ТРЕХФАЗНАЯ ОДНОСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА Российский патент 1997 года по МПК H02K3/28 

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

Известны трехфазные симметричные обмотки электрических машин переменного тока с целым числом пазов (z) на полюс (p) и фазу(m 3) q z/6p ц.ч. выполняемые однослойными, двухслойными и одно-двухслойными [1] Наиболее простыми из них в изготовлении являются однослойные и при выполнении их в виде шаблонной равнокатушечной или концентрической содержат 3p катушечных групп с q катушками соседних пазов в каждой. Они имеют повышенный расход обмоточного провода, так как газ по пазам y_п их катушек эквивалентен диаметральному (y_п= 3q), и характеризуются высоким содержанием гармонических в кривой МДС, что увеличивает дифференциальное рассеяние обмоток и снижает энергетические показатели машин с такими обмотками.

Наиболее близкой к предлагаемой по выполнению является однослойная концентрическая обмотка "вразвалку", в которой каждая катушечная группа при выходе из пазов делится на две половины (подгруппы) и их лобовые части отгибаются в разные стороны [3] Такая обмотка выполняется обычно при четных значениях q≥4, содержит 6p катушечных подгрупп и имеет меньший расход обмоточного провода, но в электромагнитном отношении шаг ее катушек эквивалентен диаметральному и поэтому ее дифференциальное рассеяние одинаково с шаблонными и концентрическими обмотками.

Известны также однослойные цепные обмотки с укороченным шагом катушек и уменьшенным расходом провода, в которых в разные стороны отгибаются лобовые части каждой пары соседних катушек [3] При четных значениях q≥4 они характеризуются пониженным дифференциальным рассеянием, а при нечетных значениях q≥5 оно возрастает, что является их недостатком.

В изобретении ставится задача уменьшения расхода обмоточного провода и понижения дифференциального рассеяния трехфазной однослойной обмотки с целым нечетным числом q≥5. Эта задача решается тем, что для трехфазной однослойной электромашинной обмотки, 2р-полюсной с целым числом пазов на полюс и фазу q, выполненной из концентрических катушек и содержащей Г=6p катушечных подгрупп с равномерно смещенными осями с номерами 1Г + 3Г(с), (3Г + 3Г(с), 5Г + 3Г(с) соответственно в фазах первой, второй, третьей, соединенных в фазах последовательно при встречном включении четных подгрупп относительно нечетных: при нечетных значениях q≥5 нечетные подгруппы содержат по (q/2 + 0,5) катушек с шагами по пазам y_пi=3q 2(i -1), а четные подгруппы содержат по (q/2 -0,5) катушек с шагами по пазам y_пк, причем внутренняя катушка всех подгрупп имеет шаг по пазам y_п.в= 2q 1, где p 1, 2, 3, c 0, 1, 2, (2q 1); i 1, 2, (q/2 0,5) и к 1, 2, (q/2 -1,5).

На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при числах q 5, p 1 и z 30 пазах; на фиг. 2 чередование по пазам (1.30) фазных зон обмотки фиг. 1; на фиг. 3 многоугольник МДС обмотки фиг. 1, построенный по вспомогательной треугольной сетке.

Обмотка (фиг. 1) выполнена m 3-фазной однослойной, концентрической с полюсностью p 1 в z 6pq 30 пазах при числе пазов на полюс и фазу q 5 и содержит Г 6p 6 катушечных подгрупп (с номерами от 1Г до 6Г), соединенных в фазах последовательно при встречном включении четных подгрупп относительно нечетных. Фазы A-X, B-Y, C-Z могут соединяться звездой или треугольником и содержат подгруппы с номерами соответственно 1Г + 3Г(с) 1Г и 4Г; 3Г + 3Г(с) 3Г и 6Г; 5Г + 3Г(с) 5Г и 2Г, где с 0 и 1. Нечетные подгруппы содержат по (q/2 + 0,5) 3 катушки с шагами по пазам y_пi 15, 13, 9, а четные подгруппы по (q,2 0,5) 2 катушки с шагами y_пк 13, 9. Средний шаг по пазам катушек, характеризующий расход обмоточного провода, равен y_п.ср= (∑y_п)/q[15+2(13+9)]/5=11,8, а обмоточный коэффициент определяется по коэффициентам укорочения K_у катушек подгрупп и равен

Из фиг. 2 видно, что фазные зоны обмотки фиг. 1 (обозначенные в соответствии с обозначениями начал и концов фаз) получаются несплошными и симметричными относительно их осей. На фиг. 3 в соответствии с фиг. 2 построен многоугольник МДС при стороне треугольной сетки, принятой за единицу длины; токи фазных зон изображены единичными векторами в центре многоугольника. По фиг. 3 определяется квадрат среднего радиуса R2д

пазовых точек R2i (по теореме косинусов) многоугольника для его одной повторяющейся части из q 5 точек: R2д= (∑ R2i)/q=[16+2(21+19)]/5= 19,2.. При радиусе окружности для основной гармонической МДС [2] R= (z•K_об/p•π)= (30•0,9149/2π) коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по уровню содержания гармонических в кривой МДС, равен [2] σ_д% [(R_д/R)² 1]100 0,617.

Сравним электромагнитные параметры предлагаемой (фиг. 1) обмотки с известной однослойной (q 5; p 1; z 30; τ_п z/2p 15. Для обмотки шаблонной равнокатушечной (y_п 15), концентрической (y_п 19, 17, 15, 13, 11 при y_п.ср.= 15), концентрической вразвалку (y_п 15, 13, 11 для нечетных и y_п 13, 11 для четных подгрупп при y_п.ср.=12,6) и цепной при y_п= τ_п= 15 фазные зоны будут сплошными, т.е. q 5 катушечных сторон фазы занимают q 5 соседних пазов, при этом обмоточный коэффициент равен K_об 0,9567 и многоугольник МДС будет представлять собой симметричный шестиугольник, по которому R2д

[25 + 2(21 + 19)] /5 21,0, поэтому при R=(30•0,9567/2π) коэффициент дифференциального рассеяния равен т.е. превышает s_д предлагаемой обмотки. Для цепной укороченной обмотки при, например, y_п 13 фазные зоны становятся несплошными и несимметричными, поэтому многоугольник МДС деформируется относительно шестиугольника несимметричным образом и в кривой МДС возникают четные гармонические; для нее K_об 0,9358, R2д= 20,1 и σ_д%= 0,681, т.е. дифференциальное рассеяние возрастает.

Параметры предлагаемой обмотки при q 5 в сравнении с известными однослойными цепными приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемая однослойная обмотка по сравнению с известными всех видов имеет при q 5 меньший расход обмоточного провода из-за меньшего среднего шага катушек y_п.ср 11,8, а также пониженное дифференциальное рассеяние σ_д%= 0,617, что показывает целесообразность и эффективность ее применения на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин; она использована на статоре двухскоростных лифтовых АД при 2p 4 и z 60. Ее применение позволяет упрощать изготовление машины, уменьшать расход обмоточного провода, снижать добавочные потери и магнитные шумы, повышать КПД. Т

Использование: в трехфазных электрических машинах переменного тока. Сущность изобретения: концентрическая обмотка с нечетным числом пазов на полюс и фазу q≥5, нечетные подгруппы содержат по (q/2+0,5) катушек с шагами по пазам Y_пi=2q-2(i-1), а четные - по (q/2-0,5) с шагами Y_пk=3q-2к, где i и к равны 1, 2, 3,... Технический результат: уменьшение дифференциального рассеяния и расхода меди. 3 ил., 1 табл.

Трехфазная однослойная электромашинная обмотка, 2р-полюсная с целым числом пазов на полюс и фазу q, выполненная из концентрических катушек и содержащая Г=6р катушечных подгрупп с равномерно смещенными осями с номерами 1Г+3Г(с), 3Г+3Г(с), 5Г+3Г(с) соответственно в фазах первой, второй, третьей, соединенных в фазах последовательно при встречном включении четных подгрупп относительно нечетных, отличающаяся тем, что при нечетных значениях q≥5 нечетные подгруппы содержат по (q/2 + 0,5) катушек с шагами по пазам у_п i=3q 2(i 1), а четные подгруппы содержат по (q/2 0,5) катушек с шагами по пазам у_п k=3q 2k, причем внутренняя катушка всех подгрупп имеет шаг по пазам у_п в=2q 1, где р=1,2,3, с=0,1,2, (2р 1), i=1,2, (q/2 0,5) и k=1,2, (q/2 1,5).