ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=138·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_k≈τ_П=z/2p, 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 в z=138 с пазах при 2р=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=46/p (N=46) 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=138·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=46/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c и группировкой катушек по ряду 54444544444, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам y_Пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-х)w_k, w_k, w_k, w_k, (1-х)w_k витками, а четырехкатушечные - y'_Пi=9, 7, 5, 3 с w_k, (1+x)w_k, w_k, (1-х)w_k в 3Г, 4Г, 9Г, y'_Пi=6, 6, 6, 6 с w_k, (1+x)w_k, w_k, (1-х)w_k в 2Г, 7Г, 8Г и с (1-х)w_k, w_k, (1+x)w_k, w_k в 5Г, 10Г, 11Г при значении х=0,45;

2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=46/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·c и группировкой катушек по ряду 4434343434343, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_Пi=8, 6, 4, 2 с w_k, w_k, w_k, (1-х)w_k витками, а трехкатушечные при y'_Пi=7, 5, 3 с w_k, (1+x)w_k, w_k витками при значении х=0,63, где с=1, 2, 3,...; 2w_k - число витков полностью заполненных обмоткой пазов. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=138 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=46 пазов с номерами 1...46 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-4x) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 31Г; 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) и х=0,5 (фиг.4). На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но для обмотки при 2р=26, оси симметрии в 34Г и z_э=3 (N-x). Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1, фиг.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=276.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_y=sin(90°y_k/τ_П) при y_k=6, τ_П=z/2p=69/11 и распределения К_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_yK_p=0,82514, а при х≠0 к К_обо, добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_П=360°/z=60°/23: -x(0,595128+0,480157)cos0,5α_П=-x2,15001 для 1Г+28Г, х(0,983462-0,682553)(l+2cosα_П)=+х0,902102 для 31Г+4Г+25Г, 2x0,997669[cos(2-5,5)α_G-cos(2+16,5)α_П+cos(3-5,5)α_П-cos(3+16,5)α_П+cos(4-5,5)α_П-cos(4+16,5)α_П]=x2,16808 для 7Г+22Г+10Г+19Г+13Г+16Г при К_yi=0,595128 (y_Пi=10), 0,997669 (y_Пi=6), 0,480157 (y_Пi=2), 0,983462 (y'_Пi=7), 0,682553 (y'_Пi=3), K_обоN=37,9563, Σx=0,9202 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=46 пазовых точек, R_о и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,45, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,86811, R² _д=524,085/46, R_о=132,6·0,86811/11π, σ_д%мин=2,68 для z_э=3(N-4x)=3·44,2=132,6, а при х=0 - σ_д%=5,72, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 5,72/2,68=2,13 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,86811/0,82514)(5,72/2,68)z_э/z=2,16.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2p=26: K_об=(37,88735+x2,06773)/(46-x), R² _д=(388-14x+44x²)/46 и при x_опт=0,63-К_об=0,8638, σ_д%мин=4,05 для z_э=3(N-x)=3·45,37=36,11, а при х=0 - σ_д%=8,90, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 8,90/4,05=2,2 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13; К_эф=2,27. В сравнении с m'=6-зонной обмоткой при 2p-26, z=138, q=z/6p=23/13, y_k=4, К_об=0,8844 и σ_д%=5,16, m'=3-зонная обмотка имеет пониженное σ_д% в 5,16/4,05=1,27 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) 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 синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.

Использование: электромашиностроение. В изобретении ставится задача снижения коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной (q=46/11 и q=46/13) петлевой обмотки. Для этого трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=138·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p·46/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г...33Г с и группировкой катушек по ряду 54444544444, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам y_Пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-х) w_k, w_k, w_k, w_k, (1-х)w_k витками, а четырехкатушечные - y'_Пi=9, 7, 5, 3 с w_k, (1+x)w_k, w_k, (1-х)w_k в 3Г, 4Г, 9Г, y'_Пi=6, 6, 6, 6 с w_k, (1+x)w_k, w_k, (1-х)w_k в 2Г, 7Г, 8Г и (1-х)w_k, w_k, (1+x)w_k, w_k в 5Г, 10Г, 11Г при значении х=0,45; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=46/13 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г...39Г с и группировкой катушек по ряду 4434343434343, повторяемому 3·c раза: в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_Пi=8, 6, 4, 2 с w_k, w_k, w_k, (1-х)w_k витками, а трехкатушечные - y'_Пi=7, 5, 3 с w_k, (1+x)w_k, w_k витками при значении х=0,63, где с=1, 2, 3,...; 2w_k - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=138·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=46/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-х)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к витками, а четырехкатушечные - y'_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-х)w_к в 3Г, 4Г, 9Г, y'_пi=6, 6, 6, 6 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-х)w_к в 2Г, 7Г, 8Г и (1-х)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 5Г, 10Г, 11Г при значении х=0,45 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=138·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=46/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·c и группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с w_к, w_к, w_к, (1-х)w_k витками, трехкатушечные - y'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,63 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.