ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=81·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/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 МДС ν>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной обмотки в z=81·с пазах при 2р=22·с и 2p=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=27/p (N=27) 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=81·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=27/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 32323232322, повторяемому 3·с раз: 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 в 1Г, 9Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, а двухкатушечные - y'_пi=5, 3 с w_к, (1+х)w_к витками при значении х=0,43;

2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=27/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 3222222222222, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам y_п=3 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1-х)w_к в 1Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, 5Г, 6Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 9Г, 10Г, 11Г, 12Г, 13Г и y'_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к в 7Г, 8Г при значении х=0,44. 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=81 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=27 пазов с номерами 1...27 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-x), полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 16Г; 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 1Г и z_э=3(N-2х). 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=162.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_у=sin(90°y_к/τ_п) при y_к=4, τ_п=z/2p=81/22, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_yК_р=0,81959; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=40°/9: -x2(0,54951+0,753436)cos2α_п=-x2,57459 для 1Г+31Г, -х(0,54951-0,99080+0,753436)(1+2cosα_п)=-x0,93456 для 16Г+7Г+25Г, 2x0,95789(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п)=+x5,69763 для 4Г+28Г+10Г+22Г+13Г+19Г при К_yi=0,54951 (y_пi=6), 0,99080 (y_пi=4), 0,753436 (y_пi=2), 0,95789 (y_пi=3), K_обоN=22,12895, ∑х=+2,1885 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=27 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=0,43, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,86827, R² _д=117,8887/27, R_o=79,71·0,86827/11π, σ_д%мин=8,86 для z_э=3(N-х)=3·26,57=79,71, а при х=0-σ_д%=20,43, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 20,43/8,86=2,31 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,86827/0,81959)(20,43/8,86)z_э/z=2,40.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=(22,29663+х1,6189)/(27-2х), R² _д=(87-18х+34х²)/27 и при х_опт=0,44-К_об=0,8809, σ_д%мин=11,06 для z_э=3(N-2х)=78,36, а при х=0-σ_д%=20,12, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 20,12/11,06=1,82 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/13) при К_эф=1,88.

В сравнении с m'=6-зонными обмотками при 2р=26, z=81, q=z/6p=27/22 и 27/26 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. Техническим результатом от использования изобретения является снижение коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m′=3-зонной электромашинной дробной (q=27/11 и q=27/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=81·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=27/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 32323232322, повторяемому 3·с раз: 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 в 1Г, 9Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, а двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при х=0,43; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=27/13 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3222222222222, повторяемому 3·с раза: 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, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 9Г, 10Г, 11Г, 12Г, 13Г и y′_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к в 7Г, 8Г при значении х=0,44. 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=81·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=27/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 3 2 3 2 3 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 в 1Г, 9Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, а двухкатушечные - y′_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,43 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=81·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=27/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г с и группировкой катушек по ряду 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2, повторяемому 3·с 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, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, 5Г, 6Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 9Г, 10Г, 11Г, 12Г, 13Г и y′_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к в 7Г, 8Г при значении х=0,44 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, ...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.