ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=14c ПОЛЮСАХ В z=60c 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 у_к≈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 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=60·с пазах (q=z/3p=20/7, d=7) с группировкой катушек по ряду 3 3 3 3 3 3 2 [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=10/7 с группировкой 2 1 2 1 2 1 1, но проще ее из-за вдвое меньшего числа групп.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной обмотки при 2р=14·с, z=60·c с группировкой 3 3 3 3 3 3 2, повторяемой 3·с раза, выполняемой из 3p=21·с катушечных групп с номерами 1Г...21(с)Г при среднем шаге катушек по пазам у_к=4: в группах 1Г...7Г первой группировки группы 2Г, 5Г при шаге у_п=4 имеют числа витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 5Г, а концентрические группы 1Г, 3Г, 4Г, 6Г при у_пi=6, 4, 2 имеют числа витков w_к, w_к, (1-х)w_к в 1Г, 6Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г и группа 7Г при у'_пi=5, 3 имеет по (1+x)w_к витков, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с 1, 2, 3,..., 2w_к - число витков каждого паза и x=0,55.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при c=1, 2p=14, z=60 с номерами 1...60 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; 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 x=0 (фиг.3) и x=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 c=2, 3,... обмотка имеет 2p=14c=28, 42,... полюсов при z=60c=120, 180,... пазах.

Для обмотки фиг.1 обмоточный коэффициент при равновитковых катушках (x=0) по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=4 и τ_п=z/2p-30/7, распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_об.о=К_уК_р=0,82284. Для неравновитковых катушек к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости x групп фазы по фиг.2 при оси симметрии в 7Г и угле сдвига пазов α_п=360°/z=6°: x(0,965926+0,891007)=+х1,856933 для 7Г, x(0,994522-0,669131)2cos0,5α_п=+x0,649891 для 4Г+10Г, х0,994522·2·[-cos(1,5α_п+7α_п)+cos1,5α_п]=+x0,71281 для 16Г+19Г, -2х0,669131cos2,5α_п=-x1,292661 для 1Г+13Г при K_yi=sin(90°у_пi/τ_п)=0,669131 (у_пi=2), 0,965926 (у'_пi=5), 0,891007 (у'_пi=3), 0,994522 (у_пi=4), тогда ∑х/20=+x0,09635 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(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,55, соответствующее σ_д%мин: при x_опт=0,55-K_об=0,87583, R² _д=122,0475/20, R_o=60·0,87583/7π и σ_д%мин=6,87, а при х=0-σ_д%=12,10, т.е. σ_д% при x_опт=0,55 снижается в 12,10/6,87=1,76 раза из-за устранения низшей ν=1/7 гармонической МДС; с учетом повышения К_об эффективность неравновитковой обмотки равна K_эф=(0,87583/0,82284)(12,10/6,87)=1,87.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=14, z=60, q=z/6р=10/7 и у_п=5 соответствуют параметры K_об=0,9228 и σ_д%=7,27, т.е. обмотка по фиг.1 при x_опт=0,55 превосходит ее в 7,27/6,87=1,06 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуются повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=1,87 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 1,06 раза.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромашиностроении, в трехфазных асинхронных и синхронных машинах. Технический результат заключается в снижении дифференциального рассеянии. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=14·с полюсах в z=60·c пазах с группировкой катушек по ряду 3 3 3 3 3 3 2, повторяемой 3·с раза, выполнена из 3р=21с катушечных групп с номерами 1Г,...21(с)Г при последовательно-согласном включении в фазах групп катушек и среднем шаге катушек по пазам у_к=4. Согласно изобретению в первой группировке групп 1Г,...7Г в группах 2Г, 5Г с шагом по пазам у_п=4 группа 2Г имеет (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витков. Группа 5Г имеет w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витков. В концентрических группах 1Г, 3Г, 4Г, 6Г с шагами по пазам у_пi=6, 4, 2 группы 1Г, 6Г имеют w_к, w_к, (1-х)w_к витков. Группы 3Г, 4Г имеют w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витков. Группа 7Г при шагах по пазам у'_пi=5, 3 имеет по (1+x)w_к витков. Указанное распределение неравновитковых катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,55 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=60c пазах с группировкой катушек по ряду 3333332, повторяемой 3с раза, выполненная из 3р=21с катушечных групп с номерами 1Г,...21(с)Г при последовательно-согласном включении в фазах групп катушек и среднем шаге катушек по пазам y_к=4, отличающаяся тем, что в первой группировке групп 1Г,...7Г в группах 2Г, 5Г с шагом по пазам y_п=4 группа 2Г имеет (1-х)w_к, (1+х)w_к, w_к витков, группа 5Г-w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витков, а в концентрических группах 1Г, 3Г, 4Г, 6Г с шагами по пазам y_пi=6, 4, 2 группы 1Г, 6Г имеют w_к, w_к, (1-x)w_к витков, группы 3Г, 4Г-w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витков, а группа 7Г при шагах по пазам у'_пi=5, 3 имеет по (1+x)w_к витков, причем указанное распределение неравновитковых катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,55 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду, при этом с=1, 2, 3....