ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=22·c ПОЛЮСАХ В z=114·c И z=117·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 некратных 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 2р=22·с полюсах в z=114·с, z=117·с пазах, выполняемой с q=z/3p=N/11 (N=38 и 39) из 3р·с групп 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 2р=22·с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с: 1) в z=114·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=38/11 и группировкой по ряду 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_ni=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_K, w_K, w_K, (1-х)w_K в 1Г, 9Г и (1-x)w_K, (1+х)w_K, w_K, (1-х)w_K в 3Г, 5Г, 7Г, а трехкатушечные - y'_ni=7, 5, 3 с w_K, (1+х)w_K, w_K при x=0,43; 2) в z=117·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=39/11 и группировкой по ряду 4 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_ni=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_K, (1+х)w_K, w_K, (1-x)w_K, а трехкатушечные - у'_ni=7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K при х=0,56. Такие неравновитковые распределения повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,...; 2w_K - число витков полностью заполненных пазов.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=114, 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=38 пазов с номерами 1...38 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-x) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 16Г; 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 z=117, оси симметрии в 7Г, z_э=3(N-x). 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, 12Г+(3к)Г=12Г, 15Г, 18Г,... фазе II, 23Г+(3к)Г=23Г, 26Г, 29Г,... фазе III, a фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например с=2-2р=44 при z=228; 234.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°У_K/τ_п) при у_K=5, τ_п=z/2p=57/11, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=K_yK_p=0,82584; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=60°/19; -2x(0,65675+0,56981)cos2α_п=-x2,43823 для 1Г+31Г, -x(0,65675-0,96940+0,56981)(1+2cosα_п)=-x0,7707 для 16Г+7Г+25Г, +2х0,998482(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5a_п)=+x5,96438 для 4Г+28Г+10Г+22Г+13Г+19Г при К_уi=0,656752 (у_ni=8), 0,96940 (у_ni=6), 0,56981 (у_ni=2), 0,998482 (у'_ni=5), К_обоN=31,3820, ∑х=+2,75545 и

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=38 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=0,43, соответствующее σ_д%мин: K_об=0,86683, R² _д=317,3826/38, R_o=112,71·0,8668/11π, σ_д%мин=4,49 для z_э=3(N-x)=3·37,57=112,71, а при х=0-σ_д%=9,21, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 9,21/4,49=2,05 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/11), а с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,86683/0,82584)(9,21/4,49)z_э/z=2,13. В сравнении с m'=6-зонной обмоткой при q=z/6p=19/11, у_п=4, K_об=0,8944, σ_д%=5,20 предлагаемая m'=3-зонная эффективнее в К_эф=(0,8668/0,8944)(5,20/4,49)z_э/z=1,11 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=117: К_об=(32,1143+х3,2935)/(39-х), R² _д=(330+10x+52x²)/39 и при x_опт=0,56-К_об=0,88342 и σ_д%мин=3,83 для z_э=3(N-х)=3·38,44=115,32, а при х=0-σ_д%=8,87, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 8,87/3,83=2,32 раза при К_эф=2,45.

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 маломощных синхронных генераторах улучшать форму кривой выходного напряжения.

Использование: электромашиностроение, трехфазные асинхронные и синхронные электрические машины. В изобретении ставится задача снижения коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной (q=38/11 и q=39/11) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=22·с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c: 1) в z=114·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=38/11 и группировкой по ряду 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_ni=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K в 1Г, 9Г и (1-x)w_K, (1+x)w_K, w_K (1-x)w_K в 3Г, 5Г, 7Г, а трехкатушечные - у'_ni=7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K витками при значении х=0,43; 2) в z=117·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=39/11 и группировкой по ряду 4 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3: в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_ni=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K витками и трехкатушечные - у'_ni=7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K витками при x=0,56. 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=22·с полюсах в z=114·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=38/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_нi=8, 6, 4, 2·с числами витков (1-x)w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K в 1Г, 9Г и (1-x)w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K в 3Г, 5Г, 7Г, а трехкатушечные - у'_нi=7, 5, 3 с w_K (1+x)w_K, w_K витками при значении х=0,43, 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=22·с полюсах в z=117·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=39/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_нi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K, а трехкатушечные - у'_нi=7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K витками при значении х=0,56, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,...; 2w_K - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.