ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=26·c ПОЛЮСАХ В z=162·c И z=168·c ПАЗАХ 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 при 2p=26c полюсах в z=162·с, z=168·с пазах, выполняемой с q=z/3p=N/13 (N=54 и 56) из 3р·с катушечных групп по известным группировкам катушек в группах [Лившиц-Гарик М. 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 2р=26·с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с: 1) в z=162·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=54/13, группировкой по ряду 5444445444444: в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - y'_пi=9, 7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K витками в 4Г, 10Г, 11Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K (1-x)w_K в 2Г, 3Г, 8Г, 9Г и (1-x)w_K, w_K (1+x)w_K, w_K в 5Г, 5Г, 12Г, 13Г при значении х=0,46;

2) в z=168·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=56/13 и группировкой по ряду 5445445445444: в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - y'_пi=9, 7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K витками в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 8Г, 9Г и w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K, в 12Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K в 11Г и w_K, w_K, (1+x)w_K, w_K в 13Г при значении х=0,37. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где c=1, 2, 3; 2w_K - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и 2р=26·с группами 1Г...39Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=54 пазов с номерами 1...54 снизу, 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-4х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 4Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке при ее стороне в единицу длины построены многоугольники МДС обмотки 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 при z=168 (для z'=z/3=56), оси симметрии в 25Г и z_э=3N. Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1 и 5 соединяются при последовательно-согласном включении групп 1Г+(3к)Г=1Г, 4Г, 7Г,... в фазе I, 14Г+(3к)Г=14Г, 17Г, 20Г,... в II, 27Г+(3к)Г=27Г, 30Г, 33Г,... в III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например с=2 обмотай имеют 2р=52 при z=324 и z=336.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°у_K/τ_п) при у_K=6, τ_п=z/2р=81/13, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,82565; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=20°/9: -2x(0,58149+0,48311)cos0,5α_п=-x2,12881 для 1Г+7Г, х(0,981255-0,68624)(1+2cosα_п)=+x0,8846 для 4Г+10Г+37Г, 2x0,998308[cos(2-6,5)α_п-cos(2+19,5)α_п+cos(3-6,5)α_п-cos(3+19,5)α_п+cos(4-6,5)α_п-cos(4+19,5)α_п+cos(5-6,5)α_п-cos(5+19,5)α_п]=+х2,91572 для 13Г+34Г+16Г+31Г+19Г+28Г+22Г+25Г при K_yi=0,58149 (у_пi=10), 0,998308 (у_пi=6), 0,48311 (y_пi=2), 0,981255 (y'_пi=7), 0,68624 (y'_пi=3) и K_обоN=44,5849, ∑x=+1,6715, 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=54 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=0,46, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8695, R² _д=615,5512/54, R_o=156,48·0,8695/13π, σ_д%мин=2,70 для z_э=3(N-4x)=3·52,16=156,48, а при х=0-σ_д%=5,67, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 5,67/2,70=2,10 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/13); с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,8695/0,8257)(5,67/2,70) z_э/z=2,13. По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2р=26, z=162, q=z/6p=27/13, у_п=5, К_об=0,9094, σ_д%=4,18, предлагаемая m'=3-зонная обмотка эффективнее в К_эф=(0,8695/0,9094)(4,18/2,70) z_э=z=1,43 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) групп.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=168: K_об=0,82184+x0,06712, R² _д=(678+6х+141х²)/56, x_опт=0,37, К_об=0,8467, σ_д%мин=2,98; при х=0-σ_д%=5,93 и К_эф=2,05.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических МДС поля, улучшать вибро-акустические характеристики, повышать КПД и 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=54/13 и q=56/13) петлевой обмотки. Для этого трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=26·с полюсах выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·c: 1) в z=162·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=54/13 и группировкой 5444445444444: в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K витками в 4Г, 10Г, 11Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K в 2Г, 3Г, 8Г, 9Г и (1-x)w_K, w_K, (1+x)w_K, w_K в 5Г, 6Г, 12Г, 13Г при значении х=0,46; 2) в z=168·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=56/13 и группировкой катушек 5445445445444: в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K витками в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 8Г, 9Г и w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K в 12Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K в 11Г и w_K, w_K, (1+x)w_K, w_K в 13Г при значении x=0,37. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; 2w_K - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=26·с полюсах в z=162·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=54/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·c и группировкой катушек по ряду 5 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - у'_пi=9, 7, 5, 3·с w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K витками в 4Г, 10Г, 11Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K в 2Г, 3Г, 8Г, 9Г и (1-x)w_K, w_K, (1+x)w_K, w_K в 5Г, 6Г, 12Г, 13Г при значении х=0,46, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; 2w_K - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=26·с полюсах в z=168·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=56/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·c и группировкой катушек по ряду 5 4 4 5 4 4 5 4 4 5 4 4 4, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2·с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K витками в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 8Г, 9Г и w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K в 12Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K в 11Г и w_K, w_K, (1+x)w_K, w_K в 13Г при значении х=0,37, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; 2w_K - число витков каждого паза.