ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=26·c ПОЛЮСАХ В В z=60·c И z=63·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 равно-шаговыми 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=26·с полюсах в z=60·c и z=63·с пазах, выполняемой с q=z/3p=N/13 (N=20 и 21) 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 2p=26c полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с: 1) в z=60·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=20/13 и группировкой по ряду 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1: в первой группировке 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные при y_п=2-с (1+х)w_к витками при значении х=0,59; 2) в z=63·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=21/13 и группировкой по ряду 2212212122121: в первой группировке 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 1 с w_к, (1-х)w_к витками, а однокатушечные при y_п=2-с (1+x)w_к витками при значении х=0,62. 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 z=60, 2р=26с группами 1Г...39Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=20 пазов с номерами 1...20 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-х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 34Г; 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 z=63 и оси симметрии в 16Г, 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, 14Г+(3к)Г=14Г, 17Г, 20Г,... в фазе II, 27Г+(3к)Г=27Г, 30Г, 33Г,... в фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например, с=2-2р=52 при z=120, 126.

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=2, τ_п=z/2p=30/13, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=K_yK_p=0,80929; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=6,0°: -x0,629320(1+2cosα_п+2cos2α_п+2cos3α_п)=-x4,30924 для 34Г+1Г+283Г+4Г+25Г+10Г+19Г, 2x0,978148(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п)=x5,77546 для 7Г+22Г+16Г+13Г+16Г+31Г+37Г при K_уi=0,62932 (y_пi=1), 0,978148 (y_п=2), K_обоN=16,858 и ∑х=+1,46622, 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=20 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,59, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,87846, R² _д=38,1739/20, R_о=58,23·0,87846/13π, σ_д%мин=21,67 для z_э=3(N-х)=3·19,41=58,23, а при х=0-σ_д%=45,02, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 45,02/21,67=2,08 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/13), а с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,87846/0,80929)(45,02/21,67)z_э/z=2,19.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=63: К_об=(16,7247+х0,0601)/(21-3х), R² _д=(45-22x+18х²)/21 и при х_опт=0,62-К_об=0,8758, σ_д%мин=20,24 для z_э=3(N-3х)=3·19,14=57,42, а при х=0-σ_д%=41,98, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 41,98/20,24=2,07 раза при К_эф=2,08.

В сравнении с m'=6-зонными обмотками при q=z/6p=10/13<1 (z=60) и q=21/26<1 (z=63) 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 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=20/13 и q=21/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=26с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с: 1) в z=60с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=20/13 и группировкой по ряду 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1: в первой группировке 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные при y_п=2-с (1+x)w_к витками при значении х=0,59; 2) в z=63·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=21/13 и группировкой по ряду 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1: в первой группировке 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные при y_п=2-с (1+x)w_к витками при значении х=0,62. 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 при 2р=26·с полюсах в z=60·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=20/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г с и группировкой катушек по ряду 2 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные при y_п=2-с (1+x)w_к витками при значении х=0,59 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=26·с полюсах в z=63·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=21/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=3, 1 с w_к, (1-x)w_к витками, а однокатушечные при y_п=2-с (1+x)w_к витками при значении х=0,62 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.