ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=132·c ПАЗАХ ПРИ 2p=26·c ПОЛЮСАХ (q=44/13) 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 y_K≈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=132·c пазах при 2p=26·с, выполняемой с q=z/3р=44/13 (N=44, d=13) из 3р·с катушечных групп с группировкой катушек по ряду 4343343433433 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/ Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225], повторяемому 3·с раза.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=132·с пазах при 2p=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=44/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 4343343433433, повторяемому 3·с раз:

в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,38, где c=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке.

Па фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=132 с группами 1Г...39Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=44 пазов с номерами 1...44 (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-2x) пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 37Г группировки; на фиг.3 и 4 по треугольной сетке при ее стороне в единицу длины построены многоугольники МДС обмотки по 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... в фазе I, 14Г+(3к)Г=14Г, 17Г, 20Г,... в фазе II, 27Г+(3к)Г=27Г, 30Г, 33Г,... в фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ. При, например с=2, обмотка выполняется в z=264 пазах из 78 групп для 2p=52 полюсов.

Для равповитковой (х=0) обмотки обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°y_к/τ_п) при у_к=5, τ_п=z/2p=66/13, распределения К_р=sin(60°)/Nsin(60°/N) равен К_обо=К_уК_р=0,82684, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=30°/11: -x(0,618159+0,580057)(1+2cosα_п+2cos2α_п)=-x5,97751 для 37Г+1Г+34Г+16Г+19Г, +2x0,99972(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п+cos3,5α_п)= +x7,95025 для 4Г+31Г+7Г+28Г+10Г+25Г+13Г+22Г при K_уi=0,618159 (y_пi=8), 0,580057 (у_пi=2), 0,999772 (y'_пi=5) и К_обN=36,38084, ∑x=+1,97274, 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=44 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,38, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8587, R² _д=341,9328/44, R_o=129,72·0,8587/13π, σ_д%мин=4,47 для z_э=3(N-2x)=3·43,24=129,72, а при х=0-σ_д%=9,47, т.e. σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 9,47/4,47=2,12 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13, a с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна K_эф=(0,8587/0,82684)(9,47/4,47)z_э/z=2,17 в сравнении с равновитковой (х=0) обмоткой, но сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2p=26, z=132, q=z/6p=22/13, у_к=4, К_об=0,9025, σ_д%=5,24, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуется пониженным σ_д% в 5,24/4,47=1,17 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 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 коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной (q=44/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=132·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=44/13 выполняется из 3р·с катушечных группе номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 4343343433433, повторяемому 3·с раза. В первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к, а трехкатушечные - y'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,38, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Указанное распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=132·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=44/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 3 4 3 4 3 3 4 3 3, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к, a трехкатушечные - y'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,38, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке.