ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=87·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=87·c пазах при 2р=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=29/p (N=29) 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=87·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=29/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 33233233232, 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-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, a двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+х)w_к, витками при значении х=0,56;

2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=29/13, выполняемой из 3р·c катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 3222322232222, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам y_п=3·с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, 5Г, 9Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 6Г, 10Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 4Г, 8Г, 13Г и y′_пi=4,2 с (1+x)w_к,(1-x)w_к в 3Г, 7Г, 11Г, 12Г при значении х=0,415. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=87 для 2р=22·с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=29 пазов с номерами 1...29 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-3х), полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 10Г; 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), х=0,5 (фиг.4). На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но для обмотки при 2р=26 при оси симметрии в 31Г, z_э=3(N-6х). Такие m′=3-зонные обмотки по фиг.1 и 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=174.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°y_к/τ_п) при y_к=4, τ_п=z/2p=87/22, распределения K_p=sin(60°)Nsin60°/N равен K_обо=K_yK_p=0,82704; при x≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z, 120°/29: -x(0,68770-0,99984+0,71346)(1+2cosα_п+2cos2α_п+2cos3α_п)=-х2,78005 для 10Г+1Г+19Г+4Г+16Г+7Г+13Г, 2x0,92898(cos0,5α_п+cos1,5α_п)=x3,70380 для (22Г+31Г)+(25Г+28Г) при К_yi=0,68770 (y_пi=6), 0,99984 (y_пi=4), 0,713461 (y_пi=2), 0,92898 (y′_пi=3), K_oбoN=23,9841, Σх=+0,92376 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=29 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической МДС ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,56, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,89683, R² _д=139,9968/29, R_o=81,96·0,89683/11π, σ_д%мин=6,70 для Z_э=3(N-3x)=3·27,32=81,96 и при х=0-σ_д%=16,13, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 16,13/6,70=2,41 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,89683/0,82704)(16,13/6,70)z_э/z=2,46.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=(23,6720-x1,7336)/(29-6x), R² _д=(105-54x+50x²)/29 и при x_опт=0,415-K_об=0,8809, σ_д%мин=9,98 для z_э=3(N-6х)=79,53, а при x=0-σ_д%=19,75, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 19,75/9,98=2,0 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/13) при К_эф=1.92.

В сравнении с m′=6-зонными обмотками при 2р=26, z=87, q=z/6p=29/22 и 29/26 предлагаемые m′=3-зонные обмотки имеют пониженное σ_д%, 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 моменты от гармонических МДС поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД, cosϕ₁, 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=29/11 и q=29/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=87·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=29/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с группировкой катушек по ряду 33233233232, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, a двухкатушечные - y′_пi=5,3 с w_к, (1+x)w_к витками при х=0,56; 2) при 2р=26 с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=29/13 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3222322232222, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам у_п=3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, 5Г, 9Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 6Г, 10Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 4Г, 8Г, 13Г и y′_пi=4,2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 7Г, 11Г, 12Г при значении х=0,415. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, 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=87·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=29/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 3 2 3 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+х)w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,56 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=87·с пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=29/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 2 2 3 2 2 2 3 2 2 2 2, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам y_п=3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, 5Г, 9Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 6Г, 10Г, (1-x)·w_к, (1+x)w_к в 4Г, 8Г, 13Г и y′_пi=4,2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 7Г, 11Г 12Г при значении х=0,415 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.