ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ДРОБНАЯ (q=5,25) ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН Российский патент 2006 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/3р=21/4=5,25, d=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 6 5 5 5 [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=2,625, d'=8 с группировкой 3 3 2 3 3 2 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=5,25) обмотки с группировкой 6 5 5 5, выполняемой двухслойной 2р=8с-полюсной в z=63c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=8, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...6 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки шестикатушечная группа 1Г имеет шаги катушек y_пi=13-2(i-1) с числами витков по (1-х)w_к в i=1 и 6, а пятикатушечные - y'_пi=12-2(i'-1) с числом витков (1+х)w_к в i'=3 группы 3Г 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=63 с номерами 1...63, 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-x)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=63c=126, 189... 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=21/4=5,25 (N=21, d=4), y_пi=13-2(i-1)=13, 11, 9, 7, 5, 3 для шестикатушечных групп, y'_пi=12-2(I'-1)=12, 10, 8, 6, 4 пятикатушечных (y_к=8) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) определяется по коэффициентам К_у=sin(90°y_к/τ_п) укорочения (при τ_п=z/2p=7,875, y_п=8), распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°)/N) и равен К_об.о=К_уК_р=0,82708. При неравновитковых катушках к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп 1Г, 7Г по оси симметрии фазы: х(0,999689-0,521435-0,56332)=-х0,085066 при K_yi=sin(90⁰y_пi/τ_п)=0,999689 (у'_пi=8) и 0,521435 (у_пi=13), 0,563320 (у_пi=3), тогда К_об при К_об.о·N=17,36866 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

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 х_опт=0,47, соответствующее σ_д%мии: при x_опт=0,47-z_э=3(N-х)=3·20,53==61,59 - эквивалентное число полностью заполненных пазов, K_об=0,84407, R² _д=366,587/21, R_o=z_эK_об/pπ=61,59·0,84407/4π, σ_д.%мин=2,00, а при х=0 - σ_д%=3,86, т.е. σ_д% при х_опт=0,47 снижается в 3,86/2,0-=1,93 раза; с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,84407/0,82708)(3,86/2,0)(z_э/z)=1,93.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=8, z=63, 6p=24 группах, q=z/6p=2,625, у_п=6 соответствуют параметры К_об=0,8890 и σ_д%=2,13, т.е. обмотка по фиг.1 при х_опт=0,47 превосходит ее в 2,13/2,0=1,065 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=1,93 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 1,065 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 симметричной m'=3-зонной дробной (q=z/3p=5,25) обмотки. Сущность изобретения состоит в следующем. Трехфазная дробная (q=5,25) обмотка электрических машин выполняется 2р=8с-полюсной с группировкой 6 5 5 5 в z=63c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=8, целом числе с=1, 2..., номерах i', i=1...6 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках паза. При этом согласно изобретению в группах 1Г...4Г первой группировки шестикатушечная группа 1Г имеет шаги катушек y_m'=13-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к в i=1 и 6, а пятикатушечные - y'_m'=12-2(i'-1) с числами витков (1+x)w_к в i'=3 группы 3Г 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=5,25) обмотка электрических машин выполняется 2р=8с-полюсной с группировкой 6 5 5 5 в z=63c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=8, целом числе с=1,2..., номерах i', i=1...6 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки шестикатушечная группа 1Г имеет шаги катушек y_m'=13-2(i-1) с числами витков (1-x)-w_к в i=1 и 6, а пятикатушечные - y'_m'=12-2(i'-1) с числами витков (1+х)w_к в i'=3 группы 3Г при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,47.