ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=225 ПАЗАХ ПРИ 2p=56 ПОЛЮСАХ (q=75/28) 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 целом или дробном, 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 при симметричном синусоидальном токе 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 ее прямом (+) или встречном (-) вращении.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной двухслойной обмотки в z=225 пазах при 2р=56 полюсах, выполняемой с q=z/3p=75/28 (N=75, d=28) из 3р=84 катушечных групп с группировкой их катушек по ряду 3 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 2 2 3 3 2 3 2 2 3 3 2 3 3 2 [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/ Пер.с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.230], повторяемому 3 раза.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки в z=225 пазах при 2р=56 полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=75/28, выполняемой из 3р=84 катушечных групп 1Г... 84Г с группировкой катушек по ряду 3 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2, повторяемому 3 раза:

концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_k, (1+x)w_k, (1-х)w_k для групп трехкатушечных и у'_пi=5, 3 с (1+x)w_k, (1+х)w_k витками для двухкатушечных, где 2w_k - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой при оптимальном значении x=0,39.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки для z'=z/3=75 пазов (с номерами 1...75 снизу) первой группировки 1Г...28Г (пронумерованы сверху группы зон А) и 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-x) пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 16Г и 58Г группировки; на фиг.3, 4 по треугольной сетке при ее стороне в единицу длины построены многоугольники МДС обмотки фиг.1 при x=0 (фиг.3) и x=0,5 (фиг.4). Такая m'=3-зонная обмотка соединяется обычным образом при последовательно-согласном включении групп Г+(3к)Г=1Г, 4Г, 7Г,... в фазе I; 29Г+(3к)Г=29Г, 32Г, 35Г,... в фазе II; 57Г+(3к)Г=57Г, 60Г, 63Г,...в фазе III при сопряжении фаз в Y или в Δ.

Группам 1Г... 28Г первой группировки соответствуют группы зон А всей обмотки, чередующиеся с интервалом в d-1=27 групп, начиная с группы 28Г при оси симметрии в группах 16Г и 58Г (см. фиг.2), и полученная таким образом нумерация групп зон А показана сверху на фиг.1.

Для равновитковой (x=0) обмотки обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_к/τ_п) при у_к=4, τ_п=z/2p=225/56, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,8270, а при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при угле сдвига пазов α_п=360°/z=1,6°: ∑x=+8,72753 и K_обоN=62,0250 тогда

K_об=f(x)=(62,0250+x8,72753)/(75-x). (1)

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=75 пазовых точек, R_о и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,39, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8769, R² _д=398,8911/75, R_о=223,83·0,8769/28π и σ_д%мин=6,81 для z_э=3(N-x)=3·74,61=223,83, а при x=0 - σ_д%=15,32, т.е. σ_д% снижается в 15,32/6,81=2,25 раза (из-за устранения из МДС низшей гармонической порядка ν=1/28); с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность при х=x_опт=0,39 равна К_эф=(0,8769/0,8270)(15,32/6,81)z_э/z=2,37 в сравнении с равновитковой (x=0) обмоткой.

По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2р=56, z=225, q=z/6p=75/56, у_к=4, предлагаемая m'=3-зонная неравновитковая обмотка при х=x_опт=0,39 значительно эффективнее по гармоническому составу МДС, а также технологичнее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и асинхронные моменты от гармонических поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД и cosϕ₁, перегрузочную способность машины, а в синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока и может быть использовано в асинхронных и синхронных машинах. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=225 пазах при 2р=56 полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=75/28 выполнена из 3р=84 катушечных групп с номерами 1Г...84Г и группировкой катушек по ряду 3 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2, повторяемому три раза. Концентрические катушки имеют шаги по пазам y_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_k, (1+x)w_k, (1-x)w_k для групп трехкатушечных и y'_пi=5, 3 с (1+x)w_k, (1+x)w_k витками для двухкатушечных, где 2w_k - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой при оптимальном значении х=0,39. Технический результат заключается в снижении коэффициента дифференциального рассеяния. 4 ил.

Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=225 пазах при 2р=56 полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=75/28, выполняемая из 3р=84 катушечных групп с номерами 1Г...84Г и группировкой катушек по ряду 3 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2 3 3 2, повторяемому три раза, отличающаяся тем, что концентрические катушки имеют шаги по пазам у_пi=6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_k, (1+x)w_k, (1-x)w_k для групп трехкатушечных и у'_пi=5, 3 с (1+x)w_k, (1+x)w_k витками для двухкатушечных, где 2w_k - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой при оптимальном значении х=0,39.