ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ДРОБНАЯ (q=4,25) 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 (АД).

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из m'p катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при их среднем шаге по пазам у_п≈z/2р и 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, или m'=2m=6 - шестизонные обмотки [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. Дробные обмотки при q=z/m'p=N/d и d≥4 создают гармонические МДС по ряду ν=m'k/d±1 [там же, с.450], в том числе и низшие (ν<1) при значительном возрастании дифференциального рассеяния σ_д, где ±k - целое число, дающее порядок гармонической ν>0 при ее прямом (+), или обратном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния σ_д m'=3-зонной дробной (q=z/3p=17/4=4,25, d=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 5 4 4 4 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/Пер. с англ. М.-Л.: ГЭИ, 1959, с.224], эквивалентной m'=6-зонной обмотке при q'=z/6p=q/2=2,125, d'=8 с группировкой 3 2 2 2 2 2 2 2, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной дробной (q=4,25) обмотки с группировкой 5 4 4 4, выполняемой двухслойной 2р=8с-полюсной в z=51с пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=6, целом числе c=1, 2, ... и 2w_к витках паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки пятикатушечная группа 1Г имеет шаги катушек у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-х)·w_к, а четырехкатушечные - у'_пi=9, 7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+х)w_к, w_к, w_к в группе 3Г при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,45.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=8 (с=1), z=51 с номерами 1...51, 12с=12 катушечных группах с номерами 1Г...12Г (размечены группы 1Г, 4Г, 7Г, 10Г первой фазы), чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего и X, Y, Z нижнего слоев, где зачерненные пазы содержат (2-х)w_к витков, а на фиг.2 и 3 построены (по треугольной сетке) ее многоугольники МДС при х=0 (фиг.2) и х=0,5 (фиг.3). При с=2, 3,... обмотка имеет 2p=8c=16, 24,..., z=51c=102, 153 ... и развертка фиг.1 повторяется с=2, 3,... раза. Обмотка при m'=3 зонах соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении групп фазы: 1Г, 4Г, 7Г, 10Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 5Г, 8Г, 11Г, 2Г с началом из 5Г в фазе II; 9Г, 12Г, 3Г, 6Г с началом из 9Г в фазе III, а фазы могут сопрягаться звездой (Y), или треугольником (Δ).

Для обмотки фиг.1 при q=17/4=4,25 (N=17, d=4), у_пi=10, 8, 6, 4, 2 для пятикатушечных групп, у_п=9, 7, 5, 3 четырехкатушечных (у_к=6) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) определяется по коэффициентам K_у=sin(90°у_к/τ_п) укорочения (при τ_п=z/2p=6,375 и у_п=6), распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) и равен К_об.о=К_уК_р=0,82399. При неравновитковых катушках к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп 1Г, 7Г, совпадающих с осью симметрии фазы: x(0,9881655-0,626924-0,473094)=-x0,111852 при К_уi=sin(90°у_пi/τ_п)=0,9881655 (у'_пi=7) и 0,626924 (у_пi=10), 0,473094 (у_пi=2), тогда К_об при К_об.о·N=14,00783 равен:

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 (в центре показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) определяется по соотношениям

R_o=zK_об/рπ (2)

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

тогда по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,45, соответствующее σ_д%мин: при х_опт=0,45-z_э=3(N-x)=3·16,55=49,65 - эквивалентное число полностью заполненных пазов, К_об=0,84335, R² _д=194,8575/17, R_о=z_эK_об/pπ=49,65·0,84335/4π, σ_д%мин=3,33, a при х=0 - σ_д%=5,73, т.е. σ_д% при х_опт=0,45 снижается в 5,73/3,33=1,77 раза; с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,84335/0,82399)(5,73/3,33)(z_э/z)=1,72.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=8, z=51, 6p=24 группах, q=z/6p=2,125, у_п=7 соответствуют параметры K_об=0,9438 и σ_д%=4,65, т.е. обмотка по фиг.1 при х_опт=0,45 превосходит ее в 4,65/3,33=1,40 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=1,72 раза в сравнении с равновитковой; она проще m'=6-зонной обмотки в технологичности изготовления из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп и превосходит ее по дифференциальному рассеянию в 1,40 раза.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в снижении дифференциального рассеяния σ_д m'=3-зонной дробной (q=z/3p=4,25) обмотки. Сущность изобретения состоит в следующем. Трехфазная двухслойная дробная (q=4,25) обмотка электрических машин выполняется 2р=8с-полюсной с группировкой 5 4 4 4 в z=51c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=6, целом числе с=1, 2,..., и 2w_к витках паза. При этом согласно изобретению в группах 1Г...4Г первой группировки пятикатушечная группа 1Г имеет шаги катушек у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к, а четырехкатушечные - у_п=9, 7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к, w_к, в группе 3Г при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,45. 3 ил.

Трехфазная двухслойная дробная (q=4,25) обмотка электрических машин, выполненная 2р=8с-полюсной с группировкой 5 4 4 4 в z=51с пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г, с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к = 6, целом числе с=1, 2,... и 2w_к витках паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки пятикатушечная группа 1Г имеет шаги катушек у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к, а четырехкатушечные - у_п=9, 7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к, w_к в группе 3Г при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,45.