ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=26·c ПОЛЮСАХ В z=96·c И z=99·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 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=26·с полюсах в z=96·c и z=99·с пазах, выполняемой с q=z/3p=N/13 (N=32 и 33) из 3р·с 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=26с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с: 1)в z=96·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=32/13 и группировкой по ряду 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 2: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, w_к, (1-х)w_к в 1Г, 11Г и (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, 9Г, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при х=0,44;

2) в z=99·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=33/13 и группировкой по ряду 3 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, (1-x)w_к, двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с w_к, (1+х)w_к при х=0,55. 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=96, 2p=26 с группами 1Г...39Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=32 пазов с номерами 1...32 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 19Г; 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=99 и оси симметрии в 34Г, z_э=3(N-x). 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, 14Г+(3к)Г=14Г, 17Г, 20Г, ... фазе II, 27Г+(3к)Г=27Г, 30Г, 33Г, ... фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например, с=2-2р=52 при z=192, 198.

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=4, τ_п=z/2p=48/13, распределения K_p=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,82006; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=3,75°: -2x(0,55557+0,75184)cos2,5α_п=-x2,5740 для 1Г+37Г, -х(0,55557-0,99145+0,75184)2(cos0,5α_п+cos1,5α_п)=-x1,2605 для 7Г+31Г+16Г+22Г, +х0,956940(1+2cosα_п+2cos2α_п+2cos3α_п)=+x6,64134 для 19Г+4Г+34Г+10Г+28Г+13Г+25Г при К_уi=0,55557 (у_пi=6), 0,99145 (у_пi=4), 0,751840 (у_пi=2), 0,956940 (у'_пi=3) и К_обоN=26,24207, ∑х=+2,8001, 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=32 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=0,44, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,87055, R² _д=141,7856/32, R_o=94,68·0,87055/13π, σ_д%мин=8,78 для z_э=3(N-4x)=3·31,56=94,68, а при x=0-σ_д%=20,26, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 20,26/8,78=2,31 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/13), а с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,87055/0,82006)(20,26/8,78)z_э/z=2,42. В сравнении с m'=6-зонной обмоткой при q=z/6p=16/13, у_п=3, К_об=0,9140, σ_д%=11,1, предлагаемая m'=3-зонная эффективнее в К_эф=(0,8706/0,9140)(11,10/8,78)z_э/z=1,20 раза, значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=99: K_об=(27,2095+x3,1655)/(33-х), R² _д=(156-20x+50x²)/33 и при х_опт=0,55-К_об=0,89216 и σ_д%мин=7,29 для z_э=3(N-x)=3·32,45=97,35, а при х=0-σ_д%=18,34, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 18,34/7,29=2,52 раза при К_эф=2,68.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических поля, улучшать вибро-акустические характеристики, повышать КПД, cosϕ₁, а в маломощных 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=32/13 и q=33/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения: трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=26·с полюсах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с: 1) в z=96·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=32/13 и группировкой по ряду 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 2: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х) w_к, w_к, (1-х) w_к в 1Г, 11Г и (1-х) w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к в 3Г, 5Г, 7Г, 9Г, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,44; 2) в z=99·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=33/13 и группировкой по ряду 3 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2: в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к витками и двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,55. 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=26·с полюсах в z=96·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=32/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 2, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-х) w_к, w_к, (1-х) w_к в 1Г, 11Г и (1-х) w_к, (1+x)w_к, (1-х) w_к в 3Г, 5Г, 7Г, 9Г, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=0,44, 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=26·с полюсах в z=99·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=33/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 3 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к, а двухкатушечные у'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при значении х=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.