ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=22·c ПОЛЮСАХ В z=156·c И z=159·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 равно-шаговыми 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 при 2р=22с полюсах в z=156·с, z=159·с пазах, выполняемой с q=z/3p=N/11 (N=52 и 53) из 3рс 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=22·с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с: 1) в z=156c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=52/11, группировкой по ряду 55545554554: в первой группировке 1Г...11Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам y_пi=11, 9, 7, 5, 3 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а четырехкатушечные - y'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,41;

2) в z=159c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=53/11 и группировкой по ряду 5555545554: в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=11, 9, 7, 5, 3 с w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в 1Г, 5Г, 7Г, 10Г и w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, y_п=7 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, w_к в 2Г, 8Г w_к,_{wк, (1+x)wк, wк, (1-x)wк, в 4Г, 9Г и y'пi=10, 8, 6, 4 wк, (1+x)wк, (1+x)wк, wк витками в 6Г, 11Г при значении x=0,52. Такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; 2wк - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.}

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=52 пазов с номерами 1...52 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-2х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 4Г; 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 и х=0,5 фиг.4. На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но при z=159 (для z'=z/3=53), оси симметрии и 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, 12Г+(3к)Г=12Г, 15Г, 18Г,... в II, 23Г+(3к)Г=23Г, 26Г, 29Г,... в III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например, с=2 обмотки имеют 2p=44 при z=312 и z=318.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°y_к/τ_п) при y_к=7, τ_п=z/2р=78/11, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,8269; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=30°/13:-x(0,6479154-0,999797+0,616719)(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п+cos3,5α_п)=-x2,10969 для 1Г+7Г+10Г+31Г+13Г+28Г+16Г+25Г, +х(0,979791+0,0,970942)(1+2cosα_п)=x5,849033 для 4Г+19Г+22Г, при K_yi=0,6479154 (y_пi=11), 0,999797 (y_пi=7), 0,616719 (y_пi=3), 0,979791 (y'_пi=8), 0,970942 (y'_пi=6), K_обоN=42,99784, ∑x=3,7394,

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=52 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=0,41, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8701, R² _д=793,9644/52, R_o=153,54·0,8701/11π, σ_д%мин=2,17 для z_э=3(N-2x)=3·51,18=153,54, а при х=0 - σ_д%=4,90, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 4,90/2,17=2,26 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/11); с учетом изменений К_об, z_э ее эффективность равна K_эф=(0,8701/0,8269)(4,90/2,17)z_э/z=2,40. По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2р=22, z=156, q=z/6p=26/11, y_п=6, K_об=0,9272 и σ_д%=2,74, предлагаемая m'=3-зонная обмотка эффективнее в К_эф=(0,8701/0,9272)(2,74/2,17) z_э/z-1,17 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Подобным образом по фиг.5...8: z=159: К_об=0,82604+х0,06573, R² _д=(800+62х+66x²)/53, х_опт=0,52-К_об=0,8602 и σ_д%мин=2,39 для z_э=3N=159, а при х=0 - σ_д%=4,50, т.е σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 4,5/2,39=1,90 раза при К_эф=1,96.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических поля, 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 (q=52/11 и q=53/11) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=22·с полюсах выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c: 1) в z=156·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=52/11 и группировкой 55545554554: в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,41; 2) в z=159·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=53/11 и группировкой катушек 55555455554: в первой группировке 1Г...11Г 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, 5Г, 7Г, 10Г и w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, у_п=7 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, w_к в 2Г, 8Г w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, в 4Г, 9Г и у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками в 6Г, 11Г при значении х=0,52. 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=156·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=52/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 5 5 4 5 5 5 4 5 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 (1-х) w_к, w_к, (1+x) w_к, w_к, (1-х) w_к, витками, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, (1+x) w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,41, 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=159·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=53/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 5 5 5 5 4 5 5 5 5 4, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г 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, 5Г, 7Г, 10Г и w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к в 3Г, у_п=7 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, w_к в 2Г, 8Г w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к, в 4Г, 9Г и у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к (1+x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками в 6Г, 11Г при значении х=0,52, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; 2w_к - число витков каждого паза.