ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (q=4,75) 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'р катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при их среднем шаге по пазам у_п≈z/2p 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 создают гармонические МДС по ряду ν=m'k/d±1 [там же, с.450], в том числе и низшие (ν<1) для d≥4 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/3р=19/4=4,75, d=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 5 5 5 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=2,375, d'=8 с группировкой 3 2 3 2 2 3 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=4,75) обмотки с группировкой 5 5 5 4, выполняемой двухслойной 2p=8c-полюсной в z=57c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=7, целом числе с=1, 2, ..., номерах i', i=1...5 катушек в группах, начиная с наружной, 2_к витках каждого паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки пятикатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=11-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к в i=5 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+x)w_к в i=3 группы 2Г, а четырехкатушечная 4Г-у'_пi=10-2(i'-1) с числами витков (1+х)w_к в i'=2 и 3 при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,48.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=8 (c=1), z=57 с номерами 1...57, 12c=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, У, Z нижнего слоев, 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, например, с=2 обмотка имеет 2р=8с=16, z=57c=114, и развертка фиг.1 повторяется дважды. Обмотка при m'=3 зонах соединяется в фазах обычным образом при последовательно-согласном включении групп фазы: 1Г, 4Г, 7Г, 10Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 3Г, 6Г, 9Г, 12Г с началом из 3Г в фазе II; 5Г, 8Г, 11Г, 2Г с началом из 5Г в фазе III; фазы могут сопрягаться в звезду или треугольник.

Для обмотки фиг.1 при q=19/4=4,75 (N=19, d=4), у_пi=11-2(i-1)=11, 9, 7, 5, 3 для групп пятикатушечных, у'_пi=10-2(i'-1)=10, 8, 6, 4 четырехкатушечных (у_к=7) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) определяется по коэффициентам К_у=sin(90°у_к/τ_п) укорочения катушек (при τ_п=z/2p=7,125, у_к=7), распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) и равен K_об.o=K_уK_p=0,82710. При неравновитковых катушках к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х и определяемое с учетом сдвига осей групп 1Г, 7Г фазы на углы ±α_п=360°/z=120°/19 относительно 4Г, 10Г, совпадающих с осью симметрии фазы: для 4Г+10Г - x(0,9814515+0,9694003+0,999620-0,656752)=+x2,293720 при K_уi=sin(90°у_пi/τ_п)=0,9814515 (у'_пi=8), 0,9694003 (у'_пi=6), 0,99962 (у_пi=7), 0,656752 (у_пi=11), для 1Г+7Г-2xcosα_п·0,614213=-x1,220970 при К_уi=0,614213 (у_пi=3) и x(2,293720-1,22097)/19=+x0,056461, тогда К_об и средний шаг у_п.ср равны:

и

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

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 значение X_опт=0,48, соответствующее σ_д%мин: при х_опт=0,48-К_об=0,8542, R² _д=291,712/19, R_о=57·0,8542/4π и σ_д%мин=2,27, а при х=0-σ_д%=4,70, т.е. σ_д% при х_опт=0,48 снижается в 4,70/2,27=2,07 раза; с учетом повышения К_об эффективность обмотки равна К_эф=(0,8542/0,8271)(4,70/2,27)=2,14 при у_п.ср=7, 10.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=8, z=57, 6р=24 группах, q=z/6p=2,375, у_п=8 соответствуют параметры К_об=0,9373, σ_д%=2,78, т.е. обмотка по фиг.1 при х_опт=0,48 превосходит ее в 2,78/2,27=1,22 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуются повышенным K_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,14 раза в сравнении с равновитковой; она проще m'=6-зонной обмотки в технологичности изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах. Технический результат изобретения - снижение дифференциального рассеяния σ_д m'=3-зонной дробной (q=z/3p=4,75) обмотки. Сущность состоит в том, что трехфазная дробная (q=4,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 5 5 5 4 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=57c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=7, целом числе с=1,2..., номерах i', i=1...5 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к каждого паза. В группах 1Г...4Г первой группировки пятикатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=11-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к в i=5 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+х)w_к в i=3 группы 2Г, а четырехкатушечная 4Г-у'_пi=10-2(i'-1) с числами витков (1+х)w_к в i'=2 и 3 при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,48. 3 ил.

Трехфазная дробная (q=4,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 5 5 5 4 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=57c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г, с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=7, целом числе с=1,2..., номерах i', i=1...5 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к каждого паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки пятикатушечные группы имеют шаги катушек у_ni=11-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к в i=5 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+х)w_к в i=3 группы 2Г, а четырехкатушечная 4Г-у'_ni=10-2(i'-1) с числами витков (1+x)w_к в i'=1 и 3 при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,48.