ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (q=2,75) 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/3р=11/4=2,75, d=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 3 3 3 2 [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=1,375, d'=8 с группировкой 2 1 2 1 1 2 1 1, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной дробной (q=2,75) обмотки с группировкой 3 3 3 2, выполняемой двухслойной 2р=8с-полюсной в z=33c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=4, целом числе c=1, 2, ..., номерах i', i=1...3 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки трехкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=6-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к в i=3 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+x)w_к в i=2 группы 2Г, а двухкатушечная 4Г-у'_пi=5-2 (i'-1) с числами витков по (1+х)w_к при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,48.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=8 (с=1), z=33 с номерами 1...33, 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 2p=8c=16, z=33c=66 и развертка фиг.1 повторяется дважды. Обмотка при m'=3 зонах соединяется в фазах обычным образом при последовательно-согласном включении групп фазы: 1Г, 4 Г, 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=11/4=2,75 (N=11, d=4), у_пi=6-2(i-1)=6, 4, 2 для групп трехкатушечных, у'_пi=5-2(i-1)=5, 3 двухкатушечных (у_к=4) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) определяется по коэффициентам К_у=sin(90°у_к/τ_п) укорочения катушек (при полюсном делении τ_п=z/2p=33/8=4,125, у_к=4), распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) и равен К_об.о=К_уК_р=0,827306. 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°/11 относительно 4Г, 10Г, совпадающих с осью симметрии фазы: для 4Г+10Г-x(0,945008+0,909632+0,998867-0,75575)=+x2,0977506 при K_уi=sin(90°у_пi/τ_п)=0,945008 (у'_пi=5), 0,909632 (у'_пi=3), 0,998867 (у_пi=4) и 0,75575 (у_пi=6), для 1Г+7Г-2x0,690079cosα_п=-x1,355217 при K_уi=0,690079 (у_пi=2), х(2,0977506-1,355217)/N=+х0,067503, 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 значение х_опт=0,48, соответствующее σ_д%мин: при х_опт=0,48-К_об=0,85971, R² _д=59,8064/11, R_о=33·0,85971/4π и σ_д%мин=6,67, а при х=0-σ_д%=13,64, т.е. σ_д% при х_опт=0,48 снижается в 13,64/6,67=2,04 раза; с учетом повышения К_об эффективность обмотки равна К_эф=(0,85971/0,82731)(13,64/6,67)=2,12 при у_п.ср.=4,09.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=8, z=33, 6р=24 группах, q=z/6p=1,375, у_п=5 соответствуют параметры K_об=0,90275, σ_д%=8,38, т.е. обмотка по фиг.1 при x_опт=0,48 превосходит ее в 8,38/6,67=1,26 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуются повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,12 раза в сравнении с равновитковой; она проще m'=6-зонной обмотки в технологичности изготовления 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. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в снижения дифференциального рассеяния σ_д m'=3-зонной дробной (q=z/3p=2,75) обмотки. Сущность изобретения: трехфазная дробная (q=2,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 3 3 3 2 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=33с пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=4, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...3 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза. При этом, согласно изобретению, в группах 1Г...4Г первой группировки трехкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=6-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к в i=3 групп 1Г, 31 и в i=1 группы 2Г, (1+х)w_к в i=2 группы 2Г, а двухкатушечная 4Г-у'_пi=5-2 (i'-1) с числами витков по (1+x)w_к 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=2,75) обмотка электрических машин, выполненная с группировкой 3 3 3 2 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=33c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г, с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=4, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...3 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки трехкатушечные группы имеют шаги катушек у_ni=6-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к, в i=3 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+x)w_к в i=2 группы 2Г, а двухкатушечная 4Г-у'_ni=5-2(i'-1) с числами витков по (1+x)w_к при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,48.