ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=84·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_π=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 ν>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m′=3-зонной двухслойной обмотки в z=84·c пазах при 2р=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=28/11 (N=28, d=11) и q=28/13 (d=13) из 3р·с катушечных групп по известным группировкам [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер.с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225], повторяемым 3·с раза.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=84·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=28/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к, а двухкатушечные - y_π=5,3 с w_к, (1+x)w_k витками при значении x=0,55;

2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=28/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=5, 3, 1 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные - y′_пi=4, 2 с (1+х)w_к, (1-x)w_к витками в 4Г, 10Г, 11Г, y′_пi=3,3 с (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 2Г, 3Г, 8Г, 9Г и (1-х)w_к, (1+x)w_к в 5Г, 6Г, 12Г, 13Г при х=0,43, где c=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=84 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z′=z/3=28 пазов с номерами 1...28 (снизу) и чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и X-Y-Z в верхнем и нижнем слоях, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных Z_э=3(N-x) пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 7Г; на фиг.3 и 4 - по треугольной сетке при ее стороне в 0,5 единиц 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, z_э=3(N-4х) пазах, оси симметрии в 4Г. 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=168 пазах при 2p=44 и 2р=52 полюсах.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (x=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_y=sin(90°y_к/τ_п) при y_к=4, τ_п=z/2p=42/11, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=K_yK_p=0,82487, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360/z=30°/7:-2x(0,623489-0,997204+0,73305)(cos0,5α_п+cos1,5 α_п+cos2,5α_п)=-x2,13848 для 1Г+13Г+4Г+10Г+19Г+28Г, x0,943883(1+2cosα_п+2cos2α_п)=x4,693053 для 7Г+16Г+31Г+22Г+25Г при K_yi=0,623489 (y_пi=6), 0,997204 (y_пi=4), 0,733052 (y_пi=2), 0,9438833 (y′_пi=3), K_обN=23,09645, ∑x=+2,55458 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=28 пазовых точек, R₀ и К_об - для гармонической ν=l:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное Х_опт=0,55, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,89259, R² _д=135,805/28, R₀=82,35·0,89259/11_π и σ_д%мин 7,21 (для Z_э=3(N-x)=3·27,45=82,35), а при х=0-σ_д%=17,30, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 17,30/7,21=2,40 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/l1, а с учетом изменений К_об, z_э ее эффективность равна К_эф= (0,89259/0,82487)(17,3/7,21)z_э/z=2,55 в сравнении с равновитковой (х=0) обмоткой; по сравнению с m′=6-зонной обмоткой при 2р=22, z=84 и q=z/6p=14/11, y_к=3, К_об=0,9016, σ_д%=11,1, m′=3-зонная обмотка имеет пониженное σ_д% в 11,1/7,21=1,40 раза и проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) групп.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: K_об=(23,01558-x0,0081)/(28-4x), R² _д=(96-36x+42x²)/28 и при x_опт=0,43-К_об=0,87550, σ_д%мин=10,39 (для z_э=3(N-4х)=3·26,28=78,84), а при х=0-σ_д%=19,96, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 19,96/10,39=1.92 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13; К_эф=1,92.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД и cosϕ₁, а в синхронных маломощных 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=28//11 и 28/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=84·c пазах: 1) при 2р=22 с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p 28/11 выполняется из 3р·с катушечных группе номерами от 1Г до 33Г·с и) группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2, повторяемому 3·c раза: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_k, (1+x)w_k, (i-x)w_k, a двухкатушечные Y_п-5,3 с w_k, (1+x)w_k витками при значении х=0,55; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=28/13 выполняется из 3р·с катушечных групп номерами от 1Г до 39Г с и группировкой катушек по ряду 3 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2, повторяемому 3·с раза: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=5, 3, 1 с числами витков (1-х)w_k, w_k, (1-х)w_k, а двухкатушечные - y′_пi=4, 2 с (1+х)w_k, (1-х)w_k витками в 4Г, 10Г, 11Г, y_пi=3,3 с (1+x)w_k, (1-х)w_k витками в 2Г, 3Г, 8Г, 9Г и (1-х) w_k, (1+x)w_k в 5Г, 6Г, 12Г, 13Г при значении х=0,43, где с=1, 2, 3, ...; 2w_k - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке. 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=84·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=28/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 2 3 2 3 2 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 числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к, а двухкатушечные - y_п=5,3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,55 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=84·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=28/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=5, 3, 1 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1-х)w_к, а двухкатушечные - y′_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-х)w_к витками в 4Г, 10Г, 11Г, y′_пi=3,3 с (1+x)w_к, (1-х)w_к витками в 2Г, 3Г, 8Г, 9Г и (1-х)w_к, (1+x)w_к в 5Г, 6Г, 12Г, 13Г при значении х=0,43 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.