ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=174·с ПАЗАХ ПРИ 2р=22·с ПОЛЮСАХ (q=58/11) 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/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/m′p целом или дробном, где m'=2m=6 или m'=2m=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 при симметричном синусоидальном токе 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 ее прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m′=3-зонной двухслойной обмотки в z=174·с пазах при 2p=22·с, выполняемой с q=z/3р=58/11=5+3/11 (N=58, d=11) из 3р·с катушечных групп с группировкой катушек по ряду 65565556555 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер.с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225], повторяемому 3·с раза.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=174·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=58/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 65565556555. повторяемому 3·с раз:

в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам y_п=8 с числами витков (1-x)w_к катушек i=1, 6 групп шестикатушечных, (1+х)w_к катушек i'=3 групп пятикатушечных, (1-x)w_к катушек i′=5 групп 2Г, 5Г, 9Г, i′=1 групп 3Г, 7Г, 11Г и концентрических групп 6Г,10Г с y'_пi=12-2(i′-1) при w_к витках в остальных катушках групп, причем такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...6 и i'=1...5 - номера катушек в группах; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой при значении х=0,48.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=174 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z′=z/′3=58 пазов с номерами 1...58 снизу и 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-6х) пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 19Г группировки; 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). Такая m′=3-зонная обмотка соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении в фазах 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, обмотка выполняется в z=348 пазах из 66 катушечных групп для 2р=44 полюсов.

Для равновитковой (х=0) обмотки обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_y=sin(90°y_к/τ_п) при y_к=8, τ_п=z/2p=87/11, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,8269, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=60°/29°: Σx=-0,47764 и К_обN=47,9604, 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%, характеризуюющий качество обмотки по гармоническому составу МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...N=58 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической МДС ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное Х_опт=0,48, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,86595, R² _д=1013,8576/58, R_o=165,36·0,86595/11 π и σ_д%мин=1,81 для z_э=3(N-6x)=3·55,12=165,36, а при х=0-σ_д%=3,94, т.е. σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 3,94/1,81=2,18 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/11; с учетом изменений К_об, z_э ее эффективность равна K_эф=(0,86595/0,8269)(3,94/1,81)z_э/z=2,17 в сравнении с равновитковой (х=0). По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2p=22, z=174, q=z/6p=29/11, y_k=7, К_об=0,8872, σ_д%=2,14, предлагаемая m′=3-зонная обмотка эффективнее в К_эф=(0,86595/0,8872)(2,14/1,81)z_э/z=1,11 раза 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 асинхронные моменты от гармонических МДС поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД и cosϕ₁, перегрузочную способность машины, а в 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=58/11) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=174·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=58/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 65565556555, повторяемому 3с раза: в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам y_п=8 с числами витков (1-x)w_к катушек i=1, 6 групп шестикатушечных, (1+x)w_к катушек i′=3 групп пятикатушечных, (1-x)w_к катушек i′=5 групп 2Г, 5Г, 9Г, i′=1 групп 3Г, 7Г, 11Г и концентрических групп 6Г, 10Г с y′_пi=12-2(i′-1) при w_к витках в остальных катушках групп. Такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...6 и i′=1...5 - номера катушек в группах; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой при оптимальном значении х=0,48. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=174·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=58/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 6 5 5 6 5 5 5 6 5 5 5, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам y_п=8 с числами витков (1-x)w_к катушек i=1, 6 групп шестикатушечных, (1+x)w_к катушек i′=3 групп пятикатушечных, (1-x)w_к катушек i′=5 групп 2Г, 5Г, 9Г, 1′=1 групп 3Г, 7Г, 11Г и концентрических групп 6Г, 10Г с y′_пi=12-2(i′-1) при w_к витках в остальных катушках групп, причем такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...6 и i′=1...5 - номера катушек в группах; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой при значении х=0,48.