ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=16·c ПОЛЮСАХ В z=3(8·b+5)·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/2р, 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=16·с полюсах в z=3(8·b+5)·с пазах при b=2, 3, 4, выполняемой из 3р·с катушечных групп с q=z/3p=N/8 (N=21, 29, 37) 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=16·с полюсах

1) в z=63·с пазахс q=21/8 и группировкой 33233232: в первой группировке 1Г...8Г группы трехкачушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с (1-х)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с w_к, (1+x)w_к витками при х=0,56,

2) в z=87·c пазах с q=29/8 и группировкой 44344343: в первой группировке 1Г...8Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с (1-х)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а трехкатушечные - у'_Пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,58;

3) в z=111·с пазах с q=37/8 и группировкой 55455454: в первой группировке 1Г...8Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек 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 и четырехкатушечные - у'_Пi=10, 8, 6, 4 с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,57. 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 2р=16, z=63 с группами 1Г...24Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=21 пазов с 1 номерами 1...21 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и Х-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 осей симметрии 7Г и 19Г; 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, х=0,5 фиг.4. На фиг.5, 6, 7 показано то же, что и на фиг.1, 3, 4, но при z=87 для z'=z/'3=29. На фиг.8, 9, 10 - то же, что и на фиг.1, 3, 4, но при z=111 для z'=z/3=37. Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1, 5, 8 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 обмотки имеют 2р=32 полюса при z=126, 174, 222 пазах.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°)у_к/τ_п) при у_к=4, τ_п=z/2р=63/16, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=K_уK_p=0,82708; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=40°/7: -x(0,680173-0,99969-0,715867)(1+2cosα_п+2cos2α_п)=-x1,9621 для 7Г+1Г+13Г+4Г+10Г, x0,930874(1+2cosα_п)=x2,78337 для 19Г+16Г+22Г при K_уi=0,680173 (у_пi=6), 0,99969 (у_пi=4), 0,715867 (у_пi=2), 0,930874 (у'_пi=3), К_обоN=17,3687 и ∑x=+0,8213, 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=...N=21 пазовых точек, R_о и К_об - для гармонической v=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное Х_опт=0,56, соответствующее σ_д%мин: K_об=0,8968, R² _д=101,4608/21, R_o=59,64 0,8968/8π и σ_д%мин=6,68 для z_э=3(N-2x)=3·19,88·3=59,64, а при х=0-σ_д%=16,33, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 16,33/6,68=2,44 раза из-за устранения гармонической МДС ν=1/8; с учетом изменений К_об и z_э эффективность такой обмотки равна К_эф=(0,8968/0,8271)(16,33/6,68)z_э/z=2,51.

Подобным образом: по фиг.5...7: К_об=(23,7970+х1,4906)/(29-2х), R² _д=(254-8х-34х²), х_опт=0,58 и σ_д%мин=3,78, а при х=0-σ_д%=8,55 и К_эф=2,35; по фиг.8...10: K_об=(30,5998+x1,7620)/(37-2x), R² _д=(520+2x+51x²), x_опт=0,57, σ_д%мин=2,12, а при х=0-σ_д%=5,34 и К_эф=2,61. В сравнении с m'=6-зонными обмотками при 2р=16, q=z/6p=N/16 (N=1, 29, 37), m'=3-зонные обмотки имеют пониженные σ_д% 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 поля, улучшать вибро-акустические характеристики, повышать КПД и 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 - снижение коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной петлевой обмотки. Сущность изобретения состоит в том, что трехфазная двухслойная электромашинная обмотка выполняется 2р=16·с полюсной из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с в z=3(8·b+5)·с=63·с пазах, или в z=87·c, или в z=111·c пазах при значениях b=2, 3, 4 и с числами пазов на полюс и фазу q=z/3p=21/8, или q=29/8, или q=37/8. В частности, согласно первому варианту осуществления данного изобретения обмотка выполняется в z=63·с пазах с q=21/8 и группировкой 33233232 по ряду, повторяемому 3·c раз, причем в первой группировке 3Г...8Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 и выполнены с (1-x)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками, а группы двухкатушечные имеют шаги катушек по пазам у'_пi=5, 3 и выполнены с w_к, (1+x)w_к витками, соответственно, при значении х=0,56. Согласно второму варианту осуществления данного изобретения обмотка выполняется в z=87·с пазах с q=29/8 и группировкой 44344343 по ряду, повторяемому 3·с раз, причем в первой группировке 1Г...8Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 и выполнены с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у'_пi=7, 5, 3 и выполнены с w_к, (1+x)w_к, w_к витками соответственно при значении х=0,58. Согласно третьему варианту осуществления данного изобретения обмотка выполняется в z=111·c пазах с q=37/8 и группировкой 55455454 по ряду, повторяемому 3·с раз, причем в первой группировке 1Г...8Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=11, 9, 7, 5, 3 и выполнены с (1-x)w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у'_пi=10, 8, 6, 4 и выполнены с w_к, w_к, (1+x)w_к, w_к витками соответственно при значении х=0,57. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 3 н.п. ф-лы, 10 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=16·с полюсах в z=3(8·b+5)·с пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=2, z=63·с, q=z/3p=21/8 и группировке катушек по ряду 3 3 2 3 3 2 3 2, повторяемому 3·c раз, в первой группировке 1Г...8Г группы трехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=6, 4, 2 с (1-х)w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к витками, а двухкатушечные - у'_пi=5, 3 с w_к, (1-x)w_к витками при значении х=0,56, 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=16·с полюсах в z=3(8·b+5)·с пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·c, отличающаяся тем, что при b=3, z=87·c, q=z/3p=29/8 и группировке катушек по ряду 4 4 3 4 4 3 4 3, повторяемому 3·c раз, в первой группировке 1Г...8Г группы четырехкатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=8, 6, 4, 2 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к, (1-x)w_к витками, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с w_к, (1+x)w_к, w_к витками 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.3. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка при 2р=16·с полюсах в z=3(8·b+5)·с пазах, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1Г до 24Г·с, отличающаяся тем, что при b=4, z=111·с, q=z/3p=37/8, группировке катушек по ряду 5 5 4 5 5 4 5 4, повторяемому 3·с раз, в первой группировке 1Г...8Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек 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, w_к, (1+x)w_к, w_к витками при значении х=0,57 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3...; 2w_к - число витков полностью заполненных обмоткой пазов.