ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=105·c ПАЗАХ ПРИ 2p=22·c И 2p=26·c 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-гюлюсные 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, 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 ν>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m′=3-зонной обмотки в z=105c пазах при 2p=22·c и 2р=26·с полюсах, выполняемой c q=z/3p=35/p (N=35) 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=105·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=35/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 43333433333, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с (1-х)w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к витками, трехкатушечные - y′_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 3Г, 4Г, 8Г, 9Г, 10Г, y′_пi=5, 5, 5 с w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 7Г и с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 5Г, 11Г при х=0,52;

2) при 2p=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=35/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 3332332332332, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками, а двухкатушечные при y′_пi=5,3 - по (1+x)w_к витков при значении х=0,40, 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=105 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z′=z/3=35 пазов с номерами 1...35 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С, X-Y-Z в верхнем и нижнем слое, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-4x) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 31Г; 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 2р=26, оси симметрии в 28Г и z_э=3(N-х). Такие m′=3-зонные обмотки по фиг.1, фиг.5 соединяется 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 обмотка выполняется в z=210 пазах при 2р=44 или 2р=52 полюсах.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_y=sin(90°y_к/τ_п) при y_к=5, τ_n=z/2p=105/22 и распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=K_yK_p=0,82480, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360/z=24°/7:-2х(0,486989+0,611725)cos0,50α_п=-х2,196443 для 1Г+28Г, х(0,997204-0,743145)(1+2cosα_п+2cos2α_п)=x1,265751 для 31Г+4Г+25Г+10Г+19Г, х0,997204·[cos3α_п-cos(3+1)α_п+cos4α_п-cos(4+11)α_п]=х1,321892 для 7Г+22Г+13Г+16Г при K_yi=0,486989(y_пi=8), 0,611725(y_пi=2), 0,743145 (y'_пi=7), 0,997204 (y′_пi=5), тогда К_обоN=28,86814, ∑x=+0,39120 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=35 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=0,52, соответствующее σ_д%мин:К_об=0,88310, R² _д=234,3664/35, R_o=98,76·0,8831/11π, σ_д%мин=5,13 для z_э=3(N-4x)=3·32,92=98,76, а при х=0-σ_д%=10,09 т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 10,09/5,13=1,97 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,88310/0,82480)(10,09/5,13)z_э/z=1,98.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=(28,94585+х3,60817)/(35-х), R² _д=(182-24x+86x²)/35 и при х_опт=0,40-К_об=0,87830, σ_д%мин=6,74 (для z_э=3(N-х)=3·34,6=103,8), а при х=0-σ_д%=15,02, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 15,02/6, 74=2,23 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13 и К_эф=2,34. По сравнению с m'=6-зонными обмотками при 2р=26, z=105, q=z/6p=35/22 и 35/26 предлагаемые m′=3-зонные обмотки имеют пониженное σ_д% 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=35/11 и q=35/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=105·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=35/11 выполняется из 3р·с катушечных групп номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 43333433333, повторяемому 3·с 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 3Г, 4Г, 8Г, 9Г, 10Г, y'_пi=5, 5, 5 с w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 7Г и с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 5Г, 11Г при значении х=0,52; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=35/13 выполняется из 3р·с катушечных групп 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 (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками, а двухкатушечные при y′_пi=5, 3 - по (1+x)W_к витков при значении х=0,40, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=105·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=35/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 3 3 3 4 3 3 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 3Г, 4Г, 8Г, 9Г, 10Г, y′_Пi=5, 5, 5 с w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 7Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 5Г, 11Г при значении х=0,52 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=105·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=35/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 3 2 3 3 2 3 3 2 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 (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками, а двухкатушечные при y′_пi=5,3 - по (1+x)w_к витков при значении х=0,40 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.