ТРЕХФАЗНАЯ ДРОБНАЯ (q=3,75) 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 y_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=15/4=3,75, d=4) обмотки с группировкой катушек по ряду 4 4 4 3 [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=1,875, d'=8 с группировкой 2 2 2 2 2 2 2 1, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной дробной (q=3,75) обмотки с группировкой 4 4 4 3, выполняемой двухслойной 2р=8с-полюсной в z=45c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=6, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...4 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза:

в группах 1Г...4Г первой группировки четырехкатушечные группы имеют шаги катушек y_пi-=9-2(i-1) с числами витков (1-x)w_k в i=4 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+x)w_k в i=3 группы 2Г, а трехкатушечная 4Г-y'_пi=8-2(i'-1) с числами витков (1+х)w_к в i'=2 и 3 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 (c=1), z=45 с номерами 1...45, 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=45с=90 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 1 Г 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=15/4=3,75 (N=15, d=4), y_пi=9-2(i-1)=9, 7, 5, 3 для групп четырехкатушечных, y'_пi=8-2(i'-1)=8, 6, 4 трехкатушечных (y_к=6) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) определяется по коэффициентам К_у=sin(90°у_к/τ_п) укорочения катушек (при τ_п=z/2p=5,625, y_к=6), распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) и равен К_об.о=К_уК_р=0,823132. 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=8 относительно 4Г, 10Г, совпадающих с осью симметрии фазы: для 4Г+10Г-х(0,994522+0,898794+0,984808-0,587785)=+х2,2903387 при K_yi=sin(90°y_пi/τ_п)=0,994522(y'_пi=6), 0,898794 (y'_пi=4), 0,984808 (y_пi=5), 0,587785 (y_пi=9), для 1Г+7Г-2хсоsα_п·0,743145=-х1,4718252 при К_уi=0,743145 (у_пi=3), х(2,2903387-1,4718252)/N=+x0,054568, 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_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(x)=0 вычисляется оптимальное значение Х_опт=0,47, соответствующее σ_д%мин: при X_опт=0,47-K_об=0,8488, R² _д=143,9234/15, R_o=45·0,8488/4π и σ_д%мин=3,86, а при х=0-σ_д%=8,19, т.е. σ_д% при X_опт=0,47 снижается в 8,19/3,86=2,12 раза; с учетом повышения К_об эффективность обмотки равна K_эф=(0,8488/0,8231)(8,19/3,86)=2,19 при У_п.ср=6,0.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2p=8, z=45, 6p=24 группах, q=z/6р=1,875, у_п=5 соответствуют параметры К_об=0,9406, σ_д%=5,18, т.е. обмотка по фиг.1 при Х_опт=0,47 превосходит ее в 5,18/3,86=1,34 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,19 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 снижении дифференциального рассеяния σ_д m'=3-зонной дробной (q=z/3p=3,75) обмотки. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная дробная (q=3,75) обмотка электрических машин выполняется с группировкой 4 4 4 3 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=45c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=6, целом числе с=1, 2,..., номерах i′, i=1...4 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза. При этом согласно данному изобретению в группах 1Г...4Г первой группировки четырехкатушечные группы имеют шаги катушек y_пi=9-2(i-1) с числами витков (1-х)w_к в i=4 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+х)w_к в i=3 группы 2Г, а трехкатушечная 4Г-y'_пi=8-2(i'-1) с числами витков (1+x)w_к в i′=2 и 3 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=3,75) обмотка электрических машин, выполненная с группировкой 4 4 4 3 двухслойной 2р=8с-полюсной в z=45c пазах из 12с катушечных групп с номерами 1Г...12(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=6, целом числе с=1, 2,..., номерах i', i=1...4 катушек в группах, начиная с наружной, 2w_к витках каждого паза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...4Г первой группировки четырех-катушечные группы имеют шаги катушек y_пi=9-2(i-1) с числами витков (i-x)w_к в i=4 групп 1Г, 3Г и в i=1 группы 2Г, (1+х)w_к в i=3 группы 2Г, а трехкатушечная 4Г-y'_пi=8-2(i'-1) с числами витков (i+x)w_к в i'=2 и 3 при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,47.