ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=22·c ПОЛЮСАХ В z=150·c И z=153·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'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 v=km'/d±1 [там же, с.450], в том числе низшие v<1 при возрастании дифференциального рассеяния σ_д%, где ±k - целое число, дающее порядок гармонической v>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении. В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной обмотки при 2р=22·с полюсах в z=150·c, z=153·c пазах, выполняемой с q=z/3p=N/11 (N=50 и 51) из 3р·с групп по известным группировкам катушек в группах [Лившиц-Гарик M. 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 1 Г...33 Г·с: 1) в z=150·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=50/11 и группировкой по ряду 55454545454: в первой группировке 1 Г...11 Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-х)w_к, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к при х=0,55; 2) в z=153·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=51/11 и группировкой по ряду 55455455454: в первой группировке 1 Г...11 Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к при х=0,56. 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 z=150, 2p=22·с группами 1 Г...33 Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=50 пазов с номерами 1...50 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-х), полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 7Г; 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=153, оси симметрии в 10Г и z_э=3(N-3x). 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, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например, с=2-2р=44 при z=300; 306.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=7, τ_п=z/2p=75/11, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,82633; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=2,4°:-2x(0,570714-0,999123+0,637424)(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п)=-x1,25088 для 1Г+13Г+4Г+10Г+19Г+28Г, x0,982287(1+2cosα_п+2cos2α_п)=x4,90282 для 7Г+16Г+31Г+22Г+25Г при К_уi=0,570714 (у_пi=11), 0,999123 (у_пi=7), 0,637424 (у_пi=3), 0,982287 (у'_пi=6), К_обоN=41,3164, Σх=+3,65194 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=50 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической v=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,55, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,87614, R² _д=723,395/50, R_o=148,35·0,87614/11π, σ_д%мин 2,28 для z_э=3(N-x)=3·49,45=148,35, а при х=0-σ_д%=5,72, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 5,72/2,28=2,51 раза (из-за устранения гармонической МДС v=1/11), а с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,87614/0,82633)(5,72/2,28)z_э/z=2,63. В сравнении с m'=6-зонной обмоткой при q=z/6p=25/11, у_п=5, К_об=0,8725, σ_д%=3,20, предлагаемая m'=3-зонная эффективнее в К_эф=(0,8761/0,8725)(3,20/2,28)z_э/z=1,40 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=153: К_об=(42,1774+x2,2445)/(51-3x), R² _д=(720-2x+69x²)/51 и при х_опт=0,57-К_об=0,8817, σ_д%мин=2,13 для z_э=3(N-3x)=3·49,29=147,87, а при х=0-σ_д%=5,30, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 5,30/2,13=2,49 раза при К_эф=2,57.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических МДС поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД, cosϕ₁, а в синхронных генераторах улучшает 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=50/11 и q=51/11) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=22·с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с: 1) в z=150·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=50/11 и группировкой по ряду 55454545454: в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к и четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,55; 2) в z=153·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=51/11 и группировкой по ряду 55455455454: в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с (1-x)w_к, w_к (1+x)w_к, w_к, (1-х) w_к витками, а четырехкатушечные - у'=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками при х=0,56. Такие 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 при 2р=22·с полюсах в z=150·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=50/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1 Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении x=0,55, 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 при 2р=22·с полюсах в z=153·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=51/11, выполняемая из 3рс катушечных групп с номерами от 1 Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 5 4 5 5 4 5 5 4 5 4, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с числами витков (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,56, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.