Несимметричная петлевая обмотка Советский патент 1980 года по МПК H02K3/28 

Изобретение относится к обмоткам электрических машин и может быть использовано в статорах машин переменного тока, например турбовозбудителей и асинхронных двигателей. Известны несимметричные обмотки с CJ, б , применяющиеся при необходимости получить электрическую машину с уменьшенным значением напряжения или об-ьема тока в пазу и повысить ее технико-экономические показатели, а также в случае использования части обмотки при пуске l} . Несимметрия оаиотки заключается в неравенстве ЭДС параллельных ветвей фазы. Кроме рабочих токов, из-за небаланса ЭДС параллельных ветвей по обмотке циркулируют уравнительные токи. Получение несимметричной обмот ки с малыми значениями небалансных ЭДС вызывает, как правило, усложнение конструкции за счет дополнительных перемычек в зоне лобовых частей Известные несимметричные обмотки име ют повышенные значения небалансированных ЭДС, либо усложненную конструкцию, либо повышенный расход проводникового материала и изоляции, чт снижает технико-экономические показа тели электрической машины и в некоторых случаях лишает возможности их практического использования. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является обмотка, характеризующаяся следующими признаками: многофазная с двумя параллельными ветвями на полюс в каждой фазе - 0/2 2, одно- и многослойная, двух- и нoгoпoлюcнaя с разными шагами катушек (переменным шагом намотки), с идентичным расположением пар параллельных ветвей под полюсами, с нечетным числом последовательно соединенных катушек (витков) в фазе (число пазов на полюс и фазу 2-w)2. В частности, известная двухслойная петлевая обмотка с , , а 4 и выполняется с чиспсял пазов . Обмотка имеет две полюснофазные зоны, каждая из которых состоит из верхнего и нижнего слоев. Чередование двух параллельных ветвей (1 и 2) в едином ряду обеих сторон катушек (слоев) полюсно-фазной зоны выполнено последовательно четверками: первая-вторая-вторая-первая, т.е. в цифровом выражении: Верхний плюс нижний слои полюснофазной зоны (ОФЗ) 1-2-2-1 - 1-2-2-1 1-2-2-1. .i-:i раздельном рассмотрении поряд ком чередования двух параллельных ве вей в верхнем и нижнем слоях выявляется взаимно-обратный порядок чередо вания относительно оси полюса. Чередование- двух параллельных вет вей в слое для известной обмотки выполняется, таким образом, в порядке первая-вторая-вторая-первая- первая втораЯо Такой известный порядок чередования параллельных ветвей в слоях полюсно-фаэных зон обеспечивает получение несимметричной синфазной обмот ки с незначительным небалансом ЭДС ветвей. Относительное значение небалансной ЭДС при /i 15/18 составляет 0,716%. Оценка осевой длины лобовых частей обмотки, как части длины всей осевой длины обмотки, производится сравнением ее с осевой длиной лобовых частей обмотки при условии катушечного ее исполнения, когда шаги с обеих сторон обмотки катушечные и одинаковые. Разница между шагом обмотки и катушечным шагом определяет величину относительного шага обмотки в шаговых делениях. Осевая длина обмотки увеличивается, если знак относительного шага плюс, и уменьшается если знак относительного шага минус Знак суммы относительных шагов с обе их сторон обмотки выражает увеличение или снижение осевой длины лобовых частей.обмотки и общей осевой длины обмотки по сравнению с катушеч ной обмоткой. Разница относительных шагов с обеих сторон обмотки выражае геометрическую разницу шагов обмотки с обеих сторон обмотки. Для известной несикметричной петлевой обмотки принят относительный Шс1Г со стороны выводов в шаговыу зна чениях -2, а с обратной стороны -.- +2. Осевая длина обмотки одинаковая с обмоткой катушечного исполнения (Д (б Х/н +2-2 0). Разница шагов с обеих сторон обмотки . Благодаря принято разнице шг1гов известная обмотка имеет со стороны обратной выводам две межкатушечные перемычки на полюснофазовую зону. Вырах енная в пазовых делениях круговая длина этих перемы чек составляет число пять и семь. Су марная круговая длина двух межкатуш ных перемычек -12. Недостатки обмотки - разнотипнос межкатушечных перемычек, их большая круговая длина, а также то, что обмотка не дает выигрыша в части сокращения осевой длины ее по сравнению с катушечной обмоткой. Цель изобретения - повьйнение тех нико-экономических показателей за счет однотипности межкатушечных пер мычек, снижения их круговой длины и сокращения осевой длины обмотки. Указанная цель достигается тем, что для известной несимметричной петлевой обмотки с q,6, с двумя параллельными гетвями на- полюс в каждой фазе с идентичным расположением параллельных ветвей под полюсами, с взаимно-обратными порядками чередования параллельных ветвей в слоях полюснофазной зоны,- чередование двух параллельных ветвей в слое выполнено в порядке : первая-первая-вторая-втораявторая-первая, а разница шагов с обеих сторон обмотки равна единице. На фиг. 1 изображена схема расположения двух параллельных ветвей несимметричной обмотки с q, 6 под полюсом; на фиг. 2 - лучеиая звезда пазовых векторов ЭДС четырех параллельных ветвей под парой полюсов. В качестве примера рассмотрена несимметричная трехфазная двухслойная петлевая обмотка стержневого типа для двухполюсного турбовозбудителя. Число пазов обмотки , число пазов на полюс и фазу б, число параллельных ветвей в каждой фазе . На фиг. 1 и 2 показаны параллельные ветви с номерами 1,2,3 и 4 только для фазы Л, две другие выполнены аналогично, располагаясь на статоре турбовозбудителя со сдвигом в 120 и 240 электрических (и геометрических) градусов. На фиг. 1 показаны параллельные ветви с номерами 1 и 2, располагаемые под полюсом N и образуемые полюснофазную зону А , которая состоит из двух слоев. Стержни 5 образуют верхНЕ й слой AJ , а стержни, 6 - нижний слой А . Чередование параллельных ветвей с номерами 1 и 2 в слое- А в цифровом выражении имеет вид: 1-1-2-2-2-1. Выраженный порядковыми числами такой ряд имеет вид: первая-первая-втораявторая-вторая-первая.Чередование параллельных ветвей в цифровом выражении в слое А имеет обратный вид: 1-2-2-2-1-1, т.е. в двух слоях порядок чередования параллельных ветвей взаимно-обратный. Начала полуфазы А обозначены для параллельных ветвей с номерами 1 и 2 индексами В 1 и Н 2, концы - соответственно К 1 и К 2. Параллельные ветви с номерами 3 и 4, расположенные под другим полюсом и образуемые вторую полюсно-фазную зону со слоями А ц и А; имеют идентичное построение (фиг.2).В слое А чередование параллельных ветвей выполнено в порядке 3-3- -4-4-3, в слой AI - в обратном порядке 34 „4-4-3-3. Указанный порядок чередования параллельных ветвей под полюсами обеспечивает получение несимметричной синфазной обмотки. Результирующие векторы ЭДС параллельных ветвей, полученные геометрическим суммированием пазовых векторов ЭДС соответствующих параллельных ветвей, имеют попарно (ветвь 1 и 2, а также

ветвь 3 и 4) разные модули и не имеют сдвига по углу между собой. При среднем сокращении шага /3 15/18 0,833 относительное значение небалансной ЭДС,которое для обеих параллельных ветвей полюса одинаково, составляет о,71б% - такое же как и для известной обмотки.

При значениях )р 15/18 величина небалаксной ЭДС возрастает, минимальное значение небалансной ЭДС (0,15%) имеет место при /5,,14/18 0,778, а при i 14/18 небалансная ЭДС вновь pacTBT f Величина уравнительного тока зависит от абсолютной величины небалансной ЭДС, выраженной через заданное номинальное напряжение, и индуктивного сопротивления рассеяния этому току.

Пазовое индуктивное сопротивление как часть общего, при заданной геометрии активных частей электрической машины является функцией сокращения шага (ь

Относительный шаг в шаговых делениях со стороны выводов для обмотки по предлагаемому изобретению VH а с обратной стороны 0 (рис.1). Разница шагов с обеих сторон обмотки равна единице ( 5 -( ), а осевая длина обмотки (дх tg Ч ) на одно шаговое деление меньше, чем для обмотки катушечного исполнения и для известной обмотки. Благодаря принятой разнице ыагов с обеих сторон обмотки несимметричная обмотка по данному изобретению имеет со стороны обратной выводам две межкатушечные перемычки 7 на каждую полюсно-фазную зону. Длина всех межкатушечных перемычек одинакова, они выполняются однотипными. Круговая длин одной перемычки составляет 3 пазовые деления, а двух перемычек - 6 пазовых делений против 12 для известной обмотки.

Несимметричная петлевая об,мотка

с cj, 6 может иметь чередование параллельных ветвей с номерами 1 и 2 Б слое полюсно-фазной зоны в цифровом выражении: 2-2-1-1-1-2 или 4-43-3-3-4 (если параллельные ветви с; номерами 3 и 4). При этом в обязательном порядке сохраняется предлагаемый принцип чередования параллельных ветвей в слое полюсно-фазной зон в порядке: первая-первая-вторая-вторая-вторая-первая, а также разница шагов с обеих сторон обмотки, равная единице.

Предлагаемая обмотка может быть выполнена с любым числом фаз, кратным 3 (т-3,6,Э и т.д.), с любым числом полюсов (,4 и т.д.) двухслойной и однослойной и при различных сокращениях.

В случае двухслойного исполнения такая обмотка, независимо от значений m и 2р, будет иметь такие же значения небалансных ЭДС, а также выигрыши по осевой длине обмотки и круговой длине перемычек, как и для обмотки по фиг.1. Примером может слу-. житьдвухслойная несимметричная пет- левая обмотка с с (, с т 6, и число пазов при этом . В случае однослойного исполнения, когда по сравнению с двухслойным удваивается число пазов обмотки и расщепляются слои полюсно-фазных зон, несимметрич0 -ная обмотка по предлагаемому принципу обеспечивает такие же выигрыши в конструктивном отношении, как и для двухслойной обмотки. Однако, поскольку средние сокращения шага двухслойной обмотки являются промежуточными в ряду всех значений ( однослойной обмотки, то однослойная обмотка будет дополнительно обеспечивать и другие значения небалансной

ЭДС. Это позволяет расширить область поиска оптимального варианта обмотки и самой машины. Например, однослойная несимметричная петлевая обмотка с q«6, с т 3 и , 1 12,

при pj p 29/36 , , 805 имеет относительное значение небалансной ЭДС, равное 0,289%.

Использование для двухполюсного, трехфазного трубовозбудителя мощностью до 5000 кВА двухслойной несимметричной петлевой обмотки с 6, с и PPJ,P 15/18 позволяет повысить технико-экономические показатели электрической машины. За счет снижения по сравнению с известными обмотками осевой длины обмотки и длины межкатушечных перемычек, а также их однотипности, получена экономия меди и корпусной, изоляции, повышена технологичность обмотки и снижена трудоемкость ее изготовления.

Формула изобретения

Несимметричная петлевая обмотка с С. 6, с катушками, стороны которых включены в две параллельные ветви на полюс в каждой фазе, с идентичным расположением пар параллельных ветвей под полюсами, двухслойная с взаимно-обратньми порядками чередования параллельных ветвей в слоях полюсно-фазной зоны, о т л и ч а юг щ а я с я тем, что, с целью повышения технико-экономических показателей стороны катушек, в слое соеди-. иены в параллельные ветви в соответствии с рядом 1-1-2-2-2-1, а разница шагов со стороны выводов параллельных ветвей обмотки равна единице, где порядковый номер числа ряда означает порядковый номер стороны катушки, а значение числа означает номер параллельной ветви, в которую входит соответствующая сторона