ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=16·c ПОЛЮСАХ В z=3(8·b+7)·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 у_к≈τ_п=z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/m'р, 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=16·с полюсах в z=3(8·b+7)·c пазах при b=2, 3, 4, выполняемой из 3р·с катушечных групп с q=z/3p=N/8 (N=23, 31, 39) по известным группировкам катушек в группах [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/Пер.с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225], повторяемым 3·c раз.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки при 2p=16·с полюсах:

1) в z=69·с пазах с q=23/8 и группировке 33333332: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-х)w_к витками в 1Г, 7Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 5Г, у_п=4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, w_к, (1+х)w_к, (1-х)w_к в 6Г и по (1+х)w_к в 8Г при значении х=0,56;

2) в z=93·c пазах с q=31/8 и группировке 4 4 4 4 4 4 4 3: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=6 с (1-х)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками в 1Г, 2Г, (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 5Г, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г, 7Г, w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г и у_пi=9, 7, 5, 3 с (1-x)w_к, w_к, (1+х)w_к, w_к в 4Г при значении х=0,51;

3) в z=117с пазах с q=39/8 и группировке 5 5 5 5 5 5 5 4: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 7Г, w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 5Г, у_п=7 с (1-x)w_к, w_к, (1+х)w_к, w_к, w_к в 2Г, w_к, w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г и w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г при значении х=0,55.

Такие 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 2р=16, z=69 с группами 1Г...24Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=23 пазов с номерами 1...23 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С, X-Y-Z в верхнем и нижнем слое; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей для групп зон А относительно осей симметрии 4Г и 8Г; 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=93 для z'=z/3=31, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-х) полностью заполненных пазах. На фиг.8, 9, 10 - то же, что и на фиг.1, 3, 4, но при z=117 для z'=z/3=39. 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=138, 186, 234 пазах.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=4, τ_п=z/2p=69/16, распределения К_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,82193; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=120°/23 и равное ∑x/N=+0,09960, 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=23 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=0,56, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8777, R² _д=142,872/23, R_о=69·0,8777/8π и σ_д%мин=6,98; при х=0-σ_д%=11,86, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 11,86/6,98=1,7 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/8; с учетом изменения К_об эффективность такой обмотки равна К_эф=(0,8777/0,8219)(11,86/6,98)=1,814.

Подобным образом: по фиг.5...7: К_об=(25,6088+x2,2808)/(31-x) и R² _д=(309+18x+37x²)/31, х_опт=0,51 и σ_д%мин=3,54 для z_э=3(N-x)=3·30,49·3=91,47; при х=0-σ_д%=6,67 и К_эф=1,97; по фиг.8...10: К_об=0,82523+х0,0719, R² _д=(600+66x+38x²)/39, х_опт=0,55, σ_д%мин=2,49, а при х=0-σ_д%=4,24 и K_эф=1,79. В сравнении с m'=6-зонными обмотками при 2р=16, q=z/6p=N/16 (N=23, 31, 39), m'=3-зонные обмотки имеют пониженные 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 полей, улучшать виброакустические 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 петлевой обмотки, выполняемой 2р=16·с-полюсой в z=3(8·b+7)·c=69·c, 93·с, 117·с пазах при b=2, 3, 4 с числами пазов на полюс и фазу q=z/3p=23/8, 31/8, 39/8. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=16·с полюсах выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·С: 1) в z=69·c пазах с q=23/8 и группировкой 3 3 3 3 3 3 3 2: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 7Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 5Г, у_п=4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 6Г и по (1+x)w_к в 8Г при значении х=0,56; 2) в z=93·c пазах с q=31/8 и группировкой 4 4 4 4 4 4 4 3: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=6 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками в 1Г, 2Г, (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 5 Г, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г, 7Г, w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г и у_пi=9, 7, 5, 3 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 4Г при значении х=0,51; 3) в z=117c пазах с q=39/8 и группировкой 5 5 5 5 5 5 5 4: в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 7Г, w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 5Г, у_п=7 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, w_к в 2Г, w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г и w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г при значении х=0,55. 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 и z=3(8·b+7)·c пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=2, z=69·c, q=z/3p=23/8 и группировке катушек по ряду 3 3 3 3 3 3 3 2, повторяемому 3·с раз, в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 7Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 5Г, у_п=4 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 2Г, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 6Г и по (1+x)w_к в 8Г при значении х=0,56, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков каждого паза.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=16·с полюсах в z=3(8·b+7)·c пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=3, z=93·c, q=z/3p=31/8 и группировке катушек по ряду 4 4 4 4 4 4 4 3, повторяемому 3·с раз, в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_п=6 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками в 1Г, 2Г, (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 5Г, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г, 7Г, w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г и у_пi=9, 7, 5, 3 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к в 4Г при значении х=0,51, 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+7)·c пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=4, z=117·c, q=z/3p=39/8 и группировке катушек по ряду 5 5 5 5 5 5 5 4, повторяемому 3·с раз, в первой группировке 1Г...8Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 7Г, w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, 4Г, 5Г, у_п=7 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, w_к в 2Г, w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 6Г и w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к, w_к в 8Г при значении х=0,55 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков каждого паза.