ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=66·c ПАЗАХ ПРИ 2p=26·c ПОЛЮСАХ (q=22/13) 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/2p, 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=66·с пазах при 2p=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=22/13 (N=22, d=13) из 3р·с катушечных групп с группировкой по ряду 2221221221221, 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=66·c пазах при 2p=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=22/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 2221221221221, повторяемому 3·с раз:

для первой группировки 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=3, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к в 1Г и w_к, (1-х)w_к в 3Г, у_пi=4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к в 2Г и (1-x)w_к, w_к в 5Г, 6Г, 8Г, 9Г, 11Г, 12Г, а однокатушечные 4Г, 7Г, 10Г, 13Г при у_п=3-(1+х)w_к витков и 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=0,47.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=66 с группами 1Г...39Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=22 пазов с номерами 1...22 (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-4х) пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 28Г; 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=132 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 K_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=3, τ_п=z/2p=33/13, распределения К_р=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_обо=К_уК_р=0,79380, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек групп, определяемое по фиг.2 при α_п=360/z=60°/11: -2x0,959493cos(4+6,5)α_п=-x1,037482 для 1Г+16Г, х(0,945001-0,618159)=+х0,326842 для 28Г, -x0,618159(cosα_п+cos2α_п+cos3α_п)=-x3,6309343 для 19Г+37Г+22Г+34Г+25Г+31Г, +2x0,959493(cos0,5α_п+cos1,5α_п)=+х3,816266 для 4Г+13Г+7Г+10Г при K_уi=0,618159 (у_пi=4), 0,945001 (у_пi=2), 0,959493 (у_п=3), К_обN=17,46347 и ∑х=-0,52531 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=22 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,47, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,85570, R² _д=42,0432/22, R_o=60,36·0,85570/13π и σ_д%мин=19,49 (для эквивалентных пазов z_э=3(N-4х)=3·20,12=60,36, полностью заполненных обмоткой); при х=0-σ_д%=49,16, т.е. значение σ_д%, при х_опт=0,47 снижается в 49,16/19,49=2,52 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,85570/0,79380)(49,16/19,49)z_э/z=2,49 в сравнении с равновитковой (х=0) обмоткой; по сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2p=26, z=66 и q=z/6p=11/13<1, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется пониженным σ_д% 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 МДС поля, улучшать вибро-акустические характеристики, повышать КПД и cosϕ₁, перегрузочную способность машины, а в синхронных маломощных 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 т'=3-зонной электромашинной дробной (q=22/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=66·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=22/13 выполняется из 3р·с катушечных группе номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 2221221221221, повторяемому 3·с раза, при этом для первой группировки 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к в 1Г и w_к, (1-x)w_к в 3Г, y_пi=4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к в 2Г и (1-x)w_к, w_к в 5Г, 6Г, 8Г, 9Г, 11Г, 12Г, а однокатушечные 4Г, 7Г, 10Г, 13Г при у_п=3-(1+х)w_к витков, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,47. Такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=66·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=22/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 2 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 2 1, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что для первой группировки 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к в 1Г и w_к, (1-х)w_к в 3Г, у_пi=4, 2 с числами витков (1-x)w_к (1+x)w_к в 2Г и (1-х)w_к, w_к в 5Г, 6Г, 8Г, 9Г, 11Г, 12Г, а однокатушечные 4Г, 7Г, 10Г, 13Г при у_п=3-(1+х)w_к витков, 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=0,47.