ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=102·c ПАЗАХ ПРИ 2p=26·c ПОЛЮСАХ (q=34/13) Российский патент 2008 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'=2m=6 или m'=m=3 - число фазных зон на пару полюсов [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-394]. Дробные обмотки при q=z/m'p=N/d и d≥2, не кратных m=3, создают при симметричном синусоидальном токе гармонические МДС по ряду ν=km'/d±1 [там же, с.450], в том числе 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'=3-зонной двухслойной обмотки в z=102c пазах при 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=34/13 (N=34, d=13) из 3р·с катушечных групп с группировкой по ряду 3323323233232, повторяемому 3·с раза [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=102·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=34/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 3323323233232, повторяемому 3·с раз:

в группах 1Г...13Г первой группировки концентрические катушки имеют шаги по пазам у_Пi=6, 4, 2 с (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-x)w_к витками для групп трехкатушечных и у'_Пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками для двухкатушечных, причем такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где c=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,56.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при c=1 и z=102 с группами 1Г...39Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=34 пазов с номерами 1...34 (снизу) и чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и X-Y-Z в верхнем и нижнем слое, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-3х) пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 16Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке при ее стороне в единицу длины построены многоугольники МДС обмотки фиг.1 при х=0 (фиг.3), х=0,5 (фиг.4). Такая m'=3-зонная обмотка соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении в фазах групп 1Г+(3к)Г=1Г, 4Г, 7Г, ..., 14Г+(3к)Г=14Г, 17Г, 20Г, ..., 27Г+(3к)Г=27Г, 30Г, 33Г, ... в фазах I, II, III, а фазы могут сопрягаться в звезду или треугольник. При, например с=2, обмотка выполняется в z=204 пазах и 2р=52 полюсах из 78 катушечных групп 1Г...78Г.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=4, τ_п=2р=51/13, распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен K_обо=K_уK_p=0,82673, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек групп, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=60°/17:-2x(0,673696-0,999526+0,717912)(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п+cos3,5α_n)=-x3,105503 для (1Г+31Г)+(4Г+28Г)+(7Г+25Г)+(10Г+22Г), х0,93247 (1+2cosα_п+2cos2α_п)=x4,64469 для 16Г+(13Г+19Г)+(34Г+37Г) при К_уi=0,673696 (у_пi=6), 0,999526 (у_пi=4), 0,717912 (у_пi=2), 0,93247 (у'_пi=3), K_обоN=28,10888, ∑x=+1,53919 и тогда -

Из многоугольников МДС фиг.3 и 4 (в центре показаны единичные векторы токов фазных зон) по треугольной сетке и 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=34 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,56, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,89638, R² _д=164,3856/34, R_o=96,96·0,89638/13π и σ_д%=6,76 (для эквивалентных пазов z_э=3(N-3x)=3-32,32=96,96, полностью заполненных обмоткой), а при х=0-σ_д%=16,60, т.е. значение σ_д% при x_опт=0,56 снижается в 16,60/6,76=2,45 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13; с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,89638/0,82673)(16,60/6,76)z_э/z=2,62 в сравнении с равновитковой (х=0) обмоткой; по сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2p=26, z=102, q=z/6p=17/13, У_к=3, K_об=0,8906, σ_д%=9,39 и группировке 2112112112111, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется пониженным σ_д% в 9,39/6,76=1,39 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и асинхронные моменты от гармонических полей, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД и cosϕ₁, перегрузочную способность машины, а в синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, может использоваться на статоре асинхронных и синхронных машин, фазном роторе асинхронных двигателей (АД). В изобретении ставится задача снижения коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной (q=34/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=102·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=34/13 выполняется из 3р·с катушечных групп номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3323323233232, повторяемому 3-с раза. В группах 1Г...13Г первой группировки концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками для групп трехкатушечных и y'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками для двухкатушечных при значении х=0,56, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=102·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=34/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·c и группировкой катушек по ряду 3323323233232, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в группах 1Г...13Г первой группировки концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками для групп трехкатушечных и у'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками для двухкатушечных, причем такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,56.