1 5, Уп 17, и x 0,1.