ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=141·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.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=141c пазах при 2p=22·с и 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=47/p (N=47) 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 m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=141·с пазах: 1) при 2p=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=47/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c и группировкой катушек по ряду 5 4 4 5 4 4 4 5 4 4 4, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...11Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-х)w_к витками в группах пятикатушечных и у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками в четырехкатушечные при значении х=0,43;

2) при 2p=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=47/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 4 3 4 3 4 4 3 4 3, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-х)w_к витками в группах четырехкатушечных и у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками в четырехкатушечных при значении х=0,58. Указанные 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=141 для 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=47 пазов с номерами 1...47 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-6х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 19Г; 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 2p=26, оси симметрии в 16Г, z_э=3(N-3x). 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=282.

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=6, τ_п=z/2p=141/22, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_p=0,82291; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=120°/47: -x(0,637081+0,470783)(1+2cosα_п)=-x3,3214 для 19Г+1Г+4Г, х2(0,98953-0,670785)(cos0,5α_п+cos1,5α_п+cos2,5α_п+cos3,5α_п)=x2,6105 для 7Г+31Г+10Г+28Г+13Г+25Г+16Г+22Г при K_уi=0,637081 (у_пi=10), 0,470783 (у_пi=2), 0,98953 (у'_пi=7), 0,670785 (у'_пi=3), K_обоN=38,6767, ∑х=-0,7009 и 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=47 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=0,86392, R² _д=536,1761/47, R_o=133,26·0,86392/11π и σ_д%мин=2,79 для z_э=3(N-6x)=3·44,42=133,26, а при х=0-σ_д%=5,88, т.е. значение σ_д% обмотки фиг.1 снижается в 5,88/2,79=2,11 раза, а с учетом повышения К_об ее эффективность равна К_эф=(0,86392/0,82291)(5,88/2,79)z_э/z=2,10.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: K_об=(38,5804+x0,59594)/(47-3х), R² _д=(410-10х+56x²)/47 и при х_опт=0,58-К_об=0,8858, σ_д%мин=3,80 для z_э=3(N-3х)·3·44,26=135,88, а при х=0-σ_д%=8,62, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 8,62/3,80=2,27 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/13 и К_эф=2,36.

В сравнении с m'=6-зонными обмотками при 2р=26, z=141, q=z/6p=47/22 и 47/26 предлагаемые m'=3-зонные обмотки имеют пониженное σ_д% и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических полей, 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=47/11 и q=47/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=141c пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=47/11 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г...33Г·c и группировкой катушек по ряду 5 4 4 5 4 4 4 5 4 4 4, повторяемому 3с раз: в первой группировке 1Г...11Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в группах пятикатушечных и у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками в четырехкатушечных при значении х=0,43; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=47/13 выполняется из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г...39Г с и группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 4 3 4 3 4 4 3 4 3, повторяемому 3·с раз: в первой группировке 1Г...13Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками в группах четырехкатушечных и у_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками в трехкатушечных при значении х=0,58. Указанные 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 в z=141·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=47/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 5 4 4 5 4 4 4 5 4 4 4, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к витками в группах пятикатушечных и у'_пi=9, 7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к (1-x)w_к витками в четырехкатушечных при значении х=0,43, 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 в z=141·с пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=47/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 4 4 3 4 4 3 4 3 4 4 3 4 3, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-x)w_к витками в группах четырехкатушечных и у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками в трехкатушечных при значении х=0,58, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3, 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.