ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=144·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 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.3 92-394]. 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 в z=144·c пазах при 2р=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=48/p (N=48) из 3р·с 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 т=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=144·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=48/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 54554554554, повторяемому 3·с раз: 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, w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+х)w_к, w_к витками при х=0,38;

2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=48/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 4443443443443, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=9, 7, 5, 3 с (1-х)w_к, w_к, (1+x)W_к, (1-x)w_к витками, а трехкатушечные при у^' _пi=8, 6, 4 с w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к, витками при значении х=0,40, где с=1, 2, 3, ...; 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=144 для 2р=22·с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=48 пазов с номерами 1...48 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С, 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 13Г; 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 х=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 28Г и z_э=3(N-x). 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=288.

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_n=z/2p=72/l1 и распределения К_р=sin(60)/Nsin60°/N равен K_обо=K_уK_p=0,82214, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=2,5°:-x(0,480989+0,659346)(cos0,5α_п+cos1,5α_п)=-x4,5559 для 1Г+25Г+28Г+31Г, x0,991445(1+2cosα_п+2cos2α_п+2cos3α_п)=-+х6,91372 для 13Г+4Г+22Г+7Г+19Г+10Г+16Г при К_уi=0,480989(у_пi=11), 0,659346 (у_пi=6), 0,991445 (у'_пi=6), K_обоN=39,46287, ∑x=+2,35781 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=48 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической v=1:

По (1)-(3) из условия d((σ_д)/d/(x)=0 вычисляется оптимальное х_опт=0,38, соответствующее σ_дмин: К_об=0,84752, R² _д=605,8824/48, R_о=142,86·0,84752/11π, σ_д%мин=2,83 для z_э=3(N-4x)=3·47,62=142,86, а при х=0-σ_д%=6,51, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 6,51/2,83=2,30 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,84752/0,82214)(6,51/2,83)z_э/z=2,35.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=(39,3592+х4,72873)/(48-х), R² _д=(438-12x+146x²)/48 и при x_опт=0,4-К_об=0,8666, σ_д%мин=3,60 для z_э=3(N-x)-3·47,6=142,8, а при х=0-σ_д%=9,17, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 9,17/3,60=2,6 раза из-за устранения гармонической МДС v=1/13; К_эф=2,67. В сравнении с m'=6-зонной обмоткой при 2р=26, z=144, q=z/6p=24/13, у_к=5, K_об=0,9439 и σ_д%=5,33, m'=3-зонная обмотка имеет пониженное σ_д%, в 5,33/3,60=1,48 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 МДС 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=48//11 и q=48/13) петлевой обмотки. Для этого трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=144·c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=48/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 54554554554, повторяемому 3·c раз: 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, w_к, w_к, (1-х) w_к витками, а четырехкатушечные у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,38; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=48/13 выполняется из 3р·с катушечных группе номерами от 1Г до 39Г с и группировкой катушек по ряду 4443443443443, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у'_пi=9, 7, 5, 3 с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками, а трехкатушечные - у'_пi=8, 6, 4 с w_к, (1+x) w_к, (1+x) w_к витками при значении х=0,40, где с=1, 2, 3,...; 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=144·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=48/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 4 5 5 4 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-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а четырехкатушечные - у'_пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к при значении х=0,38, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков полностью заполненных обмоткой пазов.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=144·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=48/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 4 4 4 3 4 4 3 4 4 3 4 4 3, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=9, 7, 5, 3 с (1-х) w_к, w_к, (1+x) w_к, (1-х) w_к витками, а трехкатушечные - у'_пi=8, 6, 4 с w_к, (1+x)w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,40, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3,...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.