ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=98·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-полюсные обмотки, выполняемые в z пазах из m'p катушечных групп с катушками равношаговыми или концентрическими при среднем шаге по пазам y_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=93·с пазах при 2p=22·с и 2p=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=31/p (N=31) 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=93·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=31/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 33333233332, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-х)w_к витками в 1Г, 5Г, 7Г, 10Г и w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к в 3Г, y_пi=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, 8Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 4Г, 9Г, а двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с (1+x)w_к, (1+x)w_к при х=0,52;

2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=31/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·c и группировкой катушек по ряду 3232232322322, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные - y_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при х=0,38, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=93 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=31 пазов с номерами 1...31 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С, X-Y-Z в верхнем и нижнем слое; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 25Г; 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 37Г, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-2x), полностью заполненных обмоткой пазах. Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1 и 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=186 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=4, τ_п=z/2p=93/22, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=K_yK_p=0,82420, а при x≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360/z=120°/31:x(0,996436-0,676627)=x0,31981 для 25Г, -2x0,676627(cos3α_п+cos4α_п)=-х2,629692 для 1Г+16Г+7Г+10Г, x0,996436[cosα_п-cos(1+11)α_п+cos2α_п-cos(2+11)·α_п]=+x1,317631 для 4Г+13Г+19Г+31Г, 2x(0,959059+0,897805)cos0,5α_п=x3,71161 для 22Г+28Г при K_yi=0,996436(y_пi=4), 0,676627(y_пi=2), 0,959059(y'_пi=5), 0,897805 (y'_пi=3), тогда ∑х/N=+0,08772 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/УЭлектричество, 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=31 пазовых точек, R_o, и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,52, соответствующее σ_д%мин: K_oб=0,86982, R² _д=181,464/31, R_o=93·0,86982/11π и σ_д%мин=6,83, а при х=0-σ_д%=12,78, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 12,78/6,83=1,87 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/11, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,86982/0,82420)(12,78/6,83)=1,97.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: K_oб=(25,20038+x1,4060)/(31-2x), R² _д=(130-62х+99х²)/31 и при х_опт=0,38-К_об=0,85102, σ_д%мин=8,99 (для z_э=3(N-2х)=3·30,24=90,72), а при х=0-σ_д%=22,38, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 22,38/8,99=2,49 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13 и К_эф=2,54. По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2р=26, z=93, q=z/6p=31/26 предлагаемая m'=3-зонная обмотка имеет 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=31/11 и q=31/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=93·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=31/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 33333233332, повторяемому 3·c раза: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 5Г, 7Г, 10Г и w_к, (1+x)w_К, (1-x)w_к в 3Г, y_пi=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, 8Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 4Г, 9Г, а двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,52 и числе 2w_к витков каждого паза; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=31/13 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3232232322322, 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, w_к, (1-x)w_к витками, а двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,38, 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=93·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=31/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 2, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 5Г, 7Г, 10Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, y_пi=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, 8Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 4Г, 9Г, а двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,52 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков каждого паза.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=93·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=31/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 3 2 2 3 2 3 2 2 3 2 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, w_к, (1-x)w_к витками, а двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,38 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.