ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (q=5,75) 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/3p=23/4=5,75, d=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 6 6 6 5 [Лившиц-Гарик M. Обмотки машин переменного тока/Пер. с англ. М.-Л.: ГЭИ, 1959, с.224], эквивалентной m'=6-зонной обмотке при q'=z/6p=q/2=2,875, d'=8 с группировкой 3 3 3 3 3 3 3 2, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной дробной (q=5,75) обмотки с группировкой 6 6 6 5, выполняемой двухслойной 2p=8c-полюсной в z=69c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=9, целом числе с=1, 2, ..., номерах i', i=1...6 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки шестикатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=14-2(i-1) с числами витков (i-x)w_к в i=6 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+x)w_к в i=4 группы 2Г, а пятикатушечная 4Г-у'_пi=13-2(i'-1) с числами витков (1+х)w_к в i'=3 и 4 при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,47.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=8 (с=1), z=69 с номерами 1...69, 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=69c=138 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=23/4=5,75 (N=23, d=4), у_пi=14-2(i-1)=14, 12, 10, 8, 6, 4 для групп шестикатушечных, у'_пi=13-2(i'-1)=13, 11, 9, 7, 5 пятикатушечных (у_к=9) 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/2p=8,625 и у_к=9), распределения К_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) и равен К_об.о=К_уК_р=0,82535. При неравновитковых катушках к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х и определяемое с учетом сдвига осей 1Г, 7Г фазы на углы ±α_п=360°/z=120°/23 относительно 4Г, 10Г, совпадающих с осью симметрии фазы: для 4Г+10Г-х(0,9976688+0,9565263+0,9935288-0,557934)=+x2,389790 при К_уi=sin(90°у_пi/τ_п)=0,99767 (у'_пi=9), 0,9565263 (у'_пi=7), 0,9935288 (у_пi=8), 0,557934 (у_пi=14), для 1Г+7Г-2xcosα_п0,66574=-x1,325964 при K_уi=0,614213 (у_пi=3), х(2,38979-1,325964)/23=+х0,0462533, тогда К_об и средний шаг у_п.cp=∑(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_о - радиус окружности для гармонической ν=1 [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, c.53-55]:

тогда по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное значение x_опт=0,47, соответствующее σ_д%мин: при х_опт=0,47 - K_об=0,8471, R² _д=506,296/23, R_o=69·0,8471/4π и σ_д%мин=1,75, а при х=0-σ_д%=3,52, т.е. σ_д% при х_опт=0,47 снижается в 3,52/1,75=2,01 раза; с учетом повышения К_об эффективность обмотки равна К_эф=(0,8471/0,8254)(3,52/1,75)=2,06 при у_п.ср.=9,04.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2p=8, z=69, 6p=24 группах, q=z/6p=2,875, у_п=7 соответствуют параметры К_об=0,9135, σ_д%=2,14, т.е. обмотка по фиг.1 при x_опт=0,47 превосходит ее в 2,14/1,75=1,22 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуются повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,06 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. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в снижении дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной дробной (q=z/3p=5,75) обмотки. Сущность изобретения состоит в следующем. Трехфазная дробная (q=5,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 6 6 6 5 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=69c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=9, целом числе с=1,2..., номерах i', i=1...6 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к каждого паза. При этом, согласно данному изобретению, в группах 1Г...4Г первой группировки шестикатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=14-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к в i=6 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+x)w_к в i=4 группы 2Г, а пятикатушечная 4Г-у'_пi=13-2(i'-1) с числами витков (1+x)w_к в i'=3 и 4 при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,47. 3 ил.

Трехфазная дробная (q=5,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 6 6 6 5 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=69c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г, с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=9, целом числе с=1,2..., номерах i', i=1...6 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к каждого паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки шестикатушечные группы имеют шаги катушек у_ni=14-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к в i=6 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+х)w_к в i=4 группы 2Г, а пятикатушечная 4Г-у'_ni=13-2(i'-1) с числами витков (1+х)w_к в i'=3 и 4 при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,47.