ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=10с ПОЛЮСАХ В z=54c ПАЗАХ Российский патент 2006 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 

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_п≈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 σ_д m'=3-зонной дробной симметричной обмотки при 2р=10·с полюсах, z=54·с пазах (q=z/3p=18/5, d=5) с группировкой катушек по ряду 44343 [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=9/5 с группировкой 2 2 2 2 1, но проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа катушечных групп, где с=1, 2, 3,... - целое число.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной обмотки при 2р=10·с, z=54·c с группировкой 4 4 3 4 3, повторяемой 3·с раза, выполняемой из 3р=15·с катушечных групп с номерами 1Г...15(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=5: в группах 1Г...5Г первой группировки четырехкатушечные группы 1Г, 2Г, 4Г имеют шаги катушек у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к, а трехкатушечные 3Г, 5Г - у'_пi=7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+х)w_к, w_к, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,... - целое число и х=0,67.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=10, z=54 с номерами 1...54 и 15 катушечных группах с номерами 1Г...15Г (размечены группы 1Г, 4Г, 7Г, 10Г, 13Г 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 во всех остальных пазах, а на фиг.2 и 3 построены (по треугольной сетке) ее многоугольники МДС при х=0 (фиг.2) и х=0,5 (фиг.3). Такая m'=3-зонная обмотка соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении групп: 1Г, 4Г, 7Г, 10Г, 13Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 6Г, 9Г, 12Г, 15Г, 3Г с началом из 6Г в фазе II; 11Г, 14Г, 2Г, 5Г, 8Г с началом из 11Г в фазе III; фазы могут сопрягаться звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=10с=20, 30,... полюсов при z=54c=108, 162....

Для обмотки (фиг.1) при q=18/5 (N=18, d=5) с у_пi=8, 6, 4, 2 для групп 1Г, 2Г, 4Г, у'_пi=7, 5, 3 для 3Г, 5Г (у_к=5) обмоточный коэффициент К_об.о при равновитковых катушках (х=0) по коэффициентам K_y=sin(90°у_к/τ_п) укорочения при τ_п=z/2р=5, 4, распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_об.о=К_у K_p=0,82187. Для неравновитковых катушек к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп фазы, при оси симметрии в 4Г и сдвигах относительно нее на ±α_п=360°/z=20°/3 групп 7Г, 1Г и ±0,5α_п=10°/3 групп 13Г, 10Г: x[-0,54951(1+2cosα_п)+0,993238·2cos0,5α_п]=х0,36315 при K_yi=sin(90°у_пi/τ_п)=0,54951 (у_пi=2), 0,993238 (у'_пi=5), тогда K_об при К_об.о·N=14,79357 равен

Из многоугольников МДС (фиг.2 и 3) (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.П. 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=0,67, соответствующее σ_д%мин: при x_опт=0,67-z_э=3(N-2x)=3·17,33=51,99 - эквивалентное число полностью заполненных пазов, K_об=0,86768, R² _д=153,8024/18, R_о=z_эК_об/рτ=51,99·0,86768/5π и σ_д%мин=3,60, а при х=0-σ_д%=8,57, т.е. σ_д% при x_опт=0,67 снижается в 8,57/3,60=2,38 раза из-за устранения низшей ν=1/5 гармонической МДС; с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,86768/0,82187)(8,57/3,60)(z_э/z)=2,42.

Отметим, что m'=6-зонной обмотке при 2p=10, z=54, q=z/6p=9/5 и у_п=5 соответствуют параметры К_об=0,9490 и σ_д%=5,44, т.е. обмотка по фиг.1 при x_опт=0,67 превосходит ее в 5,44/3,60=1,51 раза.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=2,42 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 1,51 раза.

Использование: относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно - к трехфазным асинхронным и синхронным машинам. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в снижении дифференциального рассеяния σ_Д=m'=3-зонной электромашинной дробной (q=18/5) петлевой обмотки. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная двухслойная петлевая обмотка при 2р=10·с полюсах в z=54·c пазах с группировкой 3·с раза выполняется из 15·с катушечных групп с номерами от 1Г до 15(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=5 и целом числе с=1, 2, 3,.... При этом в группах 1Г...5г первой группировки четырех-катушечные группы 1Г, 2Г, 4Г имеют шаги у_пi=8, 6, 4, 2 катушек с числами витков w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к соответственно, а трехкатушечные группы 3Г, 5Г имеют шаги У_пi=7, 5, 3 катушек с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к, соответственно, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где показатель неравновитковости групп фазы х=0,67. 3 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=10с полюсах в z=54c пазах с группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 3, повторяемой 3с раза, выполняемая из 3рс=15с катушечных групп с номерами 1Г...15(с)Г с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=5, отличающаяся тем, что в катушечных группах 17...5Г первой группировки четырехкатушечные группы 1Г, 2Г, 4Г имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 катушек с числами витков w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к соответственно, а трехкатушечные группы 3Г, 5Г имеют шаги по пазам у'_пi=7, 5, 3 катушек с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к соответственно, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,... - целое число; х=0,67 - показатель неравновитковости групп фазы.