Трехфазная двухслойная статорная обмотка двухполюсной электрической машины

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к трехфазным двухслойным катушечным обмоткам двухполюсных электрических машин и может быть использовано при создании электрических машин малой и средней мощности. Сущность изобретения состоит в следующем. В двухполюсной электрической машине трехфазная катушечная двухслойная статорная обмотка расположена в трехуровневых пазах, глубина которых соответствует трехкратной высоте одной из уложенных в них катушек, и двухуровневых пазах, глубина которых соответствует двукратной высоте одной из уложенных в них катушек, число трехуровневых пазов равно числу двухуровневых пазов, причем упомянутые пазы чередуются так, что за группой трехуровневых пазов, равной числу пазов на полюс и фазу, следует группа двухуровневых пазов, равная числу пазов на полюс и фазу, при этом фазные зоны обмотки, образуемые одними сторонами катушек, совпадают с зонами расположения катушек на третьем (нижнем) уровне трехуровневых групп пазов и первом (верхнем) уровне двухуровневых групп пазов, а другие стороны всех катушек, определяемые сокращением шага обмотки, располагаются на среднем (втором) уровне трех - и двухуровневых пазов. Технический результат - обеспечение полной симметрии сопротивлений всех фаз обмотки при одновременном обеспечении высокой технологичности ее укладки путем исключения необходимости в процессе укладки обмотки одновременного подъема большого числа сторон ее катушек, которое при этом не будет зависеть от сокращения шага обмотки и будет равно числу пазов на полюс и фазу q. 6 ил.

 

Изобретение относится к трехфазным двухслойным катушечным обмоткам двухполюсных электрических машин и может быть использовано при создании электрических машин малой и средней мощности.

Хорошо известны и находят большое распространение трехфазные двухслойные катушечные обмотки в электрических машинах малой и средней мощности, в том числе и в машинах с числом полюсов 2р=2. Применение таких обмоток, особенно при малом числе полюсов 2р=2 встречает большие трудности при укладке последних катушек обмотки в пазы статора.

Трудность состоит в том, что только катушек могут укладываться обычным способом, т.е. нижней стороной на дно паза (нижний ряд), а верхней стороной в верхнюю часть паза (верхний ряд) без больших деформаций катушки. Имеющиеся деформации связаны только с тем, что расстояние между сторонами катушки при укладке оказывается несколько меньше, чем расстояние между пазами в расточке статора, куда она укладывается. Укладка последних катушек требует подъема вверх сторон уже уложенных ранее катушек для возможности размещения нижних сторон последних катушек (выше обозначено: Z - число пазов, β - сокращение шага обмотки). Эта операция связана с большими деформациями катушек и усложнением монтажных работ, поскольку поднятые стороны катушек занимают большой объем в расточке статора и затрудняют работы по укладке нижних сторон последних катушек обмотки. ("Обмотки электрических машин", Зимин В.И. и др., Изд. 6-е, Л., "Энергия", 1970 г., с.410-411).

Единственной возможностью для облегчения указанной операции для двухслойных обмоток является уменьшение сокращения шага β. Как известно, по техническим и экономическим соображениям рекомендуется выбирать сокращение шага β около 0,833, т.к. при этом ослабляются 5 и 7 гармоники магнитодвижущей силы (м.д.с.) реакции якоря в воздушном зазоре. Если по условиям укладки обмотки приходится уменьшать сокращение шага β от рекомендованных значений, то это приводит к ухудшению технических и экономических показателей машины и в то же время количество отгибаемых при укладке сторон катушек уменьшается незначительно.

Техническое решение, выбранное нами за прототип, позволяет избежать необходимости подъема верхних сторон катушек при укладке катушечной двухслойной обмотки (Патент РФ №2019897). Сущность технического решения заключается в применении трехуровневой двухслойной катушечной обмотки. При этом половина пазов статорной обмотки выполняется на двухуровневую глубину - выполняются двухуровневые пазы, как для обычных двухслойных обмоток, а другая половина имеет глубину паза, соответствующую трем уровням (слоям) - выполняются трехуровневые пазы, причем первый (верхний) уровень остается свободным при укладке двухслойной обмотки. В двухуровневых пазах стороны катушек обмотки занимают оба уровня по высоте, а в трехуровневых пазах стороны катушек занимают два уровня, причем нижняя сторона катушки занимает нижний (3-й) уровень в пазу, а верхняя сторона катушки располагается на среднем уровне, т.е. находится на уровне нижней стороны катушки, уложенной в двухуровневый паз. Общим по конструкции с заявляемым изобретением является наличие трехуровневых и двухуровневых пазов и расположение двухслойной обмотки на трех уровнях.

Возможность освобождения от необходимости отгиба верхних сторон катушек получается за счет применения трехуровневой укладки в трехуровневых пазах, расположенных подряд на одной половине расточки статора и двухуровневых пазах подряд на другой половине расточки статора.

Недостатком в этом решении является то, что в каждой фазе обмотки появляется неодинаковое число углубленных (трехуровневых) и обычных (двухуровневых) пазов, что приводит к различию в величине магнитного пазового рассеяния отдельных фаз, что может привести к их неравномерному нагружению. Последнее обстоятельство для энергетических машин (турбогенераторов) неприемлемо.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение полной симметрии сопротивлений всех фаз обмотки статора электрической машины при обеспечении высокой технологичности укладки.

Технический результат достигается тем, что в двухполюсной электрической машине трехфазная катушечная двухслойная статорная обмотка расположена в трехуровневых пазах, глубина которых соответствует трехкратной высоте пазовой части одной из уложенных в них катушек, и двухуровневых пазах, глубина которых соответствует двухкратной высоте пазовой части одной из уложенных в них катушек,

число трехуровневых пазов равно числу двухуровневых пазов, а их расположение чередуется так, что

за группой трехуровневых пазов, равной числу пазов на полюс и фазу, следует группа двухуровневых пазов, равная числу пазов на полюс и фазу,

при этом фазные зоны обмотки, образуемые одними сторонами катушек, совпадают с зонами расположения катушек на третьем (нижнем) уровне трехуровневых групп пазов и первом (верхнем) уровне двухуровневых групп пазов,

а другие стороны всех катушек, определяемые сокращением шага обмотки, располагаются на среднем (втором) уровне трех - и двухуровневых пазов.

Сущность изобретения поясняется на примере конкретного выполнения статорной трехфазной обмотки двухполюсной электрической машины (Фиг.1-6).

На фиг.1 показано поперечное сечение статора с изображением трех - и двухуровневых пазов с уложенной в пазы двухслойной катушечной обмоткой, при этом А, В, С, А', В', С' - обозначение, как и на других фигурах, фазных зон обмотки статора, а 1; 2...42 - обозначение, как и на других фигурах, номеров пазов статора; на фиг.2 - выносной элемент D с изображением трех - и двухуровневого пазов статора с уложенной как в трехуровневый, так и в двухуровневый пазы двухслойной катушечной обмоткой, где I, II, III - обозначение, как и на других фигурах, уровней пазов статора; на фиг.3 - схема трехфазной двухслойной катушечной обмотки статора с указанием фазных зон и номеров пазов статора; на фиг.4 - выносной элемент Е с изображением трех- и двухуровневых пазов статора, где I, II, III - обозначение уровней пазов статора; на фиг.5 - схема обмотки статора с изображением фазных зон обмотки А, В, С; на фиг.6 - схема обмотки статора с изображением фазных зон обмотки А', В', С'. На фиг.1 представлена схема укладки катушек в фазных зонах С и С', причем катушка, укладываемая в фазной зоне С, своей нижней стороной расположена на третьем (нижнем) уровне паза, а катушка, укладываемая в фазной зоне С', своей верхней стороной расположена на первом (верхнем) уровне паза.

На фиг.3 показана схема обмотки с числом полюсов 2р=2, с числом пазов Z=42, числом пазов на полюс и фазу q=7 и шагом 1-18.

На фиг.5 показана ¹/₂ часть схемы обмотки, расположенной в фазных зонах А, В, С, из которой следует, что все нижние стороны катушек указанных зон расположены на третьем (нижнем) уровне пазов, а верхние - на втором (среднем) уровне пазов.

На фиг.6 показана ¹/₂ часть схемы обмотки, расположенной в фазных зонах А', В', С', из которой следует, что все верхние стороны катушек указанных зон расположены на первом (верхнем) уровне пазов, а нижние - на втором (среднем) уровне пазов.

Трехуровневые пазы (1-7) группой, равной числу пазов на полюс и фазу q располагаются подряд (на Фиг.1 q=7), затем располагается группа из q=7 двухуровневых пазов (8-14), затем группа трехуровневых пазов (15-21) и т.д. Катушечные группы с числом катушек, равным q=7, должны располагаться в соответствии с группами пазов. Например, катушечная группа полуфазы А располагается в нижних уровнях трехуровневых пазов, катушечная группа полу фазы С¹ займет верхний уровень двухуровневых пазов, катушечная группа полуфазы В займет нижний уровень следующей группы трехуровневых пазов и т.д. Нетрудно видеть, что каждая фаза будет иметь симметрично расположенные катушечные группы, что обеспечит равенство пазовых рассеянии всех фаз А, В, и С.

Укладку катушек следует производить из нижнего уровня трехуровневых пазов, например, полуфазы А (Фиг.5), вторая сторона этих катушек будет располагаться в среднем уровне в пазах, номер которых зависит от шага обмотки. Укладка этих катушек происходит обычным способом - без подъема вверх сторон уже уложенных ранее катушек. Укладка катушек полуфазы С не встречает затруднений, связанных с подъемом сторон уже уложенных катушек. Однако укладка катушек полуфазы В потребует подъема верхних сторон катушек полуфазы А, располагаемых в среднем уровне. Нетрудно видеть, что число этих сторон равно q, т.е. числу пазов на полюс и фазу. После укладки нижних катушек полуфаз А, В и С, укладка верхних катушек полуфаз А¹, В¹ и С¹, т.е. катушек, стороны которых расположены в верхних уровнях двухуровневых катушек и в среднем уровне остальных пазов, происходит таким же образом, т.е. требует подъема сторон ранее уложенных катушек в количестве q (Фиг.6).

Таким образом, предлагаемая конструкция укладки катушечной обмотки позволяет осуществить одновременный подъем только q сторон катушек при укладке нижних, а затем и верхних катушек, вне зависимости от шага обмотки (сокращения шага β).

В обычной двухслойной обмотке, т.е. обмотке, укладываемой обычным способом, когда каждая секция укладывается одной стороной в нижний слой паза, другой - в верхний слой паза, число поднятых одновременно сторон равняется (3qβ+1). В предложенной конструкции при укладке сторон катушек нижних полуфаз А, В и С оно составляет q, а при сокращении шага β=2/3 число одновременно поднятых сторон будет меньшее, чем в 2 раза; при β=5/6 меньше, чем в 2,5 раза; при β=1 меньше, чем в 3 раза при использовании предлагаемой конструкции укладки нижнего ряда катушек по сравнению с обычной двухслойной обмоткой. Сокращение шага β, меньше чем 2/3, не имеет практического смысла, однако отметим, что при сокращении шага 1/3≤β≤2/3 число поднятых сторон катушек по предполагаемому изобретению составит q (3β-1), т.е. при β=1/3 будет равно 0.

Таким образом, достигается обеспечение высокой технологичности укладки, благодаря тому, что новое решение позволит избежать при укладке обмотки одновременного подъема большого числа сторон катушек, которое не будет зависеть от сокращения шага β и будет равно числу пазов на полюс и фазу q, и одновременно обеспечение полной симметрии сопротивлений всех фаз обмотки.

Трехфазная двухслойная статорная обмотка двухполюсной электрической машины, катушечная, расположенная в трехуровневых пазах, глубина которых соответствует трехкратной высоте пазовой части одной из уложенных в них катушек, и в двухуровневых пазах, глубина которых соответствует двукратной высоте пазовой части одной из уложенных в них катушек, отличающаяся тем, что за группой трехуровневых пазов, равной числу пазов на полюс и фазу, следует группа двухуровневых пазов, равная числу пазов на полюс и фазу, фазные зоны обмотки, образуемые одними сторонами катушек, совпадают с зонами расположения катушек на третьем (нижнем) уровне трехуровневых групп пазов и первом (верхнем) уровне двухуровневых групп пазов, а другие стороны всех катушек, определяемые сокращением шага обмотки, располагаются на среднем (втором) уровне трех - и двухуровневых пазов.