ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=14c ПОЛЮСАХ В z=72c ПАЗАХ 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_к≈z/2p 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 встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной дробной симметричной обмотки при 2р=14·с полюсах, z=72·с пазах (q=z/3p=24/7, d=7) с группировкой катушек по ряду 4343433 [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=12/7 с группировкой 2221221, но проще ее из-за вдвое меньшего числа групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-х слойной обмотки при 2р=14·с, z=72·c с группировкой 4343433, повторяемой 3·с раза, выполняемой из 3р=21·c катушечных групп с номерами 1Г...21(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=5: в группах 1Г...7Г первой группировки группы 1Г, 3Г, 5Г при шагах у_m=8, 6, 4, 2 имеют (1-х)w_к витков в наружной и внутренней катушках для 1Г, 5Г и (1-х)w_к во внутренней катушке для 3Г, а группы 2Г, 4Г, 6Г, 7Г при у'_пi=7, 5, 3 имеют по (1+х)w_к витков в средней катушке при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,... и х=0,39.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=14, z=72·с номерами 1...72 и номерами катушечных групп от 1Г до 21Г (размечены группы 1Г, 4Г, 7Г, 10Г, 13Г, 16Г, 19Г первой фазы), чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего, X, Y, Z нижнего слоев, где зачерненные пазы содержат (2-х)w_к витков при 2w_к витках в остальных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвига осей групп первой фазы, 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). Такая m'=3-зонная обмотка соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении групп в фазах с их началами из начал групп 1Г, 8Г, 15Г для I, II, III фаз, а фазы могут сопрягаться звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=14с=28, 42,... полюсов при z=72с=144, 216,... пазах.

Для обмотки фиг.1 обмоточный коэффициент при равновитковых катушках (х=0) по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=5 и τ_п=z/2р=36/7, распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_об.о=К_уК_р=0,82647. Для неравновитковых катушек к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп фазы по фиг.2 при оси симметрии в 10Г и угле сдвига пазов α_п=360°/z=5°: -х0,573576 для 10Г, -х(0,642788+0,573576)2cosα_п=-x2,423471 для 1Г+19Г, x0,999048·2(cos0,5α_п+cos1,5(α_п)==+х3,977197 для 4Г+16Г+7Г+13Г при K_yi=sin(90°y_пi/τ_п)=0,573576(у_пi=2), 0.642788(у_пi=8), 0,999048(у'_пi=5), тогда ∑x=+x0,98015, K_об.oN=19,83524 и

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=0,39, соответствующее σ_д%мин: при х_опт=0,39-z_э=3(N-х)=3·23,61=70,83 эквивалентное число полностью заполненных пазов, К_об=0,8563, R² _д=191,3292/24, R₀=z_эК_об/рπ=70,83·0,8563/7π и σ_д.%мин=4,80, а при х=0-σ_д.%=9,26, т.е. σ_д.% при x_опт=0,39 снижается в 9,26/4,80=1,93 раза из-за устранения низшей ν=1/7 гармонической МДС; с учетом К_об и z_э эффективность неравновитковой обмотки равна K_эф=(0,8563/0,82647)(9,26/4,80)(z_э/z)=1,97.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=14, z=72, q=z/6p=12/7 и у_п=6 соответствуют параметры К_об=0,9227 и σ_д%=5,93, т.е. обмотка по фиг.1 при х_опт=0,39 превосходит ее в 5,93/4,80=1,24 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=1,97 раза в сравнении с равновитковой; она проще m'=6-зонной обмотки в технологичности изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп, превосходит ее по дифференциальному рассеянию в 1,24 раза.

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·с полюсами в z=72·c пазах с группировкой катушек по ряду 4343433, повторяемой 3с раза, выполнена из 3р=21 с катушечных групп с номерами 1Г,...21(с)Г при последовательно-согласном включении в фазах групп катушек и среднем шаге концентрических катушек по пазам у_к=5. Согласно изобретению в первой группировке групп 1Г,...7Г в группах 1Г, 3Г, 5Г при шагах по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 наружные и внутренние катушки групп 1Г, 5Г, внутренняя катушка группы 3Г имеет (1-x)w_к витков. Средние катушки групп 2Г, 4Г, 6Г, 7Г при шагах по пазам y'_пi=7, 5, 3 - по (1+x)w_к витков при w_к витках в остальных катушках групп. Указанное распределение неравновитковых катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,39 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду, при этом с=1, 2, 3.... 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=14с полюсах в z=72c пазах с группировкой концентрических катушек по ряду 4343433, повторяемой 3с раза, выполненная из 3р=21с катушечных групп с номерами 1Г,...21(с)Г при последовательно-согласном включении в фазах групп концентрических катушек со средним шагом по пазам у_к=5, отличающаяся тем, что в первой группировке групп 1Г,...7Г в группах 1Г, 3Г, 5Г при шагах по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 наружные и внутренние концентрические катушки групп 1Г, 5Г, внутренняя концентрическая катушка группы 3Г имеют (1-x)w_к витков, а средние концентрические катушки групп 2Г, 4Г, 6Г, 7Г при шагах по пазам y'_пi=7, 5, 3 - по (1+х)w_к витков при w_к витках в остальных концентрических катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых концентрических катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,39 повторяется в каждой последующей группировке концентрических катушек по указанному ряду, при этом с=1, 2, 3....