ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (q=1,75) 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'p катушечных групп с равно-шаговыми 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 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/3p=7/4=1,75 и (1=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 2 2 2 1 [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=0,875, d'=8 с группировкой 1 1 1 1 1 1 1 0, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной дробной (q=1,75) обмотки с группировкой 2 2 2 1, выполняемой двухслойной 2р=8с-полюсной в z=21 с пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=3, целом числе c=1, 2, ... и 2w_к витках каждого паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки двухкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к в группе 2Г, а однокатушечная 4Г-у_п=3 с числом витков (1+х)w_к при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,55.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=8 (с=1), z=21 с номерами 1...21, 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, 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=21c=42 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=7/4=1,75 (N=7, d=4), у_пi=4,2 для групп двухкатушечных, у_п=3 однокатушечных (у_к=3) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) определяется по коэффициентам К_у=sin(90°у_к/τ_п) укорочения (при τ_п=z/2р=2,625 и у_к=3), распределения К_р=sin(60°)/Nsin(60°/N) и равен К_об.о=К_уК_р=0,809274. При неравновитковых катушках к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп 4Г, 10Г, совпадающих с осью симметрии фазы: х(0,974928-0,680173)/7=+х0,04211 при K_уi=sin(90°у_пi/τ_п)=0,974928 (у_п=3) и 0,680173 (у_пi=4), тогда К_об и средний шаг у_п.ср=∑(у_пiw_кi)/N равны:

и

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 (в центре показаны единичные векторы токов фазных 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 x_опт=0,55, соответствующее σ_д%мин: при х_опт=0,55-K_об=0,83244, R² _д=16,8175/7, R_o=21·0,83244/4π, σ_д%мин=24,15, а при х=0-σ_д%=40,59, т.е. σ_д% при х_опт=0,55 снижается в 40,59/24,15=1,68 раза; с учетом повышения К_об эффективность обмотки равна К_эф=(0,83244/0,80927)(40,59/24,15)-1,73 при у_п.ср=2,92.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2p=8, z=21, 6р=24 группах, q=z/6p=0,875, у_п=3 соответствуют параметры K_об=0,9319, σ_д%=29,60, т.е. обмотка по фиг.1 при х_опт=0,55 превосходит ее в 29,60/24,15=1,23 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуются повышенным К_об, пониженным σ_д%, и эффективнее в К_эф=1,73 раза в сравнении с равновитковой; она проще m'=6-зонной обмотки в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп и превосходит ее по дифференциальному рассеянию в 1,23 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=1,75) обмотки. Сущность изобретения состоит в следующем. Трехфазная дробная (q=1,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 2 2 2 1 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=21c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=3, целом числе с=1, 2, ... и 2w_к витках каждого паза. При этом, согласно изобретению, в группах 1Г...4Г первой группировки двухкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к группе 2Г, а однокатушечная 4Г-у_п=3 с числом витков (1+х)w_к при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,55. 3 ил.

Трехфазная дробная (q=1,75) обмотка электрических машин, выполненная с группировкой 2 2 2 1 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=21c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г, с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=3, целом числе с=1, 2, ... и 2w_к витках каждого паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки двухкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к в группе 2Г, а однокатушечная 4Г- у_п=3 с числом витков (1+х)w_к при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,55.