ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=14 ПОЛЮСАХ В z=96 ПАЗАХ С q=16/7 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 у_к≈z/2р, числе пазов на полюс и фазу q=z/6p 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, z=96 пазах (q=z/6р=16/7, d=7) с группировкой катушек по ряду 3223222 [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=96 с группировкой 3223222, повторяемой 6 раз, выполняемой из 6р=42 катушечных групп с номерами 1Г...42Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=6: в группах 1Г...7Г первой группировки группы 1Г, 4Г при шагах у_m=8, 6, 4 и 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 7Г при y'_m=7, 5 имеют во внутренней катушке числа витков по (1-х)w_к для 1Г, 4Г и (1+x)w_к для 6Г при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,46.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=14, z=96 с номерами 1...96 и номерами катушечных групп от 1Г до 42Г (размечены группы первой фазы 1Г+3(с)Г=1Г, 4Г, 7Г,...40Г), чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y, где зачерненные пазы содержат по (2-х)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_v=νp=1 низшей гармонической ν=1/7 (центральная), а на фиг.3, 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 I, II, III фаз, а 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=48/7) и распределения K_p=0,5/Nsin(30°/N) равен К_об.о=К_уК_р=0,93675. Для неравновитковых катушек к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп фазы по фиг.2 (наружная), при оси симметрии в 13Г и угле сдвига пазов α_п=360°/z=3,75°: +х0,910864 для 13Г, -2x0,793353cos0,5α_п=-x1,58587 для 1Г+4Г, при K_yi=sin(90°y_пi/τ_п)=0,793353 (y_пi=4) и 0,910864 (y'_пi=5), тогда Σх=-х0,674993 и при K_об.oN=14,98797

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=0,46, соответствующее σ_д%мин: при х_опт=0,46-z_э=3(N-x)=3·15,54=93,24 эквивалентное число полностью заполненных пазов, К_об=0,9445, R² _д=262,1908/16, R_о=z_эК_об/рπ=93,24·0,9445/7π и σ_д%мин=2,185, а при х=0-σ_д%=3,16. т.е. σ_д% при x_опт=0,46 снижается в 3,16/2,185=1,45, 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_п/2d=1,875°/7), откуда для ν=1/7 K_обν=(-0,1002+x0,2202)/(16-x) и по условию К_обν=0 определяется значение х'=0,45, при котором из МДС неравновитковой обмотки фиг.1 полностью устраняется эта гармоническая.

Таким образом, предлагаемая обмотка характеризуются пониженным коэффициентом дифференциального рассеяния σ_д% (в 1,45 раза), повышенным обмоточным коэффициентом К_об и эффективнее при x_опт=0,46 в сравнении с равновитковой обмоткой в К_эф=(0,9445/0,93675)(3,16/2,185)(z_э/z)=1,415 раза. Ее применение, например, на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и асинхронные моменты от гармонических 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 полюсах в z=96 пазах с q=16/7 и с группировкой катушек по ряду 3223222, повторяемой 6 раз, выполнена из 6р=42 катушечных групп 1Г,...42Г при встречном включении в фазах четных катушечных групп относительно нечетных и среднем шаге концентрических катушек по пазам у_к=6. Согласно изобретению, в первой группировке групп 1Г,...7Г внутренние катушки групп 1Г, 4Г при шагах по пазам у_пi=8, 6, 4 и групп 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 7Г при шагах по пазам у'_пi=7, 5 имеют по (1-х)w_к витков при w_к витках в остальных концентрических катушках групп. Указанное распределение неравновитковых концентрических катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,46 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=14 полюсах в z=96 пазах с q=16/7 и с группировкой катушек по ряду 3223222, повторяемой 6 раз, выполненная из 6р=42 катушечных групп 1Г,...42Г при встречном включении в фазах четных катушечных групп относительно нечетных и среднем шаге концентрических катушек по пазам у_к=6, отличающаяся тем, что в первой группировке групп 1Г,...7Г внутренние катушки групп 1Г, 4Г при шагах по пазам у_пi=8, 6, 4 и групп 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 7Г при шагах по пазам у'_пi=7, 5 имеют по (1-х)w_к витков, катушки группы 6Г - по (1+x)w_к витков при w_к витках в остальных концентрических катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых концентрических катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,46 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду.