ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=22·c ПОЛЮСАХ В В z=72·c И z=78·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′p 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 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 обмотки при 2р=22·с полюсах в z=72·c и z=78·с пазах, выполняемой с q=z/3p=N/11 (N=24 и 26) из 3р·с групп по известным группировкам катушек в группах [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225], повторяемым 3·с раз.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m-3-фазной двухслойной электромашинной обмотки при 2р=22с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c: 1) в z=72·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=24/11 и группировкой по ряду 32222322222: в первой группировке 1Г...11 Г катушки имеют шаги по пазам y_п=3 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, 6Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 7Г, 8Г, (1-х)w_к, (1+x)w_к в 5Г, 10Г, 11Г и y_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 3Г, 4Г, 9Г при значении х=0,42;

2) в z=78·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=26/11 и группировкой по ряду 32322322322: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками и двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к при значении х=0,39. 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=72, 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z′=z/3=24 пазов с номерами 1...24 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С, X-Y-Z в верхнем и нижнем слоях, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-4x) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 31Г; 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 z=78 и оси симметрии в 13Г, z_э=3(N-x). Такие m′=3-зонные обмотки по фиг.1 и 5 соединяются при последовательно-согласном включении групп 1Г+(3к)Г=1Г, 4Г, 7Г, ... в фазе I, 12Г+(3к)Г=12Г, 15Г, 18Г, ... фазе II, 23Г+(3к)Г=23Г, 26Г, 29Г, ... фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например, с=2-2р=44 при z=144,156.

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=3, τ_п=z/2р=36/11, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_yК_р=0,82018; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=5°: -2x(0,67559+0,46175)cos0,5α_п=-x2,27251 для 1Г+28Г, +2х(0,93969-0,81915)(1+2cosα_п)=+x0,36070 для 31Г+4Г+25Г, +2x0,99145[cos(2-5,5)α_п-cos(2+5,5)α_п+cos(3-5,5)α_п-cos(3+5,5)α_п+cos(4-5,5)α_п-cos(4+5,5)α_п]=+x1,41824 для 7Г+22Г+10Г+19Г+13Г+16Г при K_yi=0,67559(y_пi=5), 0,99145(y_пi=3), 0,46175(y_пi=1), 0,939693(y_пi=4), 0,81915 (y_пi=2), K_обоN=19,6843 и ∑х=-0,49357, тогда

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=24 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

Но (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,42, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,87263, R² _д=75,5832/24, R_o=66,96·0,87263/11π, σ_д%мин=10,16 для z_э=3(N-4x)=3·22,32=66,96, а при х=0-σ_д%=19,86, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 19,86/10,16=1,96 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/11), а с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,87263/0,82018)(19,86/10,16)z_э/z=1,94. В сравнении с m′=6-зонной обмоткой при q=z/6р=12/11, y_п=3, K_об=0,9471, σ_д%=15,6, предлагаемая m′=3-зонная эффективнее в K_эф=(0,8726/0,9471)(15,6/10,16)z_э/z=1,32 раза, значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=78: К_об=(21,0730+x1,7715)/(26-х), R² _д=(107-46x+81x²)/26 и при х_опт=0,39-К_об=0,84982 и для σ_д%мин=9,23 для z_э=3(N-х)=3·25,61=76,83, а при х=0-σ_д%=22,97, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 22,97/9,23=2,49 раза при К_эф=2,57.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических МДС поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД, соsϕ₁, 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=24/11 и q=26/11) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=22с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с: 1) в z=72·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=24/11 и группировкой по ряду 32222322222: в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам y_п=3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, 6Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 7Г, 8Г (1-x)w_к, (1+x)w_к в 5Г, 10Г, 11Г и y_пi=4, 2 c (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 3Г, 4Г, 9Г при значении х=0,42; 2) в z=78·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=26/11 и группировкой по ряду 32322322322: в первой группировке 1Г...11Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками и двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,39. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=22·с полюсах в z=72·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=24/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2, повторяемому 3 раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги пазам y_п=3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, 6Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 7Г, 8Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 5Г, 10Г, 11Г и y_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 3Г, 4Г, 9Г при значении х=0,42 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=78·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=26/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 3 2 2 3 2 2 3 2 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 (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками и двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,39 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.