Результат интеллектуальной деятельности: ТРЕХФАЗНАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ЭЛЕКТРОМАШИННАЯ ОБМОТКА ПРИ 2p=2c ПОЛЮСАХ В z=21c ПАЗАХ

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

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из m'p катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при их среднем шаге по пазам у_к=2q...3q и числе пазов на полюс и фазу q=z/m'p целом или дробном, где m' - число фазных зон на пару полюсов, равное m'=m=3 - трехзонные или m'=2m=6 - шестизонные обмотки [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. Дробные обмотки при q=z/m'p=N/d и d≥2 (не кратном числу фаз m=3) создают гармонические МДС по ряду ν=m'k/d ±1 [там же, с.450], в том числе четные и низшие (ν<1) при значительном 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'=6-зонной дробной симметричной обмотки при 2р=2·с полюсах и z=21·с пазах (q=z/6p=7/2, N=7, d=2) с группировкой катушек по ряду 4 3 4 3... [Лившиц-Гарик M. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. М.-Л.: ГЭИ, 1959, с.224], выполняемой из концентрических катушек с их средним шагом по пазам у_к=2q=7.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-слойной обмотки при 2р=2·с, z=21·с, выполняемой из 6р чередующихся четырех- и трехкатушечных групп с концентрическими катушками при их среднем шаге по пазам у_к=2q=7:

группы нечетные четырехкатушечные с у_пi=10-2(i-1) и четные трехкатушечные с у'_m=9-2(i'-1) имеют числа витков по (1+х)w_к для катушек с i=1, 2, i'=1 и по (1-x)w_к витков для катушек с i=3, 4, i'=3 при w_к витках для катушек с i'=2 и 2w_к витках в каждом пазу, где i=1...4 и i'=1...3 - номера катушек в группах, начиная с наружной, а x=0,57.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=2 полюсах, z=21 пазах с номерами 1...21 (снизу) и номерами катушечных групп от 1Г до 6Г (сверху), чередованиями фазных зон в последовательности А-Z-B-X-C-Y верхнего и нижнего слоев; на фиг.2 построены по треугольной сетке многоугольники МДС обмотки фиг.1 при x=0 (внутренний) и x=0,5 (наружный). Такая m'=6-зонная обмотка по фиг.1 соединяется обычным образом при последовательно-встречном включении в фазах четных групп относительно нечетных (1Г, 4Г для фазы первой, 3Г, 6Г для фазы второй, 5Г, 2Г для фазы третьей) с их началами из начал групп 1Г, 3Г, 5Г для I, II, III фаз, а фазы могут сопрягаться звездой или треугольником. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=2с=4, 6,... полюсов при z=21c=42, 63,... пазах и 6р=12 (1Г...12Г), 18 (1Г...18Г),... катушечных группах.

Для обмотки фиг.1 обмоточный коэффициент К_об определяется по коэффициентам укорочения К_уi=sin(90°у_пi/τ_п) (при полюсном делении τ_п=z/2p=21/2=10,5) концентрических катушек с учетом их неравновитковости x:

К_уi=(1+х)0,997204 (у_пi=10, i=1), (1+x)0,930874 (у_пi=8, i=2), (1-х)0,781831 (у_пi=6, i=3), (1-x)0,563320 (у_пi=4, i=4), для i=1...4 групп четырехкатушечных; (1+x)0,974928 (у'_пi=9, i'=1), 0,866024 (у'_пi=7, i'=2), (1-x)0,680173 (у'_пi=5, i=3), для i'=1...3 групп трехкатушечных, тогда

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

коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...N пазовых точек, R_o - радиус окружности для гармонической ν=1 [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(σ_д)/d(x)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,57, соответствующее σ_д%мин: при x_опт=0,57 - К_об=0,89923, R² _д=254,9392/7, R_o=21·0,89923/π и σ_д%мин=0,80, а при x=0 - σ_д%=1,253, т.е. σ_д% при x_опт=0,57 снижается в 1,253/0,80=1,57 раза, что характеризует ее эффективность; с учетом повышения К_об эффективность неравновитковой обмотки равна К_эф=(0,89923/0,827765)(1,253/0,80)=1,70, a ее средний шаг катушек по пазам равен у_п.ср=(Σу_пi)/7=7+12x/7=7,98.

Таким образом, предлагаемая m'=6-зонная обмотка характеризуется повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф=1,70 раза в сравнении с равновитковой. Ее применение позволяет снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, улучшать форму кривой напряжения в синхронных генераторах.