ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ДРОБНАЯ (q=2,5) ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 2005 года по МПК H02K3/28 H02K3/04 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин, фазном роторе асинхронных двигателей.

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из m'p катушечных групп при числе пазов на полюс и фазу q=z/m'p целом или дробном, где m'- число фазных зон на пару полюсов, равное m'=m=3 (трехзонные обмотки) или m'=2m=6 (шестизонные обмотки) [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. При дробном числе q-N/d-b+0,5 (d=2, b=1, 2, 3,...) они имеют неодинаковые чередующиеся катушечные группы: большие (b+1)-катушечные и малые b-катушечные с катушками равношаговыми или концентрическими при их среднем шаге по пазам у_п≈z/2р, а гармонический состав их МДС по ряду ν=m'k/d±1 [там же, с.450] особенно неблагоприятен при m'=3-зонах (ν=3k/2±1) из-за наличия субгармонической ν=1/2 при значительном возрастании дифференциального рассеяния σ_д и поэтому m'=3-зонные дробные (q=b+0,5) обмотки практически не применяются.

В изобретении ставится задача улучшения состава МДС симметричной m'=3-зонной дробной (q=2,5) обмотки путем устранения субгармонической ν=1/2 и понижения дифференциальным рассеянием σ_д.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной дробной (q=2,5) обмотки, выполняемой 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп трехкатушечных нечетных и двухкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2pc: группы трехкатушечные имеют шаги катушек у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, где с=1, 2, 3, ... целое число, z=15с, у_к=1,5q-i 0,25=4 и 2w_к - число витков каждого паза при х=0,54.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=4 (с=1), q=2,5, z=15 пазах с номерами 1...15, 6с=6 катушечных группах с номерами 1Г...6Г (размечены группы 1Г, 4Г первой фазы), чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего и X, Y, Z нижнего слоев; на фиг.2, 3 построены (по треугольной сетке) многоугольники МДС при катушках равно - (фиг.2), неравновитковых (фиг.3) для х=0,5. При c=2, 3,... обмотка имеет 2p=4c=8, 12,... и развертка фиг.1 повторяются 2, 3, раза.

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка соединяется в фазах обычным образом при последовательно-согласном включении групп фазы: 1Г, 4Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 3Г, 6Г с началом из 3Г в фазе II; 5Г, 2Г с началом из 5Г в фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или в Δ.

Обмотка на фиг.1 при q=2,5 для групп трехкатушечных имеет шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 (у_к=1,5q+0,25=4) с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, для двухкатушечных - у'_пi=5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к и значение х определяется из условия минимизации коэффициента дифференциального рассеяния σ_д. Коэффициенты укорочения катушек K_уi=sin(90°у_пi/τ_п) определяются при полюсном делении τ_п=z/2p=15/4=3,75, 2w_к=2 витках паза: K_уi=(1-x)0,587785(у_пi=6), (1+х)0,99452(у_пi=4), (1-х)0,74315(у_пi=2); 0,866025(у'_пi=5), (1+х)0,9510565 (у'_пi=3), тогда К_об и у_п.ср равны:

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 по соотношениям

при и

определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...2q пазовых точек относительно центра многоугольника и R_o - радиус окружности для основной гармонической МДС [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55].

По (1)-(2) из многоугольников МДС фиг.2, 3 при стороне сетки в единицу длины (в центре многоугольников показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) по теореме косинусов определяются:

при х=0 (фиг.2): R² _j=1² - для точки j=1, R² _j=2²=4 - для точек j=2, 5, R² _j=2²+1+2=7 - для точек j=3, 4 и R² _д=Σ(R² _j)/5=23/5=4, 6, R_o=15·0,82851/2π, σ_д%=17,58; при х=0,5 (фиг.3): R² _j=2²=4=(1+2x)²=1+4x+4x² - для j=1, R² _j=2²+0,5²+1=5,25=2²+x²+2x=4+2x+x² - для j=2, 5, R² _j=1,5²4+1+1,5=4,75=(2-x)²+1+2-x=7-5х+х² - для j=3, 4 и

а по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное значение x_опт=0,54, соответствующее минимальной величине σ_д%мин: при x_опт=0,54 по (1) и (3)- К_об=0,89489, R² _д=24,2528/5, R_o=15·0,89489/2π и значение σ_д%мин=6,28 значительно снижается в (17,58/6,28=2,80 раза) из-за устранения субгармонической ν=1/2; с учетом повышения обмоточного коэффициента ее эффективность равна К_эф=(0,89489/0,82851)(17,58/6,28)=3,02 при у_п.ср=3.89.

Обмотке при m'=3, 2р=4, z=15, q=5/2 и d=2 (фиг.1) соответствует m'=6-зонная обмотка при вдвое меньшем числе q=5/4 и d=4, которая при у_п=3 и равновитковых катушках имеет К_об=0,9098, R² _д=5,2 и σ_д%=10,22, т.е. предлагаемая m'=3-зонная обмотка по фиг.1 при х_опт=0,54 превосходит m'=6-зонную по дифференциальному рассеянию в 10,22/6,28=1,63 раза.

Таким образом, предлагаемая симметричная m'=3-зонная дробная (q=2,5) обмотка характеризуется значительным (в 2,8 раза) снижением σ_д% и повышением К_об, что увеличивает в К_эф=3,0 раза ее эффективность по сравнению с равновитковой обмоткой; она проще m'=6-зонной обмотки в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Изобретение относится к области электрорадиотехники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в улучшении состава гармонических МДС и понижении дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной дробной (q=2,5) обмотки. Сущность изобретения состоит в следующем. Трехфазная двухслойная дробная (q=2,5) обмотка выполняется 2р=4с - полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп: трехкатушечных нечетных и двухкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈2/2рс. При этом, согласно изобретению трехкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=6,4,2 с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-х)w_к, а двухкатушечные группы имеют шаги у_пi'=5,3 с числами витков w_к, (1+х)w_к, где с=1, 2, 3,... - целое число, z=15c, y_к=1,5q+0,25=4 и 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54. 3 ил.

Трехфазная двухслойная дробная (q=2,5) обмотка электрических машин, выполняемая 2р=4с - полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп, трехкатушечных нечетных и двухкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2рс, отличающаяся тем, что трехкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=6,4,2 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные у_пi'=5,3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, где с=1, 2, 3,... - целое число, z=15c, y_к=1,5q+0,25=4 и 2w_к - число витков каждого паза при значении х=0,54.