ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=135·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=135·c пазах при 2р=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=45/p (N=45) 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=135·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=45/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1 Г...11 Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, у′_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г,7Г, у′_пi=6, 6, 6, 6 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, 5Г и с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г, 9Г, 10Г, 11Г при значении х=0,48;

2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=45/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 11Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, 9Г, y′_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к,w_к витками в остальных группах при значении х=0,44. Указанные 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=135 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z′=z/3=45 пазов с номерами 1...45 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-2х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 1Г; 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). На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но для обмотки при 2p=26, оси симметрии в 19Г, z_э=3(N-x). 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=270.

Для обмотки, фиг.1, равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_об по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при y_к=6, τ_п=z/2p=135/22, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_об=К_yК_р=0,82656; при х≠0 к К_об добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2, при α_п=360°/z=8°/3: -х(0,54951-0,99939+0,48989)=-х1,0394 для 1Г, x2(0,975662-0,694658)cos0,5·α_п=х0,56186 для 7Г+28Г, x0,99939[cos(1,5-5,5)α_п-cos(1,5+16,5)·α_п+cos(2,5-5,5)α_п-cos(2,5+16,5)α_п+cos(3,5-5,5)α_п-cos(3,5+16,5)α_п+cos(4,5-5,5)α_п-cos(4,5+16,5)α_п]=+х3,01469 для 4Г+31Г+10Г+25Г+13Г+22Г+16Г+19Г при K_yi=0,54951 (y_пi=10), 0,99939(у_пi=6), 0,48989(у_пi=2), 0,975662(y′_пi=7), 0,694658(y′_пi=3), K_обN=37,1954, Σх=+2,53715 и 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=45 пазовых точек, R_о и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,48, соответствующее σ_д%мин: К_об=87224, R² _д=514,3536/45, R_o=132,12·0,87224/11π и σ_д%мин=2,78 для z_э=3(N-2x)=3·44,04=132,12, а при х=0-σ_д%=5,50, т.е. значение σ_д% обмотки, фиг.1, снижается в 5,50/2,78=1,98 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,87224/0,82656)(5,50/2,78)z_э/z=2,04.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=(37,1551+х3,4817)/(45-х), R² _д=(З66-6х+84х²)/45 и при x_опт=0,44-К_об=0,8682 и σ_д%мин=4,46 для z_э=3(N-x)=3·44,56=133,68, а при х=0-σ_д%=9,19, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 9,19/4,46=2,06 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13 при K_эф=2,15.

В сравнении с m′=6-зонными обмотками при 2р=26, z=135, q=z/6p=45/22 и 45/26 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 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=45/11 и q=45/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка и z=135·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=45/11 выполняется из 3p·c катушечных групп номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г, 7Г, у'_пi=6, 6, 6, 6 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, 5Г и с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г, 9Г, 10Г, 11Г при значении х=0,48; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=45/13 выполняется из 3р с катушечных групп номерами от 1 Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3, повторяемому 3·с раза: в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 11Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, 9Г, у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками в остальных группах при значении х=0,44. Указанные 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=135·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=45/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к (1-x)w_к витками в 1Г, у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x) w_к, w_к, (1-х)w_к в 6Г, 7Г, у'_ni=6, 6, 6, 6 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 2Г, 3Г, 4Г, 5Г и с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г, 9Г, 10Г, 11Г при значении х=0,48, 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=135·с пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=45/13, выполняемая из 3р с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 11Г и (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, 9Г, у'_пi=7, 5, 3 с w_к (1+x)w_к, w_к витками в остальных группах 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.