ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=16·c ПОЛЮСАХ В z=3(8·b+1)·c ПАЗАХ Российский патент 2008 года по МПК H02K1/04 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'р катушечных групп с катушками равношаговыми или концентрическими при среднем шаге по пазам у_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 v>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной обмотки при 2р=16·с полюсах в z=3(8·b+1) с пазах при b=2, 3, 4, выполняемой из 3р·с катушечных групп с q=z/3p=N/8 (N=17, 25, 33) по известным группировкам катушек в группах [Лившиц-Гарик M. 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=16·с полюсах: 1) в z=51·с пазах с q=17/8 и группировке 3 2 2 2 2 2 2 2: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, (1+x)w_к, (1-х)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 6Г, 7Г, 8Г и у'_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 5Г при значении х=0,43;

2) в z=75·c пазах с q=25/8 и группировке 4 3 3 3 3 3 3 3: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=5 с числами витков (1-х)w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к в 1Г, w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к в 2Г, (1-x)w_к, (1+х)w_к, w_к в 8Г и у_пi=7, 5, 3 с (1-х)w_к, (1+х)w_к, w_к витками в 3Г, 4Г, 5Г, 6Г, 7Г при значении х=0,54;

3) в z=99·с пазах с q=33/8 и группировке 5 4 4 4 4 4 4 4: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=6 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к витками в 1Г, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 6Г, 7Г, 8Г, у_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 5Г при значении х=0,46. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков полностью заполненных обмоткой пазов.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и 2p=16, z=51 с группами 1Г...24Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=17 пазов с номерами 1...17 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и Х-Y-Z в верхнем и нижнем слоях, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-2х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно осей симметрии 1Г и 13Г; на фиг.3 и 4 по треугольной сетке при ее стороне в единицу длины построены многоугольники МДС обмотки фиг.1 при х=0 фиг.3, х=0,5 фиг.4. На фиг.5, 6, 7 показано то же, что и на фиг.1, 3, 4, но при z=75 для z'=z/3=25. На фиг.8, 9, 10 - то же, что и на фиг.1, 3, 4, но при z=99 для z'=z/3=33. Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1, 5, 8 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 обмотки имеют 2р=32 полюса при z=102, 150, 198 пазах.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=3, τ_п=z/2p=51/16, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=К_уК_p=0,8240; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=120°/17; -x(0,626924+0,47309)=-x1,10 для 1Г, х(0,920906-0,83360)=+х0,087303 для 13Г 2х0,995794 [cos(1-4)α_п-cos(1+4)α_п+cos(2-4)α_п-cos(2+4)α_п+cos(3-4)α_п-cos(3+4)α_п]=x1,37186 при K_уi=0,626924 (у_пi=5), 0,995734 (у_пi=3), 0,47309 (у_пi=1), 0,920906 (у'_пi=4), 0,83360 (у'_пi=2), K_обоN=14,0078 и ∑x=+0,35914, 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=17 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,43, соответствующее σ_д%мин: K_об=0,8775, R² _д=53,6976/17, R_o=48,42·0,8775/8π и σ_д%мин=10,53 для z_э=3(N-2x)=3·16,14·3=48,42, а при х=0-σ_д%=19,93, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 19,93/10,53=1,9 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/8; с учетом изменений К_об и z_э эффективность такой обмотки равна K_эф=(0,8775/0,8240)(19,93/10,53)z_э/z=1,90.

Подобным образом: по фиг.5...7: К_об=(20,5676+х1,0486)/(25-2х), R² _д=(166-8х+23х²)/25, х_опт=0,54 и σ_д%мин=5,84; при х=0-σ_д%=10,16 и К_эф=1,87; по фиг.8...10; К_об=(27,2645+х1,3985)/(33-2х), R² _д=(369-6х+47x²), х_опт=0,46 и σ_д%мин=2,72, а при х=0-σ_д%=5,57, К_эф=2,10. В сравнении с m'=6-зонными обмотками при 2р=16, q=z/6р=N/16 (N=17, 25, 33), m'=3-зонные обмотки имеют пониженные σ_д% и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) групп.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снизить добавочные потери в стали и моменты от гармонических поля, улучшить виброакустические характеристики, повысить кпд и cosϕ₁, а в синхронных генераторах улучшить форму кривой выходного напряжения.

Использование: электромашиностроение. В изобретении ставится задача снижения коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной петлевой обмотки, выполняемой 2р=16·с-полюсной в z=3(8·b+1)·c=51·c, 75·с, 99·с пазах при b=2, 3, 4 с числами пазов на полюс и фазу q=z/3p=17/8, 25/8, 33/8. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=16· с полюсах выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·c: 1) в z=51·c пазах с q=17/8 и группировкой 3 2 2 2 2 2 2 2: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=3 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 6Г, 7Г, 8Г и у'_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 5Г при значении х=0,43; 2) в z=75·c пазах с q=25/8 и группировкой 4 3 3 3 3 3 3 3: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=5 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к в 1Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г и у_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками в 3Г, 4Г, 5Г, 6Г, 7Г при значении х=0,54; 3) в z=99·c пазах с q=33/8 и группировкой 5 4 4 4 4 4 4 4: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=6 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 6Г, 7Г, 8Г, у_пi-9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к 5Г при значении х=0,46. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 3 н.п. ф-лы, 10 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=16·с полюсах в z=3(8·b+1)·c пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=2, z=51·c, q=z/3p=17/8 и группировке катушек по ряду 3 2 2 2 2 2 2 2, повторяемому 3·с раз, в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=3 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к в 6Г, 7Г, 8Г и у'_пi=4, 2 с (1+x)w_к, (1-x)w_к витками в 5Г 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 при 2р=16·с полюсах в z=3(8·b+1)·c пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=3, z=75·c, q=z/3p=25/8 и группировке катушек по ряду 4 3 3 3 3 3 3 3, повторяемому 3·c раз, в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=5 с числами витков (1-х)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к в 1Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 2Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г и у_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками в 3Г, 4Г, 5Г, 6Г, 7Г при значении х=0,54, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.3. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=16·с полюсах в z=3(8·b+1)·c пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=4, z=99·c, q=z/3p=33/8 и группировке катушек по ряду 5 4 4 4 4 4 4 4, повторяемому 3·с раз, в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=6 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 6Г, 7Г, 8Г и у_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 5Г при значении х=0,46, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.