ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА В z=186·c ПАЗАХ ПРИ 2p=22·c И 2p=26·c ПОЛЮСАХ Российский патент 2009 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 y_k≈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=186·с пазах при 2р=22·с, 2р=26·с полюсах, выполняемой с q=z/3p=62/p (N=62) из 3 рс 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=186·с пазах: 1) при 2р=22·с полюсах с q=62/11 и группировкой по ряду 66566566565: в первой группировке 1 Г...11 Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=13-2(i-1) для групп шести- и y'_пi=12-2(i'-1) пятикатушечных с (1-х)w_k витками катушек i=1,6, (1+x)w_k катушек i=i'=3 при w_k витках в остальных катушках групп при значении x=0,58;

2) при 2p=26·c полюсах с q=62/13 и группировкой по ряду 5555455545554: в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги по пазам у_пi=11-2(i-1) с (1-х)w_k витками катушек i=5 для 1Г, 4Г, 6Г, 8Г, 10Г, 12Г, (1-x)w_k в i=1 и (1+x)w_k в i=3 для 7Г, 11Г, у_п=7 с (1+x)w_k в i=3 для 2Г, 3Г при (1-x)w_k в i=1 для 2Г и в i=5 для 3Г, а четырехкатушечные - y'_пi=10-2(i'-1) с (1+x)w_k витками в i=2, 3 при w_k витках в остальных катушках групп при значении х=0,49. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3 ; i, i' - номера катушек в группах; 2w_k - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и 2р=22 с группами 1Г...33Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=62 пазов с номерами 1...62 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и X-Y-Z в верхнем и нижнем слое, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-3х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 10Г; 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 и х=0,5 фиг.4. На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но при 2p=26, оси симметрии в 22Г и Z_э=3N. 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 обмотки имеют z=372 при 2р=44 и 52 полюсах.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент K_обо по коэффициентам укорочения К_у=sin(90°у_k/τ_п) при y_k=8, τ_п=z/2p=93/11, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен K_обо=К_уK_p=0,82408; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_П=360°/z=60°/31:-х(0,664095-0,994869+0,528964)(1+2cosα_П+2cos2α_П+2cos3α_п)=-x1,38416-10Г+1Г+19Г+4Г+16Г+7Г+13Г, +x0,996436(cos0,5α_п+cos1,5α_п)=+х3,98290 для 22Г+31Г+25Г+28Г при К_уi=0,664094 (y_пi=13, i=1), 0,994869 (у_пi=9, i=3), 0,528964 (У_пi=3, i=6), 0,996436 (y'_пi=5, Г-3), K_обо N=51,0933 и Σx=+2,59874, 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=62 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное Х_опт=0,58, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8729, R² _д=1314,1028/62, R_o=180,78·0,8729/11 π, σ_д%мин=1,65 для z_э=3(N-3x)=3·60,26·3=180,78, а при х=0-σ_д%=3,71, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 3,71/1,65=2,25 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/11); с учетом изменений К_об и Z_Э ее эффективность равна К_эф=(0,8729/0,8241)(3,71/1,65)Z_Э/z=2,32. По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2р=22, z=186, q=z/6p=31/11, у_п=7, К_об=0,9203 и σ_д%=2,16, предлагаемая m'=3-зонная обмотка эффективнее в (0,8729/0,9203)(2,16/1,65)z_э/z=1,21 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) групп.

Подобным образом по фиг.5...8: К_об=0,82656+х0,059274, R² _д=(920+44x+92·х²)/62, Х_опт=0,49, К_об=0,85561 и σ_д%мин =2,36, а при х=0-σ_д%=4,72 и К_эф=2,07.

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

Использование: электромашиностроение. Задача заключается в снижении коэффициента дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной электромашинной дробной (q=62/11 и q=62/13) петлевой обмотки. Для этого трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=186·c пазах выполняется из 3р·с катушечных групп: 1) при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=62/11 и группировкой 66566566565: в первой группировке 1 Г...11 Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=13-2(i-1) для групп шести- и y'_пi=12-2(i'-1) пятикатушечных с (1-x)w_k витками катушек i=1,6 и (1+x)w_k катушек i=i'=3 при w_k витках в остальных катушках групп и значении х=0,58; 2) при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=62/13 и группировкой 5555455545554: в первой группировке 1 Г...13 Г группы пятикатушечные имеют шаги по пазам y_пi=11-2(i-1) с (1-x)w_k витками катушек i=5 для 1Г, 4Г, 6Г, 8Г, 10Г, 12Г, (1-x)w_k в i=1 и (1+х)w_k в i=3 для 7Г, 11Г, у_п=7 с (1+x)w_k в i=3 для 2Г, 3Г при (1-x)w_k в i=1 для 2Г и в i=5 для 3Г, а четырехкатушечные - y'_пi=10-2(i'-1) с (1+x)w_k витками в i'=2, 3 при w_k витках в остальных катушках групп при значении х=0,49. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i и I' - номера катушек в группах; 2w_k - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=186·c пазах при 2р=22·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=62/11, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1 Г до 33Г·с и группировкой катушек по ряду 66566566565, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...11Г катушки имеют шаги по пазам y_пi=13-2(i-1) для групп шести - и y'_пi=12-2(i'-1) пятикатушечных с (1-x)w_к витками катушек i=1,6 и (1+x)w_к катушек i=i'=3 при w_к витках в остальных катушках групп при значении х=0,58 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...6, i'=1...5 - номера катушек концентрических групп, начиная с наружной, 2 w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.2. Трехфазная двухслойная электромашинная обмотка в z=186·c пазах при 2р=26·с полюсах с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=62/13, выполняемая из 3р·с катушечных групп с номерами от 1 Г до 39Г·с и группировкой катушек по ряду 5555455545554, повторяемому 3·c раз, отличающаяся тем, что в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги по пазам y_пi=11-2(i-1) с (1-x)w_к витками катушек i=5 для 1Г, 4Г, 6Г, 8Г, 10Г, 12Г, (1-x)w_к в i=1 и (1+x)w_к в i=3 для 7Г, 11Г, у_п=7 с (1+x)w_к в i=3 для 2Г, 3Г при (1-x)w_к в i=1 для 2Г и в i=5 для 3Г, а четырехкатушечные - y'_пi=10-2(i'-1) с (1+х)w_k витками в i-2, 3 при w_к витках в остальных катушках групп при значении х=0,49 и такое распределение неравновитковых катушек повторяется в каждой последующей группировке, где с=1, 2, 3; i=1...5 и i'=1...4 - номера катушек в группах; 2w_к - число витков каждого паза.