ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (q=6,75) 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 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=27/4=6,75, d=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 7 7 7 6 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/Пер. с англ. М.-Л.: ГЭИ, 1959, с.224], эквивалентной m'=6-зонной обмотке при q'=z/6р=q/2=3,375, d'=8 с группировкой 4 3 4 3 3 4 3 3, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной дробной (q=6,75) обмотки с группировкой 7 7 7 6, выполняемой двухслойной 2p=8c-полюсной в z=81c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=10, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...7 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки семикатушечная группы имеют шаги катушек y_пi=16-2(i-1) с числами витков по (1-х)w_к в i=7 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+х)w_к в i=4 группы 2Г, а шестикатушечные 4Г-y'_пi=15-2(i'-1) с числом 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=0,48.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=8(с=1), z=81 с номерами 1...81, 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=81с=162 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=27/4=6,75 (N=27, d=4), y_пi=16-2(i-1)=16, 14, 12, 10, 8, 6, 4 для групп семикатушечных, y'_пi=15-2(i'-1)=15, 13, 11, 9, 7, 5 шестикатушечных (y_к=10) 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=10,125, y_к=10), распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°)/N) и равен K_об.o=K_yK_p=0,827045. 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=40°/9 относительно 4Г и 10Г по оси симметрии фазы: для 4Г+10Г-х(0,99080+0,984808+0,999812-0,6126006)=+х2,362820 при K_yi=sin(90°y_пi/τ_п)=0,99080(y'_пi=11), 0,984808 (y'_пi=9), 0,999812 (y_пi=10) и 0,6126006 (y_пi=16), для 1Г+7Г-2xcosα_п0,581492=-x1,159487 при К_уi=0,581492 (y_пi=4), х(2,36282-1,159487)/27=+х0,044568, тогда К_об и средний шаг у_п.cp=Σ(у_пiw_кi)/N равны

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 но многоугольникам МДС//Электричество, 1997, № 9, c.53-55]

тогда по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,48, соответствующее σ_д%мин: при X_опт=0,48-K_об=0,84844, R² _д=817,2576/27, R_o=81·0,84844/4π, σ_д%мин=1,205, а при х=0 - σ_д%=2,435, т.е. σ_д% при Х_опт=0,48 снижается в 2,435/1,205=2,02 раза; с учетом повышения К_об эффективность обмотки равна K_эф=(0,84844/0,827045)(2,435/1,205)=2,07 при У_п.cp=10,107.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=8, z=81, 6р=24 группах, q=z/6p=3,375, У_п=12 соответствуют параметры K_об=0,9149, σ_д%=1,39, т.е. обмотка по фиг.1 при X_опт=0,48 превосходит ее в 1,39/1,205=1,15 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,07 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 может быть использовано в электромашиностроении, а именно 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=6,75) обмотки. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная дробная (q=6,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 7 7 7 6 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=81с пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=10, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...7 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза. При этом, согласно изобретению в группах 1Г...4Г первой группировки семи-катушечные группы имеют шаги катушек y_пi=16-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к в i=7 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+х)_к в i=4 группы 2Г, а шестикатушечная 4Г-y'_пi=15-2(i'-1) с числами витков (1+x)w_к, в i'=3 и 4 при w витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,48. 3 ил.

Трехфазная дробная (q=6,75) обмотка электрических машин, выполненная с группировкой 7 7 7 6 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=81c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=10, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...7 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки семикатушечные группы имеют шаги катушек y_пi=16-2(i-1) с числами витков (1-x)w_к в i=7 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+x)w_к в i=4 группы 2Г, а шестикатушечная 4Г-y'_пi=15-2(i'-1) с числами витков (i+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=0,48.