ТРЁХФАЗНАЯ 12-ЗОННАЯ ДВУХСЛОЙНАЯ ОБМОТКА СТАТОРА С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ВЫСШИХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ГАРМОНИК В СОСТАВЕ МАГНИТОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ
THREE-PHASE 12-ZONE TWO-LAYER STATOR WINDING WITH REDUCED CONTENT OF HIGHER SPATIAL HARMONICS IN MAGNETOMOTIVE FORCE

Изобретение относится к области электротехники, в частности к обмоткам статора электрических машин переменного тока, и может быть использовано при их конструировании и изготовлении.
Электрические токи трехфазной обмотки в рабочем режиме машины создают общую магнитодвижущую силу (МДС), которая в своем составе помимо основной гармоники содержит широкий спектр высших пространственных гармоник [1, с. 441]. Каждая из гармоник создает соответствующий магнитный поток, который при взаимодействии с токами создают электромагнитные моменты. Основная гармоника токов и потоков создают полезный момент на валу машины [1, с. 512-514]. Действие же высших гармоник проявляется в виде нежелательных явлений: создаются тормозящие электромагнитные моменты, появляются провалы на общей характеристике электромагнитного момента асинхронного двигателя, увеличивается индуктивность обмотки и потери мощности, создаются вибрации и шумы [1, с. 524-531].
При проектировании обмоток статора стремятся уменьшить проявление высших пространственных гармоник, используя известные средства и способы для их подавления.
фY
фΔ
Известны двухслойные m=3-фазные m'=12-зонные обмотки с целым числом q пазов на полюс и фазу [2]. Трехфазные 12-зонные обмотки состоят из двух трехфазных обмоток, одна из которых соединена по схеме «звезда», другая по схеме «треугольник». Между собой части обмотки соединяются либо параллельно, либо последовательно. При этом число витков в фазах «звезды» w и фазах «треугольника» w выполняются согласно равенству:
обY
обΔ
где k и k - обмоточные коэффициенты «звезды» и «треугольника».
В качестве прототипа рассматривается двухслойная m=3-фазные m'=12-зонные обмотки с числом пазов z=24, числом пар полюсов р=1, полюсным делением τ=12, укороченным шагом у=(11/12)τ[2].
В МДС 12-зонных обмоток в отличие от 6-зонных отсутствуют гармоники порядка ν=6i±l, где i - любое целое нечетное число. Однако, по-прежнему содержатся гармоники порядков 12k±1, где k - любое целое число.
Цель изобретения направлена на ослабление высших пространственных гармоник в составе МДС 3-фазной 12-зонной обмотки статора с 24 пазами, приходящимися на каждую пару полюсов (z/p=24).
фY
фΔ
n
к.внеш
к.внут
Решение поставленной цели достигается тем, что обмотка статора состоит из двух 3-фазных обмоток, которые смещены относительно друг друга на 30 электрических градусов. Одна из обмоток соединяется по схеме «звезда», другая по схеме «треугольник». При этом число витков в фазах «звезды» w  и фазах «треугольника» w удовлетворяет равенству   а сечения обмоточных проводов (S):  Обмотка выполнена двухслойной концентрической в развалку, при этом каждая катушечная группа состоит из 4 катушек с различным числом витков таким, что составляют определенную долю от всей площади паза, занимаемой обмотками: 1 катушка - 0,25; 2 катушка - 0,75; 3 катушка - 0,75; 4 катушка - 0,25. Первые и четвертые катушки будем считать внутренними, вторые и третьи внешними, тогда при таком распределении в пазу, соотношение чисел витков внешних катушек w к внутренним w ровняется 3.
Сущности изобретения поясняется на Фиг. 1 и Фиг. 2, где:
Фиг. 1а - схема фазы «звезды» А-Х (сплошные линии) и фазы «треугольника» А'-Х' (пунктирные линии).
Фиг. 1б - распределение фаз предлагаемой обмотки по пазам.
Фиг.2а - параллельное соединение фаз «звезды» и «треугольника» 12-зонной обмотки.
Фиг. 2б - последовательное соединение фаз «звезды» и «треугольника» 12-зонной обмотки.
к.внеш
к.внут
Фазы «звезды» B-Y и C-Z формируются по тому же принципу, что и фаза А-Х. При этом при укладке обмотки необходимо соблюдать сдвиг осей этих фаз по отношению к оси фазы А-Х на 120 и 240 электрических градусов соответственно. Фазы «треугольника» B'-Y' и С'-Z' формируются так же, как и фаза А'-Х'. Оси фаз «треугольника» сдвинуты от соответствующих осей фаз «звезды» на 30 градусов. В результате в каждом пазу статора располагаются активные стороны катушек, принадлежащих разным фазам. Соотношение чисел витков внешних катушек w к внутренним w равное 3 обеспечивает наименьшее относительно содержание высших пространственных гармоник по отношению к основной гармоники.
В таблице 1 представлены расчетные сравнительные данные в процентах отношения; амплитуд высших пространственных гармоник МДС по отношению к основной гармонике для предлагаемой 12-зонной обмотки с 6-зонной однослойной и 12-зонной двухслойной укороченной обмотками. Сравнение данных показывает, что предлагаемая обмотка снижает амплитуды 11 и 13 гармоники в 8 и 6,5 раз соответственно по сравнению с 12-зонной укороченной обмоткой [2].
Ослабление высших пространственных гармоник МДС способствует снижению провалов в кривой электромагнитного момента, уменьшению потерь, вибраций и шумов.
Предлагаемая обмотка может быть использована для 3-фазных машин переменного тока с 24 пазами, приходящимися на каждую пару полюсов. Основным достоинством обмотки являются низкое относительное содержание высших пространственных гармоник в магнитодвижущей силе.
Литература:
1. Вольдек, А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высших технических учебных заведений, издание 2-е, перераб. и дополненное / А.И. Вольдек. - Л.: Энергия, 1974. - 840 с.
2. Auinger, Н. Dreiphasige Wicklung in Stern-Dreieck-Mischschaltung  eine elektrische Maschine // Patent DE 3202958. 1986.