ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=14 ПОЛЮСАХ В z=108 ПАЗАХ С q=18/7 Российский патент 2006 года по МПК H02K3/28 H02K3/04 

Изобретение относится к обмоткам электрических машин, может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин, фазном роторе асинхронных двигателей (АД).

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные, m'=2m=6-зонные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из 6р катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при их среднем шаге по пазам y_к≈z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/6р целом или дробном [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. Дробные обмотки при q=z/6p=N/d и d≥4 создают гармонические МДС по ряду ν=6k/d±1 [там же, с.450], в том числе и низшие (ν<1) при возрастании дифференциального рассеяния σ_д, где ±k - целое число, дающее порядок гармонической ν>0 при ее прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=6-зонной дробной симметричной обмотки при 2р=14 полюсах и z=108 пазах (q=z/6p=18/7, d=7) с группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 2 3 2 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. М.-Л.: ГЭИ, 1959, с.224].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной обмотки при 2р=14, z=108 с группировкой 3 3 2 3 2 3 2, повторяемой 6 раз, выполняемой из 6р=42 катушечных групп с номерами 1Г...42Г при среднем шаге катушек по пазам у_к=6: в группах 1Г...7Г первой группировки группы 1Г, 2Г, 4Г, 6Г при у_п=6 имеют по (1-х)w_к витков в катушках первой для 1Г, 6Г и третьей для 2Г, 4Г, а концентрические 3Г, 5Г, 7Г при у_пi=7,5 - по (1+х)w_к витков в наружной катушке при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,40.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=14, z=108 с номерами 1...108 (для z'=z/2=54 пазов) и номерами катушечных групп от 1Г до 42Г (размечены группы первой фазы 1Г+3(с)Г=1Г, 4Г, 7Г...), чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y, где зачерненные пазы содержат по (2-x)w_к витков при 2w_к витках в остальных пазах; на фиг.2 показаны диаграммы сдвига осей нечетных групп первой фазы для полюсности р=7 основной гармонической МДС ν=1 (наружная) и полюсности p_ν=νp=1 низшей гармонической ν=1/7 (центральная); на фиг.3 и 4 построены по треугольной сетке многоугольники МДС обмотки фиг.1 при х=0 (фиг.3) и х=0,5 (фиг.4). m'=6-зонная обмотка по фиг.1 соединяется обычным образом при встречном включении в фазах четных групп относительно нечетных с их началами из начал групп 1Г, 15Г, 29Г для фаз I, II, III и фазы могут сопрягаться звездой или треугольником.

Для обмотки фиг.1 обмоточный коэффициент при равновитковых катушках (х=0) по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п)(у_к=6, τ_п=z/2p=-54/7) и распределения K_p=0,5/N_sin(30°/N) равен К_об.о=К_уК_р=0,89747. Для неравновитковых катушек к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп фазы по фиг.2 (наружная) при оси симметрии в 19Г, угле сдвига пазов α_п=360°/z=10°/3:+x0,989442(1+2cosα_п)=+х2,964977 для 19Г+7Г+31Г, -2х0,939693[cos(1,5+7)α_п+cos(0,5+7)α_п]=-x3,357538 для 1Г+37Г+13Г+25Г, при K_уi=sin(90°y_пi/τ_п)=0,989442(y_пi=7) и 0,9939693 (у_п=6), тогда ∑х=-х0,39256 и при К_об.оN=16,15441

Из многоугольников МДС фиг.3 и 4 (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 x_опт=0,40 соответствующее σ_д%мин: при x_опт=0,40-z_э=3( Ν-х)=3·17,6=105,6 эквивалентное число полностью заполненных пазов, K_об=0,90894, R² _д=348,36/18, R_o=z_эK_об/рπ=105,6·0,90894/7π и σ_д%мин=1,59, а при х=0-σ_д%=2,10, т.е. σ_д% при х_опт=0,40 снижается в 2,10/2,59=1,32, что характеризует эффективность предложенной обмотки. Такое снижение σ_д% обусловлено значительным уменьшением низшей ν=1/7 (+) гармонической МДС по центральной диаграмме фиг.2 (при угле γ, равном γ=α_n/2d=5°/21), откуда для ν=1/7-K_обν=(-0,1107+x0,2325)/(18-х) и по условию K_обν=0 определяется значение х'=0,48, при котором из МДС неравновитковой обмотки фиг.1 полностью устраняется эта гармоническая.

Таким образом, предлагаемая обмотка характеризуются пониженным коэффициентом дифференциального рассеяния σ_д% (в 1,32 раза), повышенным обмоточным коэффициентом К_об и эффективнее при х_опт=0,40 в сравнении с равновитковой обмоткой в K_эф=(0,90894/0,89747)(2,10/1,59)(z_э/z)=1,305 раза. Ее применение, например на статоре АД, позволяет снижать добавочные потери в стали и асинхронные моменты от гармонических МДС поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД, cosϕ₁ и перегрузочную способность машины.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашиностроении, в трехфазных асинхронных и синхронных машинах. Технический результат заключается в снижении дифференциального рассеяния. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=14 полюсами в z=108 пазах с q=18/7 и с группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 2 3 2, повторяемой 6 раз, выполнена из 6р=42 катушечных групп 1Г,... 42Г при встречном включении в фазах четных катушечных групп относительно нечетных и среднем шаге катушек по пазам у_к=6. Согласно изобретению в первой группировке групп 1Г,... 7Г первая катушка групп 1Г, 6Г и третья катушка групп 2Г, 4Г групп 1Г, 2Г, 4Г, 6Г при шаге по пазам у_п=6 имеют по (1-х)w_к витков. Наружные концентрические катушки концентрических групп 3Г, 5Г, 7Г при шагах по пазам y_п=7,5-(1+х)w_к витков при w_к витках в остальных катушках групп. Указанное распределение неравновитковых катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,4 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=14 полюсах в z=108 пазах с q=18/7 и с группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 2 3 2, повторяемой 6 раз, выполненная из 6р=42 катушечных групп 1Г,... 42Г при встречном включении в фазах четных катушечных групп относительно нечетных и среднем шаге катушек по пазам у_к=6, отличающаяся тем, что в первой группировке групп 1Г,... 7Г первая катушка групп 1Г, 6Г и третья катушка групп 2Г, 4Г групп 1Г, 2Г, 4Г, 6Г при шаге по пазам у_п=6 имеют по (1-x)w_к витков, а наружные концентрические катушки концентрических групп 3Г, 5Г, 7Г при шагах по пазам у_п=7,5-(1+х)w_к витков при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,4 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду.