ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=14c ПОЛЮСАХ В z=90c 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'р 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=90·с пазах (q=z/3p=30/7, d=7) с группировкой катушек по ряду 5 4 4 5 4 4 4 [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=15/7 с группировкой 3 2 2 2 2 2 2, 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=90·с с группировкой 5 4 4 5 4 4 4, повторяемой 3·с раза, выполняемой из 3р=21·с катушечных групп с номерами 1Г...21(с)Г при среднем шаге катушек по пазам y_к=6: в группах 1Г...7Г первой группировки группы 1Г, 4Г, 5Г, 7Г при шаге y_п=6 имеют числа витков по (1-x)w_к катушек первой и пятой для 1Г, 4Г, (1+x)w_к катушек второй для 5Г и третьей для 7Г, а концентрические группы 2Г, 3Г, 6Г при у_пi=9, 7, 5, 3 имеют числа витков по (1+х)w_к в катушках шага у_пi=7 и (1-х)w_к в катушке шага у_пi=3 для 6Г при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ..., 2w_к - число витков каждого паза и х=0,38.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2p=14, z=90 с номерами 1...90 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, 5 построены по треугольной сетке многоугольники МДС обмотки фиг.1 при х=0 (фиг.3), х=0,5 (фиг.4) и известной m'=6-зонной обмотки при q'=z/6p=15/7, у_п=6 (фиг.5). m'=3-зонная обмотка по фиг.1 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=90c=180, 270, ... пазах.

Для обмотки фиг.1 обмоточный коэффициент при равновитковых катушках (х=0) по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°y_к/τ_п) (y_к=6, τ_п=z/2p=45/7) и распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_об.о=К_уК_р=0,82263. Для неравновитковых катушек к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп фазы по фиг.2 при оси симметрии в 13Г и угле сдвига пазов α_п=360°/z=4°: х(0,990268-0,669131)=+x0,3211375 для 13Г, -2x0,994522[cos(0,5α_п+14α_п)+cos(0,5α_п-14α_п)]=-x2,2223163 для 1Г+4Г, 2x0,990268cosα_п=+x1,9757117 для 10Г+16Г, 2х0,994522[cos(2α_п-3,5α_п)]=+х1,9781476 для 7Г+19Г при K_yi=sin(90°y_пi/τ_п)=0,669131 (у_пi=3), 0,990268 (у_пi=7),0,994522(у_п=6), тогда Σх/30=+х0,068395 и К_об равен

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=0,38, соответствующее σ_д%мин: при x_опт=0,38-К_об=0,84862, R² _д=372,5324/30, R_o=90·0,84862/7π и σ_д%мин=2,95, а при х=0 - σ_д%=5,87, т.е. σ_д% при x_опт=0,38 снижается в 5,87/2,95=1,99 раза из-за устранения низшей ν=1/7 гармонической МДС; с учетом повышения К_об эффективность неравновитковой обмотки равна K_эф=(0,84862/0,82263)(5,87/2,95)=2,05.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2р=14, z=90, q=z/6p=15/7 и у_п=6 соответствуют параметры К_об=0,9499, R² _д=236/15 (по фиг.5), σ_д%=4,11, т.e. обмотка по фиг.1 при x_опт=0,38 превосходит ее в 4,11/2,95=1,39 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,05 раза в сравнении с равновитковой; она проще m'=6-зонной обмотки в технологичности изготовления из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп, превосходит ее по дифференциальному рассеянию в 1,39 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=14с полюсах в z=90c пазах с группировкой катушек по ряду 5 4 4 5 4 4 4, повторяемой 3с раза, выполнена из 3р=21с катушечных групп с номерами 1Г, ...21(с)Г при последовательно-согласном включении в фазах групп и среднем шаге катушек по пазам y_к=6. В первой группировке групп 1Г, ...7Г в группах 1Г, 4Г, 5Г, 7Г при шаге по пазам у_п=6 первая и пятая катушки групп 1Г, 4Г имеют по (1-х)w_к витков, а вторая катушка группы 5Г и третья катушка группы 7Г - по (1+x)w_к витков. В концентрических группах 2Г, 3Г, 6Г с шагами по пазам y_пi=9, 7, 5, 3 катушки с шагом у_пi=7 имеют по (1+x)w_к витков, а катушки с шагом по пазам у_пi=3 группы 6Г - по (1-х)w_к витков при w_к витках в остальных катушках групп. Указанное распределение неравновитковых катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,38 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду, при этом с=1, 2, 3 .... 5 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=14с полюсах в z=90c пазах с группировкой катушек по ряду 5 4 4 5 4 4 4, повторяемой 3с раза, выполненная из 3р=21с катушечных групп с номерами 1Г, ...21(с)Г при последовательно-согласном включении в фазах групп и среднем шаге катушек по пазам у_к=6, отличающаяся тем, что в первой группировке групп 1Г, ...7Г в группах 1Г, 4Г, 5Г, 7Г при шаге по пазам у_п=6 первая и пятая катушки групп 1Г, 4Г имеют по (1-х)w_к витков, а вторая катушка группы 5Г и третья катушка группы 7Г - по (1+х)w_к витков, а в концентрических группах 2Г, 3Г, 6Г с шагами по пазам у_пi=9, 7, 5, 3 катушки с шагом у_пi=7 имеют по (1+х)w_к витков, а катушки с шагом по пазам у_пi=3 группы 6Г - по (1-x)w_k витков при w_к витках в остальных катушках групп, причем указанное распределение неравновитковых катушек с коэффициентом неравновитковости х=0,38 повторяется в каждой последующей группировке катушек по указанному ряду, при этом с=1, 2, 3 ....