ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=120·c ПАЗАХ ПРИ 2p=22·c ПОЛЮСАХ (q=40/11) Российский патент 2008 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 

Изобретение относится к 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 среднем шаге по пазам y_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.392-393]. Дробные обмотки при q=z/m'p=N/d и d≥2, не кратном m=3, создают при симметричном синусоидальном токе гармонические МДС по ряду ν=m'k/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 v>0 при ее прямом (+) и встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной двухслойной обмотки в z=120·c пазах при 2р=22·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=40/11 (N=40, d=11) из 3р·с катушечных групп с группировкой по ряду 4 4 3 4 4 3 4 4 3 4 3, 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 трехфазной двухслойной электромашинной обмотки в z=120·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=40/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек 4 4 3 4 4 3 4 4 3 4 3, повторяемой 3·с раза:

в группах 1Г...11Г первой группировки концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-x)w_к для групп четырехкатушечных и у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+х)w_к, W_к витками для трехкатушечных, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,58.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при c=1 и z=120 для групп 1Г...11Г первой группировки (пронумерованы сверху), z'=z/3=40 пазов с номерами 1...40 (снизу) и чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и X-Y-Z верхнего и нижнего слоев, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-3х) полностью заполненных обмоткой пазах, на фиг.2 показана диаграмма сдвига осей групп фазы А относительно оси симметрии 10Г; на фиг.3, 4 построены по треугольной сетке (при ее стороне в единицу длины) многоугольники МДС обмотки фиг.1 при х=0 (фиг.3) и 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,..., 12Г+(3к)Г=12Г, 15Г, 18Г,..., 23Г+(3к)Г=23Г, 26Г, 29Г,... в фазах I, II, III, а фазы могут сопрягаться в Y или в Δ. При, например, с=2 обмотка выполняется в z=240 пазах и 2р=44 полюсах из 66 катушечных групп.

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=5, τ_п=z/2p=60/11, распределения K_p=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_обо=К_уК_р=0,8200, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек групп, определяемое по фиг.2 при сдвиге пазов α_п=360°/z=3°: -x(0,743145-0,987688+0,544639)(1+2cosα_п+2cos2α_п+cos3α_п)=-x2,08917 для 10Г+(1Г+19Г)+(4Г+16Г)+(7Г+13Г), 2×0,991445(cos0,5α_п+cos1,5α_п)=+x3,95899 для 22Г+31Г+25Г+28Г при К_уi=0,743145 (у_пi=8), 0,987688 (у_пi=6), 0,544639 (y_пi=2), 0,991445 (у'_пi=5), тогда при K_обоN=32,80048, ∑x=1,8698

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=40 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,58, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,88565, R² _д=359,3544/40, R_o=114,78·0,88565/11π и σ_д%мин=3,82 (для эквивалентного числа полностью заполненных обмоткой пазов z_э=3(N-3x)=3·38,26=114,78), а при х=0-σ_д%=8,53, т.е. значение σ_д% при х_опт=0,58 снижается в 8,53/3,82=2,23 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/11; с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,88565/0,8200)(8,53/3,82)(z_э/z)=2,31 в сравнении с равновитковой (х=0) обмоткой. По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2p=22, z=120, q=z/6p=20/11 и группировке 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 1, имеющей у_к=5, K_об=0,9469, σ_д%=5,45, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется пониженным σ_д% в 5,45/3,82=1,43 раза, проще ее 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 вибро-акустические характеристики, повышать КПД и cosϕ₁ перегрузочную способность машины, а в синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.

Использование: электромашиностроение, трехфазные асинхронные и синхронные электрические машины. В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния σ_д m'=3-зонной симметричной электромашинной дробной (q=40/11) пеглевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=120·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=40/11 выполняется из 3р·с=33 с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 4 3 4 4 3 4 3, повторяемому 3·с раза. В группах 1Г...11Г первой группировки концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к для групп четырехкатушечных и у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками для трехкатушечных, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,58. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=120·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=40/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 4 3 4 4 3 4 3, повторяемому 3·с раза, отличающаяся тем, что в группах 1Г...11Г первой группировки концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-x)w_к для групп четырехкатушечных и y'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+х)w_к, w_к витками для трехкатушечных, причем указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,58.