ТРЕХФАЗНАЯ СТЕРЖНЕВАЯ ВОЛНОВАЯ ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПРИ ЦЕЛЫХ ЧЕТНЫХ ЧИСЛАХ q=z/6p≥4 Российский патент 2009 года по МПК H02K3/04 H02K3/28 H02K17/14 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам статора асинхронных и синхронных электрических машин, фазного ротора асинхронных двигателей (АД).

Известны двух- и однослойные m=3-фазные 2р-полюсные обмотки, выполняемые петлевыми или волновыми в z пазах из катушек равно-шаговых или концентрических при их среднем шаге по пазам у_к≤τ_п=z/2p, целом числе пазов на полюс-фазу q=z/6p, в том числе стержневые при числе витков катушки w_к=1 [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.402-409, 415-422]. Стержневые волновые обмотки выполняются обычно двухслойными с двумя стержнями в пазу и позволяют снижать расход меди из-за уменьшения соединений между катушками и уменьшать трудоемкость изготовления по сравнению с петлевыми обмотками.

В изобретении ставится задача упрощения конструкции стержневой волновой обмотки, выполняемой однослойной при одном стержне в каждом пазу.

Поставленная задача решается тем, что для трехфазной стержневой волновой обмотки электрических машин при целых четных числах q=z/6p≥4, выполняемой из равномерно распределенных катушек с числом витков w_к=1 в каждой, соединяемых в фазах в одну или две параллельные ветви:

1. При q=4 и z=24·р обмотка содержит 12·р катушек с номерами 1K…(12·р)K при шаге по пазам у_п=11 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…12K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 12 номеров, в 12 частей 1A, 2A, 3Z, 4Z, 5B, 6B, 7X, 8X, 9C, 10C, 11Y, 12Y и в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А в одну и 7Х+8Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 7Х+8Х относительно 1А+2А, а другие фазы В и С соединяются подобным образом из частей 5В+6В и 11Y+12Y в фазе В, 9С+10С и 3Z+4Z в фазе С с началами фаз из начал 1K, 5K, 9K.

2. При q=6 и z=36·p обмотка содержит 18·р катушек с номерами 1K…(18·p)K при шаге по пазам у_п=15 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…18K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 18 номеров, в 18 частей 1A, 2A, 3A, 4Z, 5Z, 6Z, 7B, 8B, 9B, 10X, 11X, 12Х, 13С, 14С, 15С, 16Y, 17Y, 18Y, в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А+3A в одну и 10Х+11Х+12Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 10Х+11Х+12Х относительно 1А+2А+3А, а другие фазы В и С соединяются подобным образом из частей 7В+8В+9В, 16Y+17Y+18Y в В, 13С+14С+15С, 4Z+5Z+6Z в фазе С с началами фаз из начал 1K, 7K, 13K.

3. При q=8 и z=48·р обмотка содержит 24·р катушек с номерами 1K…(24·р)K при шаге по пазам у_п=19 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…24K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 24 номера, в 24 части 1А, 2А, 3А, 4A, 5Z, 6Z, 7Z, 8Z, 9B, 10B, 11В, 12B, 13X, 14X, 15X, 16X, 17C, 18C, 19C, 20C, 21Y, 22Y, 23Y, 24Y, в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А+3А+4А в одну и 13Х+14Х+15Х+16Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 13Х+14Х+15Х+16Х относительно 1А+2А+3А+4А и другие фазы В и С соединяются подобным образом из частей 9B+10B+11B+12B и 21Y+22Y+23Y+24Y в B, 17С+18С+19С+20С и 5Z+6Z+7Z+8Z в С с началами фаз из 1K, 9K, 17K при сопряжении фаз Y или Δ, р=1, 2, 3,…

На фиг.1 и 2 показаны развертки предлагаемой обмотки и ее пазового слоя с фазными зонами A-Z-B-X-C-Y при р=2, q=4, z=24·р=48 пазах с номерами 1…48 снизу фиг.2 и 12·р=24 катушках с номерами 1K…24K сверху фиг.1, катушка 1K занимает началом (н) паз 1, а концом (к) паз 1+у_п=12, где снизу фиг.1 показаны соединения в фазе А-Х и обозначены начала фаз В и С; на фиг.3 построена звезда ЭДС (повторяется p раз) катушек обмотки фиг.1 при их сдвиге на угол α_к=360°/12=30°, где размечены принадлежности начальных сторон катушек зонам А, В, С начальным и соответствующим им X, Y, Z конечным по фиг.2.

В обмотке фиг.1 при шаге у_п=11 каждая катушка начальной стороной расположена в нечетном пазу и конечной - в четном по типу цепных обмоток. В соответствии со звездой фиг.3 она соединяется в 12 частей с р=2 катушками в каждой, обозначаемых для фазы А как 1А(1K+13K), 2А(2K+14K), 7Х(7K+19K), 8Х(8K+20K), соединяемых последовательно-согласно в ветви 1А+2А, 7Х+8Х, которые (фиг.1) будут соединяться перемычками А_к с Х_к в одну α=1, или А_н с Х_к и А_к с Х_н в две α=2 ветви. По фиг.2 ее фазные зоны - сплошные и обмоточный коэффициент по K_у=sin(90°у_п/τ_п) при у_п=11, τ_п=z/2p=12, K_р=0,5/(q/2)sin(α_к/2) равен K_об=K_уK_р=0,9577; при, например р=6, она выполняется в z=144 пазах при повторе разверток фиг.1, 2 и звезды ЭДС фиг.3 три раза.

Подобным образом выполняются обмотки: при q=6, z=36·р, у_п=15, τ_п=18, α_к=360°/18=20°, K_об=0,9271 (например, для р=2, z=72); при q=8, z=48p, у_п=19, τ_п=24, α_к=360°/24=15° и K_об=0,9068 (например, для р=2, z=96), имеющие фазные зоны несплошными и пониженное дифференциальное рассеяние в 1,27 раза (для q=6) и 1,37 раза (для q=8) по сравнению с петлевыми обмотками "вразвалку" [Попов В.И. Оптимизация электромагнитных параметров трехфазных однослойных обмоток электрических машин.//Электротехника, 1995, №4, с.4-5].

Предлагаемые однослойные обмотки сочетают в себе положительные свойства волновых стержневых и петлевых цепных обмоток с укороченным (нечетным) шагом катушек, позволяют при q=6 с у_п=15 и q=8 с у_п=19 снижать дифференциальное рассеяние при улучшении виброакустических и энергетических показателей машин.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения и касается особенностей выполнения статоров трехфазных асинхронных и синхронных электрических машин, а также фазных роторов асинхронных двигателей. Предлагаемая трехфазная стержневая волновая обмотка электрических машин при целых четных числах q=z/6p≥4 выполняется из равномерно распределенных катушек с числом витков w_K=1 в каждой, соединяемых в фазах в одну или две параллельные ветви. Согласно первому варианту осуществления изобретения, при q=4, z=24·р обмотка содержит 12·р катушек с номерами 1K…(12·р)K при шаге по пазам у_п=11 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…12K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 12 номеров, в 12 частей 1А, 2А, 3Z, 4Z, 5В, 6В, 7Х, 8Х, 9С, 10С, 11Y, 12Y, и в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А в одну и 7Х+8Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 7Х+8Х относительно 1А+2А, а две другие фазы В и С соединяются подобным образом из частей 5В+6В, 11Y+12Y в фазе В и 9С+10С, 3Z+4Z в фазе С с началами фаз из начал 1K, 5K, 9K. По второму варианту осуществления при q=6, z=36·p обмотка содержит 18·р катушек с номерами 1K…(18·p)K при шаге по пазам у_п=15 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…18K соединяется последовательно-согласное (р-1) другими, смещенными на 18 номеров, в 18 частей 1А, 2А, 3А, 4Z, 5Z, 6Z, 7В, 8В, 9В, 10Х, 11Х, 12Х, 13С, 14С, 15С, 16Y, 17Y, 18Y, и в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А+3А в одну и 10Х+11Х+12Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 10Х+11X+12Х относительно 1А+2А+3А, а две другие фазы В и С соединяются подобным образом из частей 7В+8В+9В, 16Y+17Y+18Y в В, 13С+14С+15С и 4Z+5Z+6Z в фазе С с началами фаз из начал 1K, 7K, 13K. По третьему варианту осуществления при q=8, z=48·p обмотка содержит 24·р катушек с номерами 1K…(24·р)K при шаге по пазам у_п=19 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…24K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 24 номера, в 24 части 1А, 2А, 3А, 4А, 5Z, 6Z, 7Z, 8Z, 9В, 10В, 11В, 12В, 13Х, 14Х, 15Х, 16Х, 17С, 18С, 19С, 10С, 21Y 22Y, 23Y, 24Y, и в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А+3А+4А в одну и 13Х+14Х+15Х+16Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 13Х+14Х+15Х+16Х относительно 1А+2А+3А+4А, а две другие фазы В, С соединяются подобным образом из частей 9В+10В+11В+12В и 21Y+22Y+23Y+24Y в В, 17С+18С+19С+20С и 5Z+6Z+7Z+8Z в С с началами фаз из начал 1K, 9KД, 7K. Во всех вариантах осуществления изобретения фазы обмоток сопряжены в звезду (Y) или треугольник в (Δ) при значениях р=1, 2, 3,… Технический результат - упрощение конструкции стержневой волновой обмотки, выполняемой однослойной при одном стержне в каждом пазу. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Трехфазная стержневая волновая обмотка электрических машин при целых четных числах q=z/6p≥4, выполняемая 2р-полюсной в z пазах из равномерно распределенных катушек с числом витков w_K=1 в каждой с соединением фаз в одну или две параллельные ветви, отличающаяся тем, что при q=4, z=24·р обмотка содержит 12·р катушек с номерами 1K…(12·р)K при шаге по пазам у_п=11 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…12K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 12 номеров, в 12 частей 1А, 2А, 3Z, 4Z, 5В, 6В, 7Х, 8Х, 9С, 10С, 11Y, 12Y, в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А в одну и 7Х+8Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 7Х+8Х относительно 1А+2А, и две другие фазы В и С соединяются подобным образом из частей 5В+6В, 11Y+12Y в В, 9С+10С, 3Z+4Z в С с началами фаз из 1K, 5K, 9K при сопряжении фаз в Y или Δ, где р=1, 2, 3,….

2. Трехфазная стержневая волновая обмотка электрических машин при целых четных числах q=z/6p≥4, выполняемая 2р-полюсной в z пазах из равномерно распределенных катушек с числом витков w_K=1 в каждой с соединением фаз в одну или две параллельные ветви, отличающаяся тем, что при q=6, z=36·р обмотка содержит 18·р катушек с номерами 1K…(18·р)K при шаге по пазам у_п=15 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…18K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 18 номеров, в 18 частей 1А, 2А, 3А, 4Z, 5Z, 6Z, 7В, 8В, 9В, 10Х, 11Х, 12Х, 13С, 14С, 15С, 16Y, 17Y, 18Y, в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А+3А в одну и 10Х+11Х+12Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 10Х+11Х+12Х относительно 1А+2А+3А, и две другие фазы В, С соединяются подобным образом из частей 7В+8В+9В и 16Y+17Y+18Y в В, 13С+14С+15С и 4Z+5Z+6Z в С с началами фаз из 1K, 7K, 13K при сопряжении фаз в Y или в Δ, где р=1, 2, 3,….

3. Трехфазная стержневая волновая обмотка электрических машин при целых четных числах q=z/6p≥4, выполняемая 2р-полюсной в z пазах из равномерно распределенных катушек с числом витков w_K=1 в каждой с соединением фаз в одну или две параллельные ветви, отличающаяся тем, что при q=8, z=48·р обмотка содержит 24·р катушек с номерами 1K…(24·р)K при шаге по пазам у_п=19 с началом в нечетном и концом в четном пазу, каждая из катушек 1K…24K соединяется последовательно-согласно с (р-1) другими, смещенными на 24 номера, в 24 части 1А, 2А, 3А, 4А, 5Z, 6Z, 7Z, 8Z, 9В, 10В, 11В, 12В, 13Х, 14Х, 15Х, 16Х, 17С, 18С, 19С, 20С, 21Y, 22Y, 23Y, 24Y, в фазе А соединяются последовательно-согласно части 1А+2А+3А+4А в одну и 13Х+14Х+15Х+16Х в другую ветвь с соединением их перемычками последовательно или параллельно при встречном включении ветви 13Х+14Х+15Х+16Х относительно 1А+2А+3А+4А, а другие фазы В, С соединяются подобным образом из частей 9В+10В+11В+12В и 21Y+22Y+23Y+24Y в В, 17С+18С+19С+20С и 5Z+6Z+7Z+8Z в С с началами фаз из начал 1K, 9K, 17K при сопряжении фаз в Y или в Δ, где р=1, 2, 3,….