Симетрична трифазна одношарова обмотка

Симетрична трифазна 2р-полюсна одношарова обмотка з цілим числом q пазів на полюс і фазу, виконана із груп котушок, котушкові сторони поділені на 6р груп, причому кількість котушкових сторін рівна q у межах кожної з груп та котушкові сторони покладені симетрично щодо центральної осі групи в сусідніх пазах, яка відрізняється тим, що для зменшення наявності вищих гармонік у кривих МРС і скорочення довжини лобових частин, k крайніх котушкових сторін кожної з груп зміщені на два зубцевих ділення одна відносно одної і відносно центральних котушкових сторін кількістю (q2k), розташованих у сусідніх пазах, де p, q і k додатні цілі числа, k q 2 . Винахід стосується електромашинобудування і може бути використаний при виготовленні й укладці одношарових трифазних обмоток асинхронних і синхронних електричних машин, а також може використовуватися для заміни двошарових обмоток у трифазних асинхронних і синхронних електричних машинах. Відома [1, 2] симетрична трифазна 2рполюсна двошарова обмотка, з цілим числом q пазів на полюс і фазу, де р і q - позитивні цілі числа, котушки якої підрозділені на 6р груп і покладені двома шарами в Z=6pq пазах, рівномірно розподілених уздовж робочого повітряного проміжку так, що перший шар утворений однойменними (лівими або правими) активними сторонами котушок, що займають половину кожного паза, другий шар, що займає обсяг кожного паза, що залишився, утворений протилежними (правими або лівими) активними сторонами котушок, причому всі котушки виконані з однаковим кроком y по пазах. В обмотках з числами полюсів 2р>2 крок у вибирається в діапазоні від y=2,4q до y=2,571q, що забезпечує зміну значень коефіцієнтів укорочення обмотки k v sin 90 yv / 3q по робочій гармоніці з порядком v p від 0,95 до 0,975 і зменшує ве личину коефіцієнта укорочення k 7 по найбільш небезпечній гармоніці з порядком v 7 від 0,588 при у=2,4q до практично повного придушення при y=2,571q. З урахуванням того, що коефіцієнти розподілу обмотки k визначаються за виразом 92966 (11) го коефіцієнта по робочій гармоніці k v k v k v отримують у діапазоні 0,907...0,931, що забезпечує високі техніко-економічні показники електричних машин з таким обмотками [1, 2]. В обмотках з числами полюсів 2р=2 кроку вибирається рівним або меншим 2q з метою скорочення довжини лобових частин і зменшення витрат обмотувального дроту. Основними недоліками обмоток даного типу є: - збільшення трудомісткості обмотувальноізолювальних робіт через збільшене число котушок і необхідності укладання їх у 2 шари [3] - неможливість механізації процесу укладання через необхідність виконання операції підйому кроку [3] - збільшення витрати ізоляційних матеріалів за рахунок установки міжшарових прокладок у пазах. Найбільш близькою за технічною суттю до пропонованого винаходу є симетрична трифазна UA 0,5 / q sin 30 v / 3q , значення обмотувально (19) kv (13) C2 (21) a200903873 (22) 21.04.2009 (24) 27.12.2010 (46) 27.12.2010, Бюл.№ 24, 2010 р. (72) ДЬОГТЄВ ВОЛОДИМИР ГРИГОРІЙОВИЧ, ШУЛЬГІН ДМИТРО МИКОЛАЙОВИЧ, САМОЙЛОВ ГРИГОРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) ДЬОГТЄВ ВОЛОДИМИР ГРИГОРІЙОВИЧ, ШУЛЬГІН ДМИТРО МИКОЛАЙОВИЧ, САМОЙЛОВ ГРИГОРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (56) RU 2085009; 20.07.1997, UA 73222 C2; 15.06.2005, SU 851650; 15.08.1983, SU 1035729 A; 15.08.1983 CN 101159404 A; 09.04.2008 3 92966 2p-полюсна одношарова обмотка з цілим числом q пазів на полюс і фазу [1, 2], котушкові сторони якої підрозділені на 6р груп, причому q котушкових сторін у межах кожної з груп покладені симетрично щодо центральної осі групи в сусідніх пазах, де р і q - позитивні цілі числа. До основних недоліків такої обмотки відносяться: - підвищене в порівнянні з двошаровими обмотками наявність вищих гармонійних складових у кривих МРС (ЭДС), що перешкоджає їхньому використанню, наприклад, в асинхронних двигунах, потужністю вище 30кВт; - збільшена у порівнянні з двошаровими обмотками витрата обмотувального дроту через подовження лобових частин обмотки. Задача винаходу - створення симетричної трифазної одношарової обмотки, у якій зміна розподілу котушок і порядок укладання котушок у пази дозволяє замінити застосовувані в даний час одношарові обмотки з метою зменшення витрати обмотувального дроту і зменшення наявності вищих гармонійних складових у кривих МРС (ЕРС). Сформульована задача вирішується тим, що у відомої симетричної трифазної 2р-полюсній одношаровій обмотці з цілим числом q пазів на полюс і фазу [1], котушкові сторони якої підрозділені на 6р груп, причому q котушкових сторін у межах кожної з груп покладені симетрично щодо центральної осі групи і розташовані в сусідніх пазах, у відповідності з винаходом k крайніх котушкових сторін кожної з груп зміщені на два пазових ділення відносно один одного і центральних (q-2k) котушкових сторін, розташованих у сусідніх пазах, де р, q і k позитивні цілі числа, k q 2 . Сутність винаходу пояснюється кресленням на Фіг.1, де зображений розподіл котушкових сторін пропонованої одношарової симетричної двополюсної трифазної обмотки, наприклад, з числом пазів на полюс і фазу q=7 і k=2, що складається з 6р=6 груп, утворених котушковими сторонами 1....42 по q=7 котушкових сторін у кожній групі рівномірно розподілених уздовж робочого повітряного зазору 4 в 6q=42 пазах з номерами 1...42. Положення центральних осей груп зазначено зірочками. Котушкові сторони 1...42 відображені відрізками вертикальних прямих ліній: для першої фази - з однією стрілкою, для другої фази - із двома стрілками, для третьої фази - із трьома стрілками. Як випливає з Фіг.1 центральні котушкові сторони 5, 6, 7; 12, 13, 14; 19, 20, 21; 26, 27, 28; 33, 34, 35 і 40, 41, 42, розташовані в сусідніх пазах, містять по (q2k)=3 котушкові сторони. Відповідні k=2 крайні котушкові сторони 1, 3 і 9, 11; 8, 10 і 16, 18; 15, 17 і 23, 25; 22, 24 і 30, 32; 29, 31 і 37, 39; 36, 38 і 2, 4 зміщені відносно один одного і центральних котушкових сторін на 2 пазові ділення. Котушкові групи обмотки відповідно до винаходу можуть бути виконані: - з котушок, виконаних з однаковим кроком у по пазах (рівнокатушкові); - з однотипних концентричних котушок (концентричні); - з двох типів концентричних груп, лобові частини котушок яких відгинаються у взаємно протилежних напрямках (концентричні «розвальцем»). Останній варіант виконання забезпечує мінімальні витрати обмотувального дроту. Як приклад на Фіг.2 представлена схемарозгортка пропонованої обмотки з розподілом котушкових сторін по Фіг.1 і котушковими групами, виконаними «розвальцем». Як випливає з Фіг.2, непарні котушкові групи 43, 45, 47 складаються з 4 концентричних котушок із кроками по пазах у1=21, у2=19, у3=15, у4=11, а парні котушкові групи 44, 46, 48 - з 3 концентричних котушок із кроками по пазах у5=19, у6=15, y7=11. Середній крок котушок уср по пазах по [3] q yi 21 2 19 15 11 i 1 y cp 15,86. q 7 При інших значеннях k значення кроків кожної з котушок і середнього кроку уср обмотки пропонованого типу зведені в наведену нижче табл.1. Таблиця 1 Значення кроків обмотки пропонованого типу (q=7) k уі уср 1 у1=21, у2=19, у3=17, у4=13, y5=19, y6=17, y7=13 17 2 у1=21, у2=19, у3=15, у4=11, y5=19, y6=15, y7=11 15,86 Для порівняння на Фіг.3 представлена схемарозгортка обмотки-прототипу з q=7 і котушковими групами, виконаними «розвальцем». Як випливає з Фіг.3, непарні котушкові групи 43, 45, 47 складаються з 4 концентричних котушок із кроками по пазах у1=21, у2=19, у3=17, у4=15, а парні котушкові групи 44, 46, 48 - з 3 концентричних котушок із кроками по пазах у1=19, у2=17, у3=15. Середній крок котушок по пазах 3 у1=21, у2=17, у3=13, у4=9, y5=17, y6=13, y7=9 14,14 q y cp yi i 1 q 21 2 19 17 15 7 17,57. Таким чином, при будь-яких значеннях k q 2 обмотки пропонованого типу мають менші значення середнього кроку, ніж обмотка-прототип, що забезпечує економію обмотувального дроту. 5 92966 Коефіцієнти розподілу k v обмотки по гармоніках довільного v-гo порядку можна розрахувати відповідно розміщенню однойменних активних частин котушок однієї з фаз у рівномірно розподілених по окружності пазах за виразом [4] 2q sin s i Z v i 1 2 cos s i Z v i 1 , 2q де s i - порядковий номер i-го паза, у якому розташована котушкова сторона; Z 60 / q кутове зрушення між пазами. Для наведеного прикладу Z 60 / 7 8,57 , номера пазів (по Фіг.1), у яких укладені котушкові сторони першої фази s i =1, 3, 5, 6, 7, 9, 11, -22, 24, -26, -27, -28, -30, -32 відповідно до винаходу, а відповідні номери пазів обмотки-прототипу s i =1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, -22, -23, -24, -25 -26, -27, -28, тому ко k Rv ефіцієнти розподілу k v по гармонікам довільного порядку v можна розрахувати за виразом 2 14 k Rv 2 2q 6 sin s i 8,57 i 1 v 2 14 cos s i 8,57 i 1 v . 14 Наявність вищих гармонік у кривих МРС (ЭДС) оцінюється коефіцієнтом диференціального розсіювання та, що розраховується за виразом [5] d H2 v v 1 де H v 1, k Rv p - відносна амплітуда гармоніk Rp v ки порядку v, k v - коефіцієнт розподілу за робочою гармонікою. Результати розрахунку пропонованої обмотки при різних k і обмотки-прототипу наведені в табл.2. Таблиця 2 Порівняльні дані гармонійного аналізу МРС v 1 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 35 37 41 Обмотка-прототип q=7 k Rv Hv 0,9558 1 0,1955 0,0409 0,1429 0,0214 0,0974 0,0093 0,0865 0,007 0,0747 0,0046 0,0722 0,004 0,0722 0,0033 0,0747 0,0031 0,0865 0,0031 0,0974 0,0033 0,1429 0,0043 0,1955 0,0055 0,9558 0,0244 =0,056108 d k 1 k Rv 0,9345 0,0911 0 0,112 0,1496 0,1983 0,2103 0,2103 0,1983 0,1496 0,112 0 0,0911 0,9345 Hv 1 0,0195 0 0,0109 0,0123 0,0125 0,0118 0,0098 0,0085 0,0055 0,0039 0 0,0026 0,0244 =0,03952 d Джерела інформації: 1. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевськая. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504с. 2. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. Л.:Энергоатомиздат, 1989. - 400с. 3. Технология производства асинхронных двигателей. Специальные процессы / Под ред. В.Г. Костромина. - М.: Энергия, 1981. - 295с. Пропонована обмотка, q=7 k 2 k Rv Hv 0,8922 1 0,0619 0,0139 0,1429 0,0229 0,0807 0,0082 0,0229 0,002 0,2529 0,0167 0,3297 0,0194 0,3297 0,0161 0,2529 0,0113 0,0229 0,0009 0,0807 0,0029 0,1429 0,0046 0,0619 0,0019 0,8922 0,0244 =0,020861 d k 3 k Rv Hv 0,8301 1 0,1819 0,0438 0,1429 0,0246 0,1241 0,0136 0,1329 0,0123 0,2196 0,0156 0,4197 0,0266 0,4197 0,022 0,2196 0,0106 0,1329 0,0055 0,1241 0,0048 0,1429 0,0049 0,1819 0,0059 0,8301 0,0244 =0,014339 d 4. Veinott C.G. Special harmonic magneto motive forees in irregular windings and special connections of polyphase-windings // "IEEE", Trans. Power Apparatus and Systems. - v.83, 1964 - p.1246-1255. 5. Геллер Б., Гамата В. Дополнительные поля, моменты и потери мощности в асинхронных машинах. - М.: Энергия, 1981. - 352с. 7 92966 8 9 Комп’ютерна верстка А. Рябко 92966 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601