ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=177·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=177·с пазах при 2р=22·с, 2p=26·c полюсах, выполняемой с q=z/3p=59/p (N=59) из 3р·с 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 в z=177·c пазах: 1) при 2p=22·c полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=59/11, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·c и группировкой по ряду 65655655655: в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=13-2(i-1) для шести- и у'_пi=12-2(i'-1) для пятикатушечных групп с числами витков (1-х)w_к в катушках i=1,6, (1+x)w_к в катушках i'=3 и w_к витках в остальных катушках групп при х=0,38;

2) при 2p=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=59/13, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой по ряду 5545454545454: в первой группировке 1Г...13Г катушки имеют шаги по пазам у_пi=11-2(i-1) для пяти- и у'_пi=10-2(i'-1) для четырехкатушечных групп с числами витков (1-x)w_к в катушках i=1,5, (1+x)w_x в катушках i=i'=3 и w_к витках в остальных катушках групп при значении х=0,55. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где c=1, 2, 3; i и i' - номера концентрических катушек в группах, начиная с наружной, a 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и z=177, 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=59 пазов с номерами 1...59 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и X-Y-Z в верхнем и нижнем слоях, 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 и 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), 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 34Г, z_э=3(N-x). Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1, 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=354 при 2р=44 и 2р=52.

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=8, τ_п=z/2p=177/22, распределения К_рsin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=K_уK_p=0,8270; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=120°/59: -2x(0,56750+0,55280)(cos0,5=α_п+cos1,5α_п)=-x4,4777 для 1Г+25Г+28Г+31Г, x0,999961(1+2cosα_п+2cos2α_п+2cos3α_п)=x6,9821 для 13Г+4Г+22Г+7Г+19Г+10Г+16Г при К_yi=0,5675 (y_пi=13, i=1), 0,5528 (у_пi=3, i=6), 0,999961 (у'_пi=8, i'=3), К_обоN=48,7933 и Σx=+2,5044, 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=59 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=0,38, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8486, R² _д=1120,3908/59, R_o=175,86·0,8486/11π, σ_д%мин=1,83 для z_э=3(N-x)=3·58,62=175,86, а при х=0-σ_д%=3,92, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 3,92/1,83=2,14 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/11), а с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,8486/0,8270)(3,92/1,83)z_э/z=2,18.

Подобным образом по фиг.5...8 для 2р=26: К_об=(48,7472+х4,4418)/(59-х), R² _д=(800+46x+93x²)/59 и при х_опт=0,55-К_об=0,8758 и σ_д%мин=2,30 для z_э=3(N-x)=3·58,45=175,35, а при х=0 - σ_д%=5,75, т.е. σ_д% обмотки по фиг.5 снижается в 5,75/2,30=2,50 раза при коэффициенте эффективности К_эф=2,62.

По сравнению с m'=6-зонными обмотками при z=177, q=z/6p=59/22 и 59/26 предлагаемая m'=3-зонная имеет пониженные 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 МДС поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД, cosϕ₁, а в синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромашиностроении, в частности - в трехфазных асинхронных и синхронных электрических машинах. Технический результат, достигаемый при использовании данного изобретения, состоит в снижении коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной (q=59/11 и q=59/13) петлевой обмотки. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная двухслойная электромашинная обмотка выполняется в z=177·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=59/11 из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...33Г·с и группировкой катушек по ряду 65655655655, повторяемому 3·c раз. При этом согласно первому варианту осуществления данного изобретения в первой группировке 1Г...11Г катушки групп имеют шаги по пазам у=13-2(i-1) для шестикатушечных групп и у'=12-2(i'-1) для пятикатушечных групп с числами витков: (1-x)w_к в катушках i=1, 6; (1+x)w_к в катушках i'=3 и w_к витках в остальных катушках групп при х=0,38. Согласно второму варианту осуществления данного изобретения предлагаемая обмотка выполняется также в z=177·с пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=59/13 из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с и группировкой катушек по ряду 5545454545454, повторяемому 3·с раз. При этом в первой группировке 1Г...1ЗГ катушки групп имеют шаги по пазам у=11-2(i-1) для пятикатушечных групп и у'=10-2(i'-1) для четырехкатушечных групп с числами витков: (1-x)w в катушках i=1, 5; (1+x)W_к в катушках i=i'=3 и w витков в остальных катушках групп при значении х=0,55. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где: с=1, 2, 3; i и i' - номера концентрических катушек в упомянутых выше группах, начиная с наружной; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=177·с пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=59/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 6 5 6 5 5 6 5 5 6 5 5, повторяемому 3·с раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г катушки групп имеют шаги по пазам у_пi=13-2(i-1) для шести - и у'_пi=12-2(i'-1) для пятикатушечных с числами витков: (1-x)w_к в катушках i=1, 6; (1+x)w_к в катушках i'=3 и w_к витков в остальных катушках групп при значении х=0,38, и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где c=1, 2, 3; i=1...6 и i'=1...5 - номера концентрических катушек групп, начиная с наружной, a 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=177·с пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=59/13, выполняемая из Зр·с катушечных групп с номерами от 1Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 5 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4 5 4, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г катушки групп имеют шаги по пазам у_пi=11=2(i-1) для пяти - и у'_пi=10-2(i-1) для четырехкатушечных с числами витков: (i-x)w_к в катушках i=1, 5; (1+x)w_к в катушках i=i'=3 и w_к витков в остальных катушках групп при значении х=0,55, и такое распределение неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...5 и i'=1...4 - номера концентрических катушек в группах, начиная с наружной, a 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.