ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=111·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 равно-шаговыми 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 ν>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной обмотки в z=111с пазах при 2р=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=37/p (N=37) 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=111с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=37/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 3 4 3 3 4 3 3, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам У_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,38;

2) при 2p=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=37/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 2, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 6Г, 8Г, 12Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 10Г, у_пi=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, 9Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 5Г, 11Г, а двухкатушечные - y'_пi=5, 3·с (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при х=0,54. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где c=1, 2, 3; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при c=1 и z=111 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=37 пазов с номерами 1...37 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 13Г; 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.3...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но для обмотки при 2р=26, оси симметрии в 10Г и z_э=3N. 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=222.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=5, τ_п=z/2p=111/22, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,82702, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=120°/37: -x2(0,60595+0,583196)(cos0,5α_п+cos1,5α_п)=-x4,74707 для 1Г+25Г+28Г+31Г, x0,99990(1+2cosα_п+2cos2α_п+2cos3α_п)=+x6,95453 для 13Г+4Г+22Г+7Г+19Г+10Г+16Г при K_уi=0,605951(y_пi=8), 0,583196 (у_пi=2), 0,99990 (у'_пi=5)и K_обоN=-30,59978, Σх=+2,20746, 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=37 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=0.38, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,85851, R² _д=287,8848/37, R_o=109,86 0,85851/11π и σ_д%мин=4,46 для z_э=3(N-x)=3·36,62=109,86, а при х=0-σ_д%=9,54, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 9,54/4,46=2,14 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,85851/0,82702)(9,54/4,46)z_э/z=2,20.

Подобным образом по фиг.5... 8 для 2р=26: К_об=0,82305+х0,09410, R² _д(208+8x+37x²)/37 и при х_опт=0,54-K_об=0,87386 и σ_д%мин=6,90 для z_э=3N=111, а при х=0-δ_д%=12,35, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 12,35/6,9=4,8 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13 при К_эф=1,90.

В сравнении с m'=6-зонными обмотками при 2р=26, z=111, q=z/6p=37/22 и 37/26 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 гармонического поля, улучшать вибро-акустические 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=37/11 и q=37/13) петлевой обмотки. Для этого трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=111c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=37/11 выполняется из 3р ·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 3 4 3 3 4 3 3, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам У_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,38; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=37/13 выполняется из 3P·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·c и группировкой катушек по ряду 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 2, повторяемому 3·с раза: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 6Г, 8Г, 12Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 10Г, у_пi=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, 9Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 5Г, 11Г, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3·с (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,54. 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=11·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=37/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 3 4 3 3 4 3 3, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=8, 6, 4, 2·с (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+х)w_к, w_к витками при значении х=0,38, 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=111·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=37/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 3 3 3 3 2 3 3 3 3 3 2, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 6Г, 8Г, 12Г и w_к, (1+х)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 10Г, у_пi=4, 4, 4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, 9Г и w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 5Г, 11Г, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3·c (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,54, и такое распределения неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков каждого паза.