ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=108·c ПАЗАХ ПРИ 2р=22·с И 2р=26·с ПОЛЮСАХ 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, 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 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 МДС ν>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной обмотки в z=108·c пазах при 2p=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=36/p (N=36) из 3р·с групп по известным группировкам [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=108·с пазах: 1) при 2p=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=36/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c и группировкой катушек по ряду 43343334333, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к витками, трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 6Г, 10Г, у'_пi=5, 5, 5 с w_к, (1+х)·w_к, (1-x)w_к в 2Г, 5Г, 9Г и с (1-х)w_к, (1+x)w_к, w_к в 3Г, 7Г, 11Г при х=0,485;

2) при 2p=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=36/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 3333233323332, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 4Г, 6Г, 8Г, 10Г, 12Г и (1-х)w_к, (1+х)w_к, w_к в 7Г, 11Г, у_пi=4,4,4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г и с w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, а двухкатушечные при у'_пi=5,3 - по (1+x)w_к витков при значении х=0,49, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков полностью заполненных обмоткой пазов. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=108 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=36 пазов с номерами 1...36 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности A-B-C, X-Y-Z в верхнем и нижнем слое, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-6х), полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 19Г; на фиг.3, 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). На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но для обмотки при 2p=26, оси симметрии в 22Г и z_э=3N. Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1, фиг.5 соединяются при последовательно-согласном включении групп зон А, В, С в фазах I, II, III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ. При, например, с=2-z=216.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_y=sin(90°у_к/τ_п) при y_к=5, τ_п=z/2p=54/11 и распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_yК_p=0,82676, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=10°/3: -x(0,549509+0,59716)(1+2cosα_п)=-x3,436123 для 19Г+1Г+4Г, 2х(0,999577-0,784416)cos0,5α_п=0,43014 для 10Г+28Г, х0,999577[cos1,5α_п-cos(1,5+11)α_п+cos2,5α_п-cos(2,5+11)α_п+cos3,5α_п-cos(3,5+11)α_п]=x1,69140 для 7Г+31Г+13Г+25Г+16Г+22Г при K_yi=0,549509 (y_пi=8), 0,59716 (y_пi=2), 0,784416 (y'_пi=7), 0,999577 (y'_пi=5), тогда K_обоN=29,763363, ∑х=-10,3146 и

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=36 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической МДС ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,485, соответствующее σ_д%мин:К_об=0,88020, R² _д=240,3126/36, R_o=99,27·0,8802/11π, σ_д%мин=4,41 для z_э=3(N-6x)=3·33,09=99,27, а при х=0-σ_д%=9,85, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 9,85/4,41=2,23 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,88020/0,82676)(9,85/4,41)z_э/z=2,18.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: K_об=0,82571+x0,7385, R² _д=(195-14х+49x²)/36 и при x_опт=0,49-К_об-0,86190, σ_д%мин=6,89 для z_э=3N-108, а при х=0-σ_д%=13,61, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 13,61/6,89=1,98 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13 и К_эф=2,06. По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2р=26, z=108, q=z/6p=18/13, y_к=5, К_об=0,9066, σ_д%=8,26, m'=3-зонная обмотка имеет пониженное σ_д% в 8,26/6,89=1,20 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) групп.

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

Использование: электромашиностроение. В изобретении ставится задача снижения коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m′=3-зонной электромашинной дробной (q=36/11 и q=36/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=108c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=36/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 43343334333, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками, трехкатушечные - y′_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_К, w_К в 6Г, 10Г, y′_пi=5, 5, 5 с w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 5Г, 9Г и с (1-x)w_к, (1+x)w_К, w_к в 3Г, 7Г, 11Г при значении х=0,485; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=36/13 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3332332332332, повторяемому 3·с раза: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 4Г, 6Г, 8Г, 10Г, 12Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 7Г, 11Г, y_пi=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г и с w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, а двухкатушечные при y′_пi=5,3 - по (1+x)w_к витков при значении х=0,49, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=108·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=36/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 3 4 3 3 3 4 3 3 3, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками, трехкатушечные - y′_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 6Г, 10Г, y′_пi=5, 5, 5 с w_к (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 5Г, 9Г и с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 3Г, 7Г, 11Г при значении х=0,485 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков полностью заполненных обмоткой пазов.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=108·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=36/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 3 3 2 3 3 3 2 3 3 3 2, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 4Г, 6Г, 8Г, 10Г, 12Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 7Г, 11Г, y_пi=4,4,4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г и с w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, а двухкатушечные при y′_пi=5,3 - по (1+x)w_к витков при значении х=0,49 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков каждого паза.