ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=22·c ПОЛЮСАХ В В z=51·c И z=54·c ПАЗАХ 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 газов 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 d2, 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 при 2р=22·с полюсах в z=51·с и z=54·c пазах, выполняемой с q=z/3p=N/11 (N=17 и 18) из 3р·c катушечных групп по известным группировкам катушек в группах [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225]. повторяемым 3·c раз.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки при 2р=22·с полюсах, выполняемой из 3р·с кагушечных групп с номерами 1Г...33Г·c: 1) в z=51·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=17/11, группировкой по ряду 22121212121: в первой группировке 1Г...11Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3,1 с w_к, (1-х)w_к витками, а однокатушечные - y_п=2 с (1+х)w_к витками при х=0,60;

2) в z=54·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=18/11 и группировкой по ряду 22122122121: в первой группировке 1Г...11Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3,1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные y_п=2 с (1+x)w_к витками при х=0,63. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где c=1, 2, 3...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z=51 пазов с номерами 1...51 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и X-Y-Z в верхнем и нижнем слое, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-х), полностью заполненных пазах и снизу показаны углы сдвигов осей групп зон А; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 7Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке при ее стороне в 0,5 единиц длины построены многоугольники МДС обмотки 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 при z=54(для z′=z/3=18 пазов), оси симметрии в 10Г и z_э=3(N-3х). Такие m′=3-зонные обмотки по фиг.1, 5 соединяются при последовательно-согласном включении групп 1Г+(3к)Г=1Г, 4Г, 7Г, ... в фазе I, 12Г+(3к)Г=12Г, 15Г, 18Г, ... в фазе II, 23Г+(3к)Г=23Г, 26Г, 29Г, ... в фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например, с=2 обмотки имеют 2р=44 полюса при z=102 и 108 пазах.

По углам сдвигов фиг.1 при α_п=360°/z=120°/17 строится диаграмма фиг.2: 7Г→10Г=4,5(α_пp)=5940°/17=360°-1,5α_п, 7Г→4Г=+1,5α_п; 7Г→13Г=9,5(α_пp)=2,5α_п, 7Г→1Г=-2,5α_п; 7Г→16=14(α_пр)=+α_п, 7Г→31Г=-α_п; 7Г→19Г=18,5(α_пp)=-0,5α_п, 7Г→28Г=0,5α_п; 7Г→22Г=23(α_пp)=-2α_п, 7Г→25Г=2α_п. Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°y_K/τ_п) при y_к=2, τ_п=z/2p=51/22 и распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=К_yК_р=0,80836; при х≠0 к K_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2: -2x0,626924(cos0,5α_п+cos1,5α_пcos2,5α_п)=х3,7788 для 1Г+13Г+4Г+10Г+19Г+28Г, x0,976848(1+2cosα_п+2cos2α_п)=x4,81043 для 7Г+16Г+31Г+22Г+25Г при К_yi=0,626924 (y_пi=1), 0,976848 (y_п=2) и К_обоN=13,7421, Σx=+1,13162, тогда

Из многоугольников МДС фиг.3 и 4 (в центре показаны единичные векторы токов фазных зон) по треугольной сетке и соотношениям [Попов В.1-1. 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=17 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=0,60, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8793, R² _д=32,36/17, R_о=49,2·0,8793/11π, σ_д%мин=21,45 для z_э=3(N-х)=3·16,4=49,2, а при х=0 - σ_д%=44,66, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 44,66/21,45=2,08 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/11); с учетом изменений К_об, z_э ее эффективность равна К_эф=(0,8793/0,8084)(44,66/21,45)z_э/z=2,19.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=54: K_об=(14,2686-x0,2682)/(18-3x), R² _д=(39-20х+15х²)/18 и при x_опт=0,63-К_об=0,8752, σ_д%мин=19,97 для z_э=3(N-3х)=3·16,11=48,33, а при x=0-σ_д%=41,21, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 41,21/19,97=2,06 раза при коэффициенте эффективности К_эф=2,04.

В сравнении с m′=6-зонными обмотками при q=z/6p=17/22<1 (z=51), q=9/11<1 (z=54), предлагаемая m′=3-зонная имеет пониженные 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 маломощных 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=17/11 и q=18/11) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=22·с полюсах выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с: 1) в z=51·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=17/11 и группировкой 22121212121: в первой группировке 1Г...11Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3,1 с w_К(1-x)w_К витками, а однокатушечные - y_п=2 с (1+x)w_К витками при значении х=0,60; 2) в z=54·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=18/11 и группировкой катушек 22122122121: в первой группировке 1Г...11Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3,1 с w_К, (1-x)w_К витками, а однокатушечные y_п=2 с (1+x)w_К витками при значении х=0,63. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_K - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=22·с полюсах в z=51·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=17/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г с и группировкой катушек по ряду 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1, повторяемому 3 с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3,1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные - y_П=2 с (1+x)w_K витками при значении х=0,60 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 при 2р=22·с полюсах в z=54·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=18/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 2 2 1 2 2 1 2 2 1 2 1, повторяемому 3 с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3,1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные - y_п=2 с (1+x)w_к витками при значении х=0,63 и такое распределения неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3 ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.