ТРЁХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=10, z=108 (q=18/5) Российский патент 2006 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 

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/2p, 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=10 полюсах и z=108 пазах (q=z/6p=18/5, d=5) с группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 3 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока. М. - Л.: ГЭИ. 1959, с.224].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной обмотки при 2р=10, z=108 с группировкой 4 4 3 4 3, повторяемой 6 раз, выполняемой из 6р=30 катушечных групп с номерами 1Г...30Г при среднем шаге катушек по пазам у_к=9:

для групп 1Г...5Г первой группировки группы 1Г и 2Г имеют числа витков по (1-x)w_к катушек первой для 1Г и четвертой для 2Г, а группы 3Г и 5Г - по (1+x)w_к витков в средней катушке при w_к витках в остальных катушках групп и 2w_к витках каждого паза, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,28.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=10, z=108 с номерами 1...108 (для z'=z/2=54 пазов) и номерами катушечных групп от 1Г до 30Г (размечены группы первой фазы 1Г+3(с)Г=1Г, 4Г, 7Г, ...), чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y; на фиг.2 показаны диаграммы сдвига осей нечетных групп первой фазы относительно оси симметрии 19Г для полюсности р=5 основной ν=1 (наружная) и р_ν=νр=1 низшей ν=1/5 (центральная) гармонических; на фиг.3 построены по треугольной сетке многоугольники МДС обмотки фиг.1 при х=0 (внутренняя), х=0,25 (наружная). Такая 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, 11Г, 21Г для фаз I, II, III и фазы могут сопрягаться звездой или треугольником.

Для обмотки фиг.1 обмоточный коэффициент при равновитковых катушках (х=0) по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°y_к/τ_п)(y_к=9, τ_п=z/2p=54/5) и распределения K_p=0,5/Nsin(30°/N) равен K_об.o=K_yK_p=0,92252. Для неравновитковых катушек к К_об.о добавляется значение, зависимое от показателя неравновитковости х групп фазы по фиг.2 при угле сдвига пазов α_п=360°/z=10°/3: 2x0,965926[-cos(1+7,5)α_п+cos(0,5α_п)]=+x0,230616 при К_у=sin(90°y_к/τ_п)=0,965926 (y_п=9), Σx/18=+x0,01281 и тогда

Из многоугольников МДС фиг.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.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=0,28, соответствующее σ_д%мин: при x_опт=0,28-K_об=0,92611, R² _Д=735,9648/18, R_о=108·0,92611/5π и σ_д%мин=0,84, а при х=0-σ_д%=1,09, т.е. σ_д% при x_опт=0,28 снижается в 1,09/0,84=1,30 раза, что характеризует высокую эффективность предложенной обмотки.

Такое снижение дифференциального рассеяния обусловлено ограничением в МДС обмотки фиг.1 низшей гармонической ν=1/5 с полюсностью р_ν=νp=1, для которой по центральной диаграмме фиг.2 при K_yν=sin(ν90°y_к/τ_п)=0,25882, угле γ=α_п/2d=1°/3: К_yν=ΣE_ν/18=-0,02926 и К_обνо=К_уνK_pν=-0,00757; 2x0,25882[cos(α_п-γ)+cos(0,5α_п+1,5α_п +2γ)]=+х0,5495 при α_п=360°/p=72° и Σx/18=+x0,0305, тогда

откуда по условию К_обν определяется значение х'=0,25, при котором из МДС обмотки фиг.1 полностью устраняется низшая гармоническая ν=1/5.

Таким образом, предлагаемая обмотка характеризуется пониженным коэффициентом дифференциального рассеяния σ_д%, повышенным К_об и эффективнее при x_опт=0,28 в К_эф=1,30 раза в сравнении с равновитковой обмоткой; ее применение, например на статоре АД, позволяет снижать добавочные потери в стали и асинхронные моменты от гармонических составляющих поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД и cosϕ₁, перегрузочную способность машины.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к трехфазным асинхронным и синхронным электрическим машинам. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в снижении дифференциального рассеяния σ_д m'=6-зонной электромашинной дробной (q=18/5) петлевой обмотки. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная двухслойная петлевая обмотка при числе полюсов 2р=10 в z=108 пазах с группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 3, повторяемой 6 раз, выполняется из 6р=30 катушечных групп с номерами 1Г...30Г при среднем шаге катушек по пазам у_к=9. При этом согласно изобретению в группах 1Г...5Г первой группировки катушечные группы 1Г и 2Г имеют числа витков (1-x)w_к первой катушки для катушечной группы 1Г и четвертой катушки для 2Г катушечной группы 2Г, а катушечные группы 3Г и 5Г имеют число витков (1+х)w_к в средней катушке при числе витков w_к в остальных катушках катушечных групп и при числе 2w_к витков каждого паза. Указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке при значении х=0,28. 3 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при числе полюсов 2р=10, числе пазов z=108, q=18/5 с группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 3, повторяемой 6 раз, выполняемая из 6р=30 катушечных групп с номерами 1Г...30Г при среднем шаге катушек по пазам, y_к=9, отличающаяся тем, что в катушечных группах 1Г...5Г первой группировки катушечные группы 1Г и 2Г имеют числа витков (1-x)w_к для первой катушки для катушечной группы 1Г и четвертой катушки для катушечной группы 2Г, а катушечные группы 3Г и 5Г имеют по числу (1+x)w_к витков в средней катушке при числе витков w_к в остальных катушках катушечных групп и при числе 2w_к витков каждого паза, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где х=0,28.