ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=180·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 равношаговыми или концентрическими при среднем шаге по пазам y_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 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=180·с пазах при 2р=22·с, 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=60/p (N=60) из 3 р·c 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=180·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=60/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 6 6 5 6 6 5 6 6 5 6 5: повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=13-2(i-1) для групп шести- и y'_пi=12-2(i'-1) пятикатушечных с числами витков (1-х)w_к катушек i=1,6, (1+x)w_к катушек i=3 групп 3Г, 5Г, 7Г и катушек i'=3 при w_к витках остальных катушек групп и значении x=0,43;

2) при 2p=26·c полюсах с числом пазов на полюс и фазу с q=60/13, выполняемой из 3·р с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 5 5 5 5 4 5 5 5 4 5 5 5 4, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=11-2(i-1) групп пяти- и y'_пi10-2(i'-1) четырехкатушечных с числами витков (1-x)w_к катушек i=1,5, (1+х)w_к катушек i=i'=3 при w_к витках остальных катушек групп и значении х=0,57, где с=1, 2, 3; i и i' - номера катушек групп, начиная с наружной, 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=180 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z=z/3=60 пазов с номерами 1...60 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 16Г; 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 x=0,5 (фиг.4). На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но для обмотки при 2р=26, оси симметрии в 16Г и z_э=3(N-3х). 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=360.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_об по кооэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при y_к=8, τ_п=z/2p=90/11 и распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_об=K_yK_p=0,82653, а при х≠0 к К_об добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=2,0°: -x2(0,60182+0,54464)cos2α_п=-x2,287323 для 1Г+31Г, -х(0,60182-0,987688 +0,54464)(1+2cosα_п)=-x0,47610 для 16Г+7Г+25Г, 2x0,999391(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п)=+x5,985695 для 4Г+28Г+10Г+22Г+13Г+19Г при K_yi=0,60182 (y_пi=13, i=1), 0,987688 (у_пi=3, i=3), 0,54464 (у_пi=3, i=6), 0,999391 (y'_пi=8, i'=3) и K_обN=49,59189, Σx=+3,2223, 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=60 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,43, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,85576, R² _д=1197,2174/60, R_o=178,71·0,85576/11π и σ_д%мин=1,88 для z_э=3(N-x)=3·59,57=178,71, а при х=0-σ_д%=3,86, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 3,86/1,88=2,05 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна K_эф=(0,85576/0,82653)(3,86/1,88)z_э/z=2,11.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=(49,6146+х3,0404)/(60-3х), R² _д=(840+8x+84x²)/60 и при x_опт=0,57-К_об=0,8809, σ_д%мин=2,14 для z_э=3(N-3х)=3·58,29=174,87, а при х=0-σ_д%=5,4, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 5,40/2,14=2,5 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13; К_эф=2,61. В сравнении с m'=6-зонной обмоткой при 2р=26, z=180, q=z/6p=30/13, у_к=5, К_об=0,8655 и σ_д%=3,09, m'=3-зонная обмотка имеет пониженное σ_д% в 3,09/2,14=1,44 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) групп.

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 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=60/11 и q=60/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=180·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=60/11 выполняется из 3р·с катушечных групп номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 6 5 6 5 6 5 6 5 6 5 5, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...11Г концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=13-2(i-1) групп шести- и у'_пi=12-2(i'-1) пятикатушечных с числами витков (1-x)w_к катушек i=1, 6, (1+x)w_к катушек i=3 групп 3Г, 5Г, 7Г и катушек i'=3 при w_к витках остальных катушек групп и значении х=0,43; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=60/13 выполняется из 3р·с катушечных групп номерами от 1 Г до 39Г с и группировкой катушек по ряду 5 5 4 5 5 4 5 4 5 5 4 5 4, повторяемому 3·c раз: в первой группировке 1Г...13Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=11-2(i-1) групп пяти- и у'_пi=10-2(i'-1) четырехкатушечных с числами витков (1-x)w_к катушек i=1, 5, (1+x)w_к катушек i=3 и i'=3 при w_к витках остальных катушек групп и значении х=0,57, где с=1, 2, 3; i и i' - номера катушек групп, начиная с наружной, 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. Указанные распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=180·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=60/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 6 5 6 5 6 5 6 5 6 5 5, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=13-2(i-1) групп шести- и у'_пi=12-2(i'-1) пятикатушечных с числами витков (1-x)w_к катушек i=1, 6, (1+x)w_к катушек i=3 групп 3Г, 5Г, 7Г и катушек i'=3 при w_к витках остальных катушек групп, причем такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...6 и i'=1...5 - номер катушки в группе, начиная с наружной, a 2w_к -число витков, полностью заполненных обмоткой пазов и значение х=0,43.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=180·с пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=60/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 5 5 4 5 5 4 5 4 5 5 4 5 4, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=11-2(i-1) групп пяти- и у'_пi=10-2(i'-1) четырехкатушечных с числами витков (i-x)w_к катушек i=1, 5, (1+х)w_к катушек i=i'=3 при w_к витках остальных катушек групп, причем такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...5 и i'=-1...4 - номер катушки в группе, начиная с наружной, a 2w_к - число витков полностью заполненных обмоткой пазов и значение х=0,57.