SU924793A1 - Несимметрична петлева обмотка с числом пазов на полюс и фазу @ , равным 7,5 - Google Patents

Description

Изобретение относится к обмоткам электрических машин и может быть использовано в статоре машины переменного тока, например, турбогенератора средней и большой мощности. $

Известны несимметричные петлевые обмотки с числом пазов на полюс и фазу q==7,5 с тремя параллельными ветвями на каждые четыре полюсно-фазные зоны. Они применяются в случае выпол-*⁰ нения машины с пониженным напряжением либо при необходимости снижения тока в параллельной ветви при заданной повышенной величине напряжения. Несимметрия таких обмоток заключается в ¹⁵ том, что ЭДС параллельных ветвей фазы разнятся между собой в векторном отношении в общем случае по модулю и по углу. Несимметричные обмотки могут быть охарактеризованы величиной небаланса ЭДС, параллельных ветвей, потерь от уравнительных токов в конструктивном исполнении [1] и fzj

Однако известные обмотки с малым значением потерь в контурах небаланса имеют усложненную конструкцию изза повышенного числа перемычек в зоне лобовых частей.

Наиболее близка по технической сущности к предлагаемой петлевая об-’ мотка с числом пазов на полюс и фазу 4=7»5 с тремя параллельными ветвями .на каждые четыре полюсно-фазные зоны, попарно разнящиеся между собой на один виток, с расположением в одной из больших полюсно-фазных зон всех трех параллельных ветвей, а в остальных трех полюсно-фазных зонах каждой из трех параллельных нет-, вей. Обмотки выполнены с q=7»5 трехфазными (т=3) в четырехполюсном исполнений (2р=4), число параллельных ветвей в фазе а=3· Каждая фаза, таким образом, разбита на четыре полюснофазные зоны, содержащие поочередно семь и восемь витков. Причем две меньшие (семивитковые) полюсно-фаз ные зоны и одна большая (восьмивитковая) включают каждая одну из трех параллельных ветвей с порядковыми номерами 1, 2 и 3. Четвертая большая полюсно-фазная зона содержит всё три параллельные ветви. Обмотки выполнены' с постоянным шагом намотки.

Наилучшая из известных обмоток по величине уравнительного тока имеет следующие чередования параллельных ветвей в полюсно-фазных зонах:

А, Ί-1-1-1-1-1-1

А₂ 1-3-2-1-3-2-1-3 а₃ з-з-з-з-з-з-з A, 2-2-2-2-2-2-2-2 Согласно .терминологии, чередование параллельных ветвей в полюснофазной зоне А_г имеет порядок подряд, т.е. когда параллельные ветви 1, 2 и 3 поочередно следуют друг за другом [ 3J.

Однако такой способ чередования в данном случае не обеспечивает приемлимого варианта обмотки как в части потерь от уравнительных токов, так и конструкции- в эоне лобовых частей. Число перемычек межкатушечных и межполюсных на фазу составляет 8 шт, что в известной мере усложняет» конструкцию обмотки. Несимметричная. обмотка получена несинфазной с разными ЭДС параллельных ветвей. Угол сдвига между результирующими векторами ЭДС параллельных -ветвей 1 и 3 составляет 2°22* , величина небалансной ЭДС в максимально нагруженной ветви более 2% по отношению к средней ЭДС. Для конкретной конструкции четырехполюсного турбогенератора мощностью 1000 мВт с рабочим током 8900 А в параллельной ветви и сокращении шага β =0,8 уравнительный ток в максимально нагруженной ветви при применении известной обмотки составляет значительную величину - 11,5% от рабочего тока параллельной ветви. Все это существенно ухудшает технико-экономические показатели обмотки и ограничивает практическое использование ее в крупных электрических машинах.

Цель .изобретения - повысить технико-экономические показатели :обмотки путем снижения числа межка.тушечных и межполюсных перемычек до пяти на фазу и уменьшения величины небалансных ЭДС и уравнительных токов параллельных ветвей до приемлемых в практике значений.

Указанная цель достигается тем, что в полюс.чо-фазной зоне с тремя параллельными ветвями параллельные ветви расположены в порядке 1^_3“3~ -2-2-1-1-3. где 1, 2 и 3 ~ порядковые номера параллельных ветвей.

На фиг. 1 изображена схема расположения трех параллельных ветвей в четырехполюсных зонах обмотки с q равным 7.5; на фиг. 2 - звезда пазовых векторов ЭДС обмотки и взаимное размещение полюсно-фазных зон.

В качестве примера рассмотрена несимметричная петлевая двухслойная обмотка с q=7,5 стержневого типа для четырехполюсного трехфазного турбогенератора.

Число параллельных ветвей а=3. На фиг. 1 показаны четыре, полюснофазные зоны Ау, A_g, , А^для.одной фазы А; две другие выполняются аналогично. Параллельные ветви имеют порядковые номера 1, 2 и 3· Верхние . стержни 4 и нижние 5. образующие витки параллельных ветвей, располагаются в полюсно-фазных зонах в следующем порядке с учетом номеров параллельных ветвей: _ν

Ay 1-1-1-1-1-1-1

Ag 3-1-1-2-2-3-3-1 a_s з-з-з-з-з-з-з А_ч 2-2-2-2-2-2-2-2

Полюс но-фаз ные зоны и А₃ включают по 7 витков, в другой паре полюсно-фазных зон А и - на,один виток больше, т.е. по восемь витков. В полюсно-фазных зона Ау , и Ajy расположена каждая их трех параллельных ветвей 1, 2 и 3, а полюсно-фазной зоне - все три параллельные ветви. Порядок чередования параллельных' ветвей в смешанной полюсно-фазной зоне Ag·. 3^_1”1^_2-2-33-1. что требует для выполнения необходимых соединений в зоне лобовых частей обмотки статора наличия пяти перемычек на фазу, из которых три перемычки типа 6 являются межполюсными и две перемычки типа 7 межкатушечными. Индексами 1Н, 2Н и ЗН обозначены начала параллельных ветвей 1, 2 и 3, индексами 1К, 2К и ЗК - соответственно концы, а стрелками, для удобства слежения за соединениями в пределах параллельной ветви, указаны направления рабочего тока параллельных ветвей.

Поскольку чередование параллельных ветвей в верхнем и нижнем слоях стержней полюсно-фазной зоны выпол нено одинаковым, на фиг. 2 изображена звезда пазовых векторов ЭДС и взаимное размещение полюсно-фазных зон обмотки только для одного (верхнего или нижнего) слоя полюсно-фазной зоны. Звезда пазовых векторов ЭДС приведена для одной фазы. Чередование полюсно-фазных зон обмотки выглядит A_/-B_ji/-C₃-A₂-6_y-C_v-A_?(-B₂-C_/-A

-С₂ .

Несимметричная петлевая обмотка с 4=7,5 получена несинфазной с разными ЭДС параллельных ветвей. Угол сдвига между результирующими векторами ЭДС параллельных ветвей составил 0°29* , величина небалансной ЭДС в максимально нагруженной ветви 0,86% по отношению к средней ЭДС. Для конкретной конструкции четырехполюсного 20 турбогенератора мощностью 1000 мВт с рабочим током 8900 А в параллельной ветви уравнительный ток в максимально нагруженной ветви при сокращении шага равном 0,8 составляет 4,5% рабочего тока, суммарные потери в контурах небаланса 4,9 кВт, что является приемлемым для обмоток этого типа.

Несимметричная обмотка может быть выполнена с любым числом фгз, кратным 3 (т=3, 6, 9 и т.д.), с любым числом полюсов, кратным 4 (2р=4, 8 и т.д.), а также с любым сокращением шага. Относительные значения небалансных ЭДС параллельных ветвей при этом остаются неизменными, чис,ло перемычек в фазе не зависит от числа фаз. Величина уравнительного тока зависит от сокращения шага обмотки J3, а также от порядка, расположения полюсно-фазных зон в фазе и направлении счета чередования параллельных ветвей в смешанной полюсно-фазной зоне. Задаваясь определенным порядко'м расположения полюснофазных зон обмотки, например по фиг,. 1 и 2, и не нарушая основного признака обмотки, параллельные ветви в смешанной полюсно-фазной зоне можно располагать двояко: по счету справа налево (фиг. 1 и 2) и наоборот. Для второго случая картина расположения ветвей в полюсно-фазных зонах имеет вид:

А, 1-1-Г-1-1-1-1 А_г 1-3-3-2-2-1 -1-3

А₃ з-з-з-з-з-з-з Ач 2-2-2-2-2-2-2-2

Приведенный вариант обмотки (фиг. 1 и 2) является оптимальным, так как величина потерь в. контурах небаланса для него наименьшая. Качественно аналогичная картина наблюдается в случае, если при принятом направлении счета чередования параллельных ветвей в смешанной полюсно-фазной зоне, поменять местами большие полюсно-фазные зоны (или меньшие). Например ^А/ А_г ^А, %

А, Αί ^А3 Ач

1-1-1-1-1-1-1 2-2-2-2-2-2-2-2 з-з-з-з-з-з-з 3-1-1-2-2-3-3--1 з-з-з-з-з-з-з 3-1-1-2-2-3-3-1 1-1-1-1-1-1-1 2-2-2-2-2-2-2-2

Claims (2)

1. (54) НЕСИММЕТРИЧНАЯ ПЕТЛЕВАЯ ОБМОТКА С ЧИСЛОМ ПАЗОВ НА ПОЛОС И ФАЗУ q РАВНЫМ 7,5 Изобретение относитс  к обмоткам электрических машин и может быть использовано в статоре машины переменного тока, например, турбогенератора средней и большой м,01цности. Известны несимметричные петлевые обмотки с числом пазов на полюс и фазу ,5 с трем  параллельными вет в ми на каждые четыре полюсно-фазные зоны. Они примен ютс  в случае выпол нени  машины с пониженным напр жение либо при необходимости снижени  тока в параллельной ветви при заданной по вышенной величине напр жени . Несимметри  таких обмоток заключаетс  в том, что ЭДС параллельных ветвей фазы разн тс  между собой в векторном отношении в общем случае по модулю и по углу. Несимметричные обмотки могут быть охарактеризованы величиной небаланса ЭДС, параллельных ветвей , потерь от уравнительных токов в конструктивном исполнении fl и f2j, Однако известные обмотки с малым значением потерь в контурах небаланса имеют усложненную конструкцию изза повышенного числа перемычек в зоне лобовых частей. Наиболее близка по технической сущности к предлагаемой петлева  обмотка с числом пазов на полюс и фазу q.7.5 с трем  параллельными ветв ми .на каждые четыре полюсно-фазные зоны , попарно разн щиес  между собой на один виток, с расположением в одной из больших полюсно-фазных зон всех трех параллельных ветвей, а в остальных трех полюсно-фазных зонах каждой из трех параллельных вет-вей . Обмотки выполнены с ,5 трехфазными () в четырехполюсном исполнений (), число параллельных ветвей в фазе . Кажда  фаза, таким образом, разбита на четыре полюснофазные зоны, содержащие поочередно семь и восемь витков. Причем две меньшие (семивитковые) пол(осно-фаз 3 ные зоны и одна больша  (восьмивитнова ) включают кажда  одну из трех параллельных ветвей с пор дковыми номерами 1, 2 и 3. Четверта  больша полюсно-фазна  зона содержит всё три параллельные ветв.и. Обмотки выполненыс посто нным шагом намотки. Наилучша  из известных обмоток по величине уравнительного тока име ет следующие чередовани  параллельных ветвей в полюсно-фазных зонах: Ау 1-1-1-1-1-1-1 Ag 1-3-2-1-3-2-1-3 Aj 3 3-3-3-3-3-3 Ац 2-2-2-2-2-2-2-2 Согласно .терминологии, чередование параллельных ветвей в полюснофазной зоне А имеет пор док подр д , т.е. когда параллельные ветви 1, 2 и 3 поочередно следуют друг за другом 37Однако такой способ чередовани  в данном случае не обеспечивает при емлимого варианта обмотки как в час ти потерь от уравнительных токов, так и конструкции- в зоне лобовых частей. Число перемычек межкатушеч ных и межполюсных на фазу составл ет 8 шт, что в известной мере услож н ет конструкцию обмотки. Несимметрична  обмотка получена несинфазной с разными ЭДС параллельных ветвей. Угол сдвига между результирующими векторами ЭДС параллельных -ветвей 1 и 3 составл ет , величина не балансной ЭДС в максимально нагруже ной ветви более 2% по отношению к средней ЭДС. Дл  конкретной конструкции четырехполюсного турбогене ратора мощностью 1000 мВт с рабочим током 8900 А в параллельной ветви и сокращении шага J3 0,8 уравнитель ный ток в максимально нагруженной ветви при применении известной обмотки составл ет значительную величину - 11,5 от рабочего тока параллельной ветви. Все это существен но ухудшает технико-экономические показатели обмотки и ограничивает практическое использование ее в кру ных электрических машинах. Цель .изобретени  - повысить технико-экономические показатели :обмотки путем снижени  числа межка .тушечных и межполюсных перемычек до п ти на фазу и уменьшени  величины небалансных ЭДС и уравнительных токов параллельных ветвей до приемлемых в практике значений. 3 Указанна  цель достигаетс  тем, что в полюс.чо-фазной зоне с трем  параллельными ветв ми параллельные ветви расположены в пор дке 1-3-3-2-2-1-1-3 , где 1, 2 и 3 - пор дковые номера параллельных ветвей. На фиг. 1 изображена схема расположени  трех параллельных ветвей в четырехполюсных зонах обмотки с q равным 7,5; на фиг. 2 - звезда пазовых векторов ЭДС обмотки и взаимное размещение полюсно-фазных зон. в качестве примера рассмотрена несимметрична  петлева  двухслойна  обмотка с ,5 стержневого типа дл  четырехполюсного трехфазного турбогенератора. Число параллельных ветвей . На фиг. 1 показаны четыре, полюсно-фазные зоны Ау, А, А , А i дл . од ной фазы А; две другие выполн ютс  аналогично . Параллельные ветви имеют пор дковые номера 1, 2 и 3- Верхние стержни Ч и нижние 5, образующие витки параллельных ветвей, располагаютс  в полюсно-фазных зонах в следующем пор дке с учетом номеров параллельных ветвей; , А 1-1-1-1-1-1-1 А,у 3-1-1-2-2-3-3-1 А, 3-3-3-3-3-3-3 А 2-2-2-2-2-2-2-2 Полюсно-фазные зоны Ау и А g включают по 7 витков, в другой паре полюсно-фазных зон А и A(j - на, один виток больше, т.е. по восемь витков. В полюсно-фазных зона А , А и f расположена кажда  их трех параллельных ветвей 1, 2 и 3, а полюсно-фазной зоне А - все три параллельные ветви . Пор док чередовани  параллельных ветвей в смешанной полюсно-фазной зоне А :3-1-1-2-2-3-3-1, что требует дл  выполнени  необходимых соединений в зоне лобовых частей обмотки статора наличи  п ти перемычек на фазу, из которых три перемычки типа 6  вл ютс  межполюсными и две перемычки типа 7 межкатушзчными. Индексами 1Н, 2Н и ЗН обозначены начала параллельных ветвей 1, 2 и 3, индексами 1К, 2К и ЗК - соответственно концы, а стрелками, дл  удобства слежени  за соединени ми в пределах параллельной ветви, указаны направлени  рабочего тока параллельных ветвей. Поскольку чередование параллельных ветвей в верхнем и нижнем сло х стержней полюсно-фазной зоны выполнено одинаковым, на фиг. 2 изображе на звезда пазовых векторов ЭДС и вз имное размещение полюсно-фазных зон обмотки только дл  одного (верхнего или нижнего) сло  полюсно-фазной зоны. Звезда пазовых векторов ЭДС приведена дл  одной фазы. Чередование полюсно-фазных зон обмотки выгл дит A -B -CJ-A -B -C -AJJ-BJ-C -A -B -с. Несимметрична  петлева  обмотка получена несинфазной с разными ЭДС параллельных ветвей. Угол сдвига между результирующими векторами ЭДС параллельных ветвей составил f величина небалансной ЭДС в максимально нагруженной ветви 0,8 по отношению к средней ЭДС. Дл  кон кретной конструкции четырехпож сног турбогенератора мощностью 1000 мВт с рабочим током 8900 А в параллельн ветви ура в ни дельный ток в максималь но нагруженной ветви при сокращении шага равном 0,8 составл ет k,S% рз бочего тока, суммарные потери в кон турах небаланса t,9 кВт, что  вл етс  приемлемым дл  обмоток этого типа. . Несимметрична  обмотка может быт выполнена.с любым числом фгз, кратным 3 (, 6, 9 и т.д.), с любым числом полюсов, кратным k (, 8 и т.д.), а также с любым сокращением шага. Относительные значени  небалансных ЭДС параллельных ветвей при этом остаютс  неизменными, чис .ло перемычек в фазе не зависит от числа фаз. Величина уравнительного тока зависит от сокращени  шага обмотки J3, а также от пор дка, расположени  полюсно-фазных зон в фазе и направлении счета чередовани  параллельных ветвей в смешанной полюсно-фазной зоне. Задава сь определенным пор дком расположени  полюснофазных зон обмотки, например по фиг,. 1 и 2, и не наруша  основного признака обмотки, параллельные ветви в смешанной полюсно-фазной зоне можно располагать дво ко: по счету справа налево (фиг. 1 и 2) и наоборот . Дл  второго случа  картина расположени  ветвей в полюсно-фазных зонах имеет вид: А 1-1-1-1-1-1-1 А, 1-3-3-2-2-1-1-3 АЗ 3-3-3-3-3-3-3 АЧ 2-2-2-2-2-2-2-2 Приведенный вариант обмотки (фиг. 1 и 2)  вл етс  оптимальным, так как величина потерь в, контурах небаланса дл  него наименьша . Качественно аналогична  картина наблюдаетс  в случае, если при прин том направлении счета чередовани  параллельных ветвей в смешанной полюсно-фазной зоне, помен ть местами большие погиосно-фазные зоны (или меньшие). Например А 1-1-1-1-1-1-1 Aj 2-2-2-2-2-2-2-2 А, 3-3-3-3-3-3-3 А 3-1-1-2-2-3-3-1 А 3-3-3-3-3-3-3 А 3-1-1-2-2-3-3-1 АЗ 1-1-1-1-1-1-1 AV 2-2-2-2-2-2-2-2 Формула изобретени  Несимметрична  петлева  обмотка с числом пазов на«полюс и фазу q равным с трем  параллельными ветв ми на каждые четыре по/чоснофазные зоны, попарно разн щиес  между собой на один виток, с расположением в одной из больших полюснофазнь (х зон всех трех параллельных ветвей, а в остальных трех полюснофазных зонах - каждой из трех параллельных ветвей, отличающа с  тем, что, с целью повышени  технико-экономических показателей обмотки, 3 по/тосно-фазной зоне с трем  параллельными ветв ми параллельные ветви расположены в пор дке 1-3-3-2-2-1-1-3, где 1, 2 и 3 пор дковые номера параллельных ветвей . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР tf 517110, кл. Н 02 К 3/28, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 728198, кл. Н 02 К 3/28, 1980.
2. 2. Керве Г.К. Обмотки статоров турбогенераторов с трем  параллельыми ветв ми. Сб. Электросила, ., Энерги , 1979, № 32, с. б9-75