трехфазная одно-двухслойная электромашинная обмотка при 2p=2c полюсах в z=21c пазах (q=3,5)

Формула изобретения

Трехфазная одно-двухслойная электромашинная обмотка при числе плюсов 2р=2 с полюсах в z=21 c пазах, q=3,5, выполняемая из 3р равномерно смещенных на 2q=7 пазов катушечных групп с концентрическими катушками при числе витков 2w_к в каждом пазу, отличающаяся тем, что каждая катушечная группа содержит по пять катушек с шагами по пазам y_пi=14, 12, 10, 8, 6 и с числами витков w_к, 2w_к, 2w_к, (1+х)w_к , (1-х)w_к соответственно, где с=1, 2, 3,... при значении x=0,30.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обмоткам электрических машин, может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин, фазном роторе асинхронных двигателей (АД).

Известны петлевые двухслойные (однослойные) симметричные m=3-фазные, m'=2m=6-зонные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из 6р (3р) катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при их среднем шаге по пазам у_{к п}=z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/6р целом или дробном [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. Дробные обмотки при q=z/6p=N/d и d2 создают гармонические МДС по ряду =6k/d±1 [там же, с. 450], в том числе четные и низшие (<1) при возрастании дифференциального рассеяния _д, где ±k - целое число, дающее порядок гармонической >0 при ее прямом (+), или встречном (-) вращении.

Наиболее близкой к предлагаемой является трехфазная одно-двухслойная обмотка при 2р=4 полюсах и z=42 пазах (q=3,5), выполняемая из 3р=6 одинаковых равномерно смещенных на 2q=7 пазов катушечных групп с концентрическими катушками с шагами по пазам у_пi=14, 12, 10, 6 и числами витков w_к, 2w_к, 2w_к, 2w _к при 2w_к витках каждого паза [Технический каталог ОАО ELDIN, Ярославль, 2002 г., с.30 - синхронные генераторы типа SJ200, SJ225 - прототип].

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния обмотки по прототипу. Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной одно-двухслойной обмотки при 2р=2с полюсах в z=21с пазах (q=3,5), выполняемой из 3р равномерно смещенных на 2q=7 пазов катушечных групп с концентрическими катушками при 2w_к витках каждого паза и с=1, 2, 3,...:

каждая группа содержит по пять катушек с шагами по пазам у _пi=14, 12, 10, 8, 6 с числами витков w_к, 2w _к, 2w_к, (1+x)w_к, (1-x)w_к , где x=0,30.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев с верхними лобовыми частями предлагаемой обмотки при с=1, 2р=2, z=21 с номерами 1...21 (снизу) и 3р=3 катушечными группами с номерами 1Г, 2Г, 3Г (сверху) с чередованиями фазных зон в последовательности A-Z-B-X-C-Y; на фиг.2 построены по треугольной сетке (при ее стороне в единицу длины) многоугольники МДС обмоток по фиг.1 при x=0,5 (наружная) и по прототипу (внутренняя). При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=2с=4, 6,... полюсов и z=21c=42, 63,... пазов при 3р=6 - (1Г...6Г), 9 - (1Г...9Г) группах и их согласном включении в фазах (1Г и 4Г, 2Г и 5Г, 3Г и 6Г в фазах I, II, III при 2р=4), а фазы могут сопрягаться звездой или треугольником.

Для обмотки фиг.1 обмоточный коэффициент определяется по коэффициентам укорочения концентрических катушек К_уi=sin(90°у _пi/ _п) при _п=z/2p=10,5:К_уi=0,866025 (у_пi =14), 2·0,974928 (у_пi=12), 2·0,997204 (у _пi=10), (1+х)0,930874 (у_пi=8), (1-х)0,7818315 (у_пi=6) и тогда

Из наружного многоугольника МДС фиг.2 (в центре показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) по треугольной сетке и соотношениям

определяется коэффициент дифференциального рассеяния _д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...2q пазовых точек, R_o - радиус окружности для основной гармонической [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС // Электричество, 1997, №9, с.53-55]:

тогда по (1)-(3) из условия d( _д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,30, соответствующее _д%мин: при x_опт=0,30 - К_об=0,938244, R² _д=277,69/7, R_o=42·0,938244/2 и _д%мин=0,854, а при x=0- _д%=0,883. Для обмотки по прототипу при К_об =0,910565, R² _д=263/7 (по внутреннему многоугольнику фиг.2) и _д%=1,414, т.е. _д% при x_опт=0,30 снижается в 1,414/0,854=1,66 раза, что характеризует высокую эффективность предложенной обмотки. С учетом повышения К_об эффективность неравновитковой обмотки по фиг.1 равна (0,938244/0,910565)(1,414/0,854)=1,71 при среднем шаге катушек по пазам у_п.ср=(72+2x)/7=10,37 (для обмотки по прототипу у_п.ср=70/7=10,0).

Таким образом, предлагаемая обмотка характеризуются пониженным коэффициентом дифференциального рассеяния _д%, повышенным К_об и эффективнее при x _опт=0,30 в К_эф=1,71 раза в сравнении с обмоткой по прототипу. Ее применение в синхронных генераторах улучшает форму кривой исходного напряжения, а, например, на статоре АД - позволяет снижать добавочные потери в стали и асинхронные моменты от гармонических поля, улучшать виброакустические характеристики, повышать КПД и cos ₁, перегрузочную способность машины.