ДВУХСЛОЙНАЯ ПЕТЛЕВАЯ m=3-ФАЗНАЯ ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН В z=171 ПАЗАХ, 2p=34 ПОЛЮСАХ Российский патент 2007 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, может использоваться на статоре асинхронных и синхронных машин, фазном роторе асинхронных двигателей (АД).

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные, 2р-полюсные обмотки, выполняемые в z пазах из m′p катушечных групп с катушками равношаговыми или концентрическими при среднем шаге по пазам у_к≈τ_П=z/2р, числе пазов на полюс и фазу q=z/m′p целом или дробном, где m′=m=3 или m′=2m=6 число фазных зон на пару полюсов [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-394]. Дробные симметричные обмотки при q=z/m′p=N/d и d≥2, не кратных m=3, создают при синусоидальном токе гармонические МДС по ряду ν=cm′/d±1 [там же, с.450], в том числе субгармонические (ν<1) при возрастании дифференциального рассеяния σ_д%, где ±с - целое число, дающее порядок гармонической ν>0 при ее прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния σ_д% и его минимизация для m=3-фазной обмотки в z=171 пазах и 2р=34 полюсах, выполняемой m′=3-зонной дробной при q=z/3p=57/17 с группировкой катушек по ряду [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.226] 43433433433433433, повторяемому три раза.

Решение поставленной задачи заключается в том, что для двухслойной m=3-фазной обмотки при z=171 пазах, 2р=34 полюсах, выполняемой m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=57/17 из 3р=51 катушечных групп с номерами 1Г...51Г и группировкой катушек по ряду 43433433433433433, повторяемому три раза:

катушки при шаге по пазам у_п=5 имеют числа витков (1-х)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к для групп четырехкатушечных и w_к, (1+х)w_к, w_к для трехкатушечных, где 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой при оптимальном значении х, равном x=x_опт=0,39.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при m′=3 для z′=z/3=57 пазов с номерами 1...57 снизу и р=17 групп с номерами 1Г...17Г сверху, фазными зонами А-В-С, X-Y-Z в верхнем, нижнем слоях, где зачерненные пазы содержат по (2-х)w_к витков при 2w_к витках в остальных пазах и эквивалентном числе z_э=2(N-х) пазов, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии в 19Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке при ее стороне в единицу длины построены многоугольники МДС обмотки по фиг.1 для х=0 (фиг.3) и х=0,5 (фиг.4).

Обмотка по фиг.1 с группами 1Г+(3к)Г=1Г, 4Г, 7Г,... в фазе I; 18Г+(3к)Г=18Г, 21Г, 24Г, ... в фазе II; 35Г+(3к)Г=35Г, 38Г, 41Г, ... в фазе III соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении групп фаз; фазы (с началами из 1Г, 18Г, 25Г) могут сопрягаться в Y или в Δ. Группам 1Г...17Г первой группировки соответствуют группы зон А всей обмотки, чередующиеся с интервалом в р+1=18 групп, начиная с 1Г, и полученная таким образом нумерация показана сверху на фиг.1 и на фиг.2.

Для обмотки по фиг.1 при х=0, y_п=5, τ_п=z/2p=171/34, N=57 обмоточный коэффициент по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°y_п/τ_п), распределения К_р=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_обо=К_уК_р=0,8270, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по диаграмме фиг.2 при угле сдвига пазов α_п=360°/z=40°/19 и равное Σx=x3,8329 при K_обоN=47,1393, тогда

Из фиг.3 и 4 (с единичными векторами токов фазных зон в центре) по соотношениям [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по их многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55]

определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д%, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...N=57 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=(-38+280х)(47,1393+х3,8329)-2х3,8329(438-38х+140х²)=0 вычисляется оптимальное X_опт=0,39, соответствующее σ_д%мин, при котором: К_об=0,8591, R² _д=444,474/57, R_о=169,83·0,8591/17π, σ_д%мин=4,48 для z_э=3(N-х)=169,83, а при х=0-σ_д%=9,59, тогда ее эффективность при Х_опт=039 равна К_эф=(0,8591/0,8270)(9,59/4,48)z_э/z=2,21 в сравнении с равновитковой (х=0) обмоткой.

По сравнению с m′=6-зонной равновитковой обмоткой при z=171, 2р=34, q=z/6p=57/34 предлагаемая m′=3-зонная обмотка имеет значительно меньшее σ_д% (из-за устранения из МДС субгармонической ν=1/17), более технологична в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Применение предлагаемой обмотки с оптимизированными параметрами на статоре АД с короткозамкнутым ротором позволяет снижать добавочные потери в стали и электрические ротора, моменты от гармонических поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать значения КПД, cosϕ₁, пускового М_п и максимального М_м моментов АД, а в синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и может быть использовано в статорах трехфазных асинхронных и синхронных электрических машин, а также в фазных роторах асинхронных двигателей. Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, - снижение дифференциального рассеяния σ_д% и его минимизация для m=3-фазной двухслойной петлевой, дробной обмотки в z=171 пазах при 2р=34 полюсах, выполняемой m′=3-зонной с определенной группировкой катушек по ряду в катушечных группах. Сущность изобретения состоит в том, что в двухслойной петлевой m=3-фазной обмотке, выполняемой при z=171 пазах, 2р=34 полюсах, m′=3-зонной, с числом пазов на полюс и фазу q=z/3р из 3р=51 катушечных групп с номерами 1Г...51Г и группировкой катушек по ряду 43433433433433433, повторяемому три раза, согласно данному изобретению катушки при шаге по пазам у_п=5 имеют числа витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-х) w_к для четырехкатушечных групп и числа витков w_к, (1+x)w_к, w_к для трехкатушечных групп, при оптимальном значении х, равном х_опт=0,39, где 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой. 4 ил.

Двухслойная петлевая m=3-фазная обмотка электрических машин в z=171 пазах при числе полюсов 2р=34, выполняемая m′=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=57/17 из 3р=51 катушечных групп с номерами 1Г...51Г и группировкой катушек по ряду 43433433433433433, повторяемому три раза, отличающаяся тем, что катушки при шаге по пазам у_п=5 имеют числа витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к для четырехкатушечных групп и числа витков w_к, (1+x)w_к, w_к для трехкатушечных групп при оптимальном значении х, равном х_опт=0,39, где 2w_к - число витков в пазах, полностью заполненных обмоткой.