Трехфазная обмотка электрических машин при 2p=4с полюсах, z=18с пазах (варианты)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромашиностроении, а именно - в трехфазных асинхронных и синхронных машинах. В изобретении ставится задача достижения технического результата, состоящего в повышении обмоточного коэффициента и снижении дифференциального рассеяния σ_д симметричной m'=3-зонной обмотки при 2р=4·с полюсах и z=18·с пазах. Сущность изобретения заключается в том, что трехфазная обмотка электрических машин при 2р=4с полюсах, z=18c пазах выполняется из 6с равномерно смещенных катушечных групп с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=4, целом числе с=1, 2,... и 2w_к витках каждого паза. При этом согласно первому варианту осуществления данного изобретения двухслойные группы содержат по три катушки с шагами у_пi=6, 4, 2 и числами витков w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к, где х=0,65. Согласно второму варианту осуществления изобретения одно-двухслойные группы содержат по две катушки с шагами у_пi=5, 3 и числами витков 2 w_к, w_к. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, 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 y_п≈z/2р 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].

Наиболее близка к предлагаемой m'=3-зонная двухслойная обмотка, выполняемая 2р=4-полюсной в z=18 пазах из 3р=6 катушечных групп с q=z/3р=3 катушками при у_п=4 в каждой, которая проще m'=6-зонной обмотки из-за вдвое меньшего числа групп, но имеет низкий обмоточный коэффициент и повышенное дифференциальное рассеяние, что является ее недостатком и ограничивает применение.

В изобретении ставится задача повышения обмоточного коэффициента m'=3-зонной обмотки при понижении ее дифференциального рассеяния σ_д.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2р=4c-полюсной обмотки, выполненной в z=18c пазах из 6с равномерно смещенных катушечных групп с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам y_к=4, целом числе с=1, 2,... и 2w_к витках каждого паза:

по первому варианту двухслойные группы содержат по три катушки с шагами y_пi=6, 4, 2 и числами витков w_к, (1+x)w_к, (1-х)w_к, где x=0,65;

по второму варианту одно-двухслойные группы содержат по две катушки с шагами y_пi=5, 3 и числами витков 2w_к, w_к.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой обмотки по первому варианту при 2р=4 (с=1), z=18 пазах с номерами 1...18, 6с=6 катушечных группах с номерами 1Г...6Г с их верхними лобовыми частями, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего и X, Y, Z нижнего слоев, а на фиг.2 построены (по треугольной сетке) ее многоугольники МДС при катушках равно- (внутренний) и неравновитковых (наружный) для х=0,5; на фиг.3, 4 - то же, что и на фиг.1, 2, но для второго варианта. При с=2, 3,... обмотка имеет 2р=4с=8, 12,... полюсов, z=18c=36, 54,... и повторе 2, 3,... раза развертки фиг.1, 3. Предлагаемая m'=3-зонная обмотка соединяется в фазах обычным образом при согласном последовательном (a=1) или параллельном (a=2) включении групп фазы: 1Г, 4Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 2Г, 5Г с началом из 2Г в фазе II; 3Г, 6Г с началом из 3Г в фазе III, а фазы могут сопрягаться в звезду (Y) или треугольник (Δ).

Для обмотки по фиг.1 коэффициенты K_yi=sm(90°у_пi/τ_п) укорочения катушек при полюсном делении τ_п=z/2р=18/4=4,5, 2w_к=2 витках паза равны: К_yi=0,8660254 (у_пi=6), (1+х)0,984808 (у_пi=4), (1-х)0,642788 (у_пi=2) и тогда обмоточный коэффициент К_об и средний шаг катушек у_п.ср равны:

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

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

при х=0-R² _j=2²+1+2=7 - для точек j=1, 3, R² _j=2²=4 - для точки j=2, R² _д=Σ(R² _j)/3=6, R_o=18·0,83121/2π при К_об=0,83121 из (1) и по (2) σ_д%=5,82;

при х=0,5-R² _j=7 - для j=1,3, R² _j=(2+x)²=4+4+x² - для j=2' и

тогда по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное значение Х_опт=0,65, соответствующее минимальной величине σ_д%мин: при х_опт=0,65-K_об=0,90531, R² _д=21,0225/3, R_o=18·0,90531/2π и σ_д%мин=4,18, т.е. значение σ_д% при х_опт=0,65 снижается в 5,82/4,18=1,39 раза; с учетом повышения К_об эффективность обмотки равна К_эф=(0,90531/0,83121)(5,82/4,18)=1,52. По (1) при х_опт=0,65-У_п.ср=4+2х/3-13,3/3=4,433.

Подобным образом для обмотки по второму варианту (фиг.3, 4):

K_yi=2·0,984808 (y_пi=5), 0,8660254 (у_пi=3), К_об=Σ(К_yiw_кi)/3=0,9452, y_п.ср=13/3=4,333, R² _д=23/3 и σ_д%=4,56, т.е. по сравнению с равновитковой обмоткой (х=0) по фиг.1 значение σ_д% снижается в 5,82/4,56=1,28 раза и К_эф=1,45.

Отметим, что m'=6-зонной двухслойной обмотке при 2р=4, z=18, 6р=12 группах, q=z/6p=1,5, y_п=4 соответствуют чередование фазных зон по фиг.3 при двух-, однокатушечных чередующихся группах, многоугольник МДС по фиг.4 и параметры K_об=0,9452, σ_д%=4,56 предлагаемой m'=3-зонной обмотки (одно-двухслойной) по второму варианту при y_п.ср=y_п=4.

Таким образом, предлагаемая m'=3-зонная обмотка характеризуются повышенным К_об, пониженным σ_д% и эффективнее в К_эф≈1,5 по сравнению с равновитковой обмоткой; она проще m'=6-зонной обмотки в технологичности изготовления из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.

1. Трехфазная обмотка электрических машин при 2р=4·с полюсах, z=18·с пазах, выполняемая из 6·с равномерно смещенных катушечных групп с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=4, целом числе с=1, 2,... и 2w_к витках каждого паза, отличающаяся тем, что двухслойные группы содержат по три катушки с шагами у_пi=6, 4, 2 и числами витков w_к, (1+х)w_к, (1-х)w_к, где х=0,65.

2. Трехфазная обмотка электрических машин при 2р=4·с полюсах, z=18·с пазах, выполняемая из 6·с равномерно смещенных катушечных групп с концентрическими катушками при среднем их шаге по пазам у_к=4, целом числе с=1, 2,... и 2w_к витках каждого паза, отличающаяся тем, что одно-двухслойные группы содержат по две катушки с шагами у_пi=5, 3 и числами витков 2 w_к, w_к.