ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=90·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′р катушечных групп с катушками равношаговыми или концентрическими при среднем шаге по пазам y_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 па 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=90 с пазах при 2р=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=30/p (N=30) из 3р·с групп по известным группировкам [Лившиц-Гарик M. Обмотки машин переменного тока. / Пер. с англ. Л.: ГЭП, 1959, с.225].

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=90·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=30/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c и группировкой катушек по ряду 33323332332, 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-x)w_к, а двухкатушечные - y_п=5, 3 с (1+x)w_к, (1+х)w_к витками при значении х=0,40; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=30/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·c и группировкой катушек по ряду 3223223223222, 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, w_к витками в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 8Г, 9Г и (1+x)w_к, (1-x)w_к в 12Г, y′_пi=3, 3 с (1+x)w_к, w_к витками в 11Г и w_к, (1-x)w_к в 13Г при х=0,36, 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=90 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z′=z/3=30 пазов с номерами 1...30 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-2x) полностью заполненных обмоткой пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 4Г; на фиг.3 и 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, z_э=3N пазах, оси симметрии в 25Г. Такие m′=3-зонные обмотки по фиг.1 и фиг.3 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, обмотка выполняется в z=180 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_д=z/2p=45/11, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обоК_yК_р=0,82666, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360/z=4,0°: -2х(0,743145-0,999391+0,69466)(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п+cos3,5α_п)=-х3,462595 для 1Г+7Г+10Г+31Г+13Г+28Г+16Г+25Г, x(0,939693+0,913546)(1+х2cosα_п)=+x5,550686 для 4Г+19Г+22Г при К_yi=0,743145 (y_пi=6), 0,999391 (y_пi=4), 0,69466 (y_пi=2), 0,9396933 (y′_пi=5), 0,913546 (y′_пi=3), K_обN=24,79972, ∑x=+2,0881

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=30 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=0,40, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,87791, R² _д=158,52/30, R_o=87,6·0,87791/11π и σ_д%мин=6,69 (для z_э=3(N-2x)=3·29,2=87,6), а при х=0-σ_д%=14,35, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 14,35/6,69=2,15 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/11, a с учетом изменений К_об, z_э ее эффективность равна К_эф=(0,87791/0,82666)(14,35/6,69)z_э/z=2,22 в сравнении с равновитковой (х=0).

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=0,809086+х0,1002054, R² _д=(114-24x+72x²)/30 и при x_опт=0,36-К_об=0,84583, σ_д%мин=10,04 (для z_э=3N=90), а при х=0-σ_д%=19,54, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 19,54/10,04=1,95 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13 и К_эф=2,03. По сравнению с m′=6-зонной обмоткой при 2р=26, z=90, q=z/6p=15/13, y_к=4, K_об=0,9268, σ_д%=16,68, m′=3-зонная обмотка имеет пониженное σ_д% в 16,68/10,04=1,66 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 поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД, cosϕ₁, а в синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.

Использование: электромашиностроение. Техническим результатом от использования изобретения является снижение коэффициента дифференциального рассеяния σ_д% симметричной m′=3-зонной электромашинной дробной (q=30//11 и q=30/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=90·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=30/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 33323332332, повторяемому 3·с раза: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 1 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные - y_п=5, 3 с (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,40; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=30/13 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3223223223222, 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-x)w_к, w_к, (1-x)w_к, a двухкатушечные - y′_Пi=4, 2 с (1+х)w_к, w_к витками в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 8Г, 9Г и (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 12Г, y′_пi=3, 3 с (1+x)w_к, w_к витками в 11Г и w_к, (1+x)w_к витками в 13Г при значении х=0,36, 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=90·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=30/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 3 2 3 3 3 2 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 числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные - y_п=5, 3 с (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,40 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=90·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=30/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 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-x)w_к, а двухкатушечпые - y′_пi=4, 2 с (1+x)w_к, w_к витками в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 8Г, 9Г и (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 12Г, y_пi=3, 3 с (1+x)w_к, w_к витками в 11Г и w_к, (1+x)w_к в 13Г при значении х=0,36 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков каждого паза.