CN106300752B - 一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法，包括确定三相电机的定子槽数Z、极数2p；依据定子槽数Z以及极数2p确定线圈的节距；依据定子槽数Z、极数2p以及线圈的节距得到初步匝数比；依据规律以及等槽满率得到等槽限制条件；确定每极每相每组线圈的匝数Q；确定所有满足极相组线圈的匝数Q、初步匝数比以及等槽限制条件的N组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi；分别对N组中的每组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi进行处理得到每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数；对N组中每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数进行判断，选出最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。本发明的基波绕组系数高，提高了绕组利用率，还能削弱绝大部分的谐波。

Description

一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法
技术领域
本发明涉及电机绕组技术领域，特别是涉及一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法。
背景技术
随着科学技术的发展，电机也被应用的越来越广泛。电机的性能受很多因素的影响，这些影响因素中最关键的是电机绕组。现有技术中，电机通常采用双层叠绕组和正弦绕组，其中，双层叠绕组通过牺牲少量基波的绕组系数，利用线圈的短距和分布效应，达到削弱影响较强烈的谐波磁势的目的，但双层叠绕组只能削弱部分谐波，例如5、7次谐波，对于另一部分谐波幅值(比如11、13次谐波)并没有得到有效削弱。正弦绕组使得大部分谐波得到有效的削弱，但是基波绕组系数减小的较多，绕组利用率低。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法，通过该方法得到的等槽满率三相双层叠绕正弦绕组同时具有三相双层叠绕组和同心式正弦绕组的优点，也即等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的基波绕组系数高，提高了绕组利用率；另外，还能对绝大部分的谐波进行有效的削弱。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法，应用于三相电机，包括：
确定所述三相电机的定子槽数Z、极数2p；
依据所述定子槽数Z以及极数2p确定线圈的节距，其中，所述节距的取值范围为其中，τ为极距，为正整数，
依据所述定子槽数Z、极数2p以及线圈的节距得到槽电流沿圆周正弦分布的规律，并依据所述规律对每极每相槽中的各线圈匝数W1、W2、W3直至Wi进行初步分配，得到线圈匝数W1、W2、W3以及Wi的初步匝数比，其中，
依据所述规律以及等槽满率得到等槽限制条件W1+W3+...+Wi-1＝W2+W4+...+Wi；
确定每极每相槽线圈的匝数Q，其中，Q＝W1+W2+…+Wi；
确定所有满足所述极相组线圈的匝数Q、所述初步匝数比以及所述等槽限制条件的N组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi，N为正整数；
分别对N组中的每组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi进行处理得到每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数；
对N组中每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数进行判断，选出最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
优选地，所述对每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数进行判断，选出最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi的过程为：
确定所述综合谐波强度位于预设谐波范围内的M组谐波畸变率，M不大于N且M为正整数；
选出所述M组中基波绕组系数最大的组，则该组对应的线圈匝数即为最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
优选地，所述综合谐波强度为：
其中，k＝0,±1,±2,±3…；
其中，Kv为谐波磁势Fv对基波磁势F1的比值，v为谐波次数，Kwv为v次谐波的绕组系数；
Kwv＝Kyv×Kqv，其中，Kyv为定子绕组v次谐波的短距系数，Kqv为v次谐波的分布系数。
优选地，定子槽数Z＝48、极数2p＝4，则所述线圈的节距为10，则每极每相槽的各线圈匝数W1、W2、W3以及W4；则依据所述规律对极相组的各线圈匝数W1、W2、W3以及W4进行初步分配，得到线圈匝数W1、W2、W3以及W4的初步匝数比的过程具体为：
当A相电流达到最大值时，依据所述规律得到匹配关系式：
则得到W1、W2、W3以及W4的初步匝数比：
W1:W2:W3:W4＝19.4:30.8:29.1:20.7。
优选地，确定所有满足所述极相组线圈的匝数Q为68，则所有满足所述极相组线圈的匝数Q、所述初步匝数比以及所述等槽限制条件的N组线圈匝数W1、W2、W3以及W4为：
W1＝14，W2＝21，W3＝20，W4＝13；
W1＝13，W2＝21，W3＝21，W4＝13；
W1＝14，W2＝20，W3＝20，W4＝14。
本发明提供了一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法，该方法在双层叠绕组的基础上，按照正弦绕组设计的理论，对双层叠绕组的匝数进行重新分配。等槽满率三相双层叠绕正弦绕组是在双层叠绕组的基础上衍变而来，在等槽满率的前提下，通过调整极相组线圈的匝数来削弱谐波磁势。因此，通过该方法得到的等槽满率三相双层叠绕正弦绕组同时具有三相双层叠绕组和同心式正弦绕组的优点，也即等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的基波绕组系数高，提高了绕组利用率；另外，还能对绝大部分的谐波进行有效的削弱。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法的过程的流程图；
图2为本发明提供的一种等槽满率三相双层叠绕正弦绕组A相的结构示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法，通过该方法得到的等槽满率三相双层叠绕正弦绕组同时具有三相双层叠绕组和同心式正弦绕组的优点，也即等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的基波绕组系数高，提高了绕组利用率；另外，还能对绝大部分的谐波进行有效的削弱。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明提供的一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法的过程的流程图，应用于三相电机，该方法包括：
步骤S101：确定三相电机的定子槽数Z、极数2p；
步骤S102：依据定子槽数Z以及极数2p确定线圈的节距，其中，节距的取值范围为其中，τ为极距，为正整数，
可以理解的是，双层叠绕正弦绕组中，根据交流绕组理论，如果要消除v次谐波，线圈节距(用槽数表示)应取：
电动机的绕组磁势中，通常5次和7次谐波幅值较大，所以三相双层叠绕正弦绕组的线圈节距一般为(4/5～6/7)×τ。
步骤S103：依据定子槽数Z、极数2p以及线圈的节距得到槽电流沿圆周正弦分布的规律，并依据规律对每极每相槽中的各线圈匝数W1、W2、W3直至Wi进行初步分配，得到线圈匝数W1、W2、W3以及Wi的初步匝数比，其中，
可以理解的是，W1、W2、W3直至Wi表示每极每相槽中线圈的匝数，每极每相槽＝Z/3/2p＝Z/6p。
步骤S104：依据规律以及等槽满率得到等槽限制条件W1+W3+...+Wi-1＝W2+W4+...+Wi；
步骤S105：确定每极每相槽线圈的匝数Q，其中，Q＝W1+W2+…+Wi；
可以理解的是，这里的Q按照双层叠绕组来计算，其与电机的线负荷，定子电流，电子内径相关。
步骤S106：确定所有满足极相组线圈的匝数Q、初步匝数比以及等槽限制条件的N组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi，N为正整数；
由于线圈的匝数为整数，因此，可以得到N组满足极相组线圈的匝数Q、初步匝数比以及等槽限制条件的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
步骤S107：分别对N组中的每组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi进行处理得到每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数；
作为优选地，综合谐波强度为：
其中，k＝0,±1,±2,±3…；
其中，Kv为谐波磁势Fv对基波磁势F1的比值，v为谐波次数，Kwv为v次谐波的绕组系数；
Kwv＝Kyv×Kqv，其中，Kyv为定子绕组v次谐波的短距系数，Kqv为v次谐波的分布系数。步骤S108：对N组中每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数进行判断，选出最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
作为优选地，对每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数进行判断，选出最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi的过程为：
确定综合谐波强度位于预设谐波范围内的M组谐波畸变率，M不大于N且M为正整数；
选出M组中基波绕组系数最大的组，则该组对应的线圈匝数即为最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
可以理解的是，本申请在得到综合谐波强度和基波绕组系数后，首先判断各组的综合谐波强度是否相差很大(也即是否在预设谐波范围内)，如果不是相差很大，则再选出基波绕组系数最高的组作为最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
作为优选地，定子槽数Z＝48、极数2p＝4，则线圈的节距为10，则每极每相槽的各线圈匝数W1、W2、W3以及W4；则依据规律对极相组的各线圈匝数W1、W2、W3以及W4进行初步分配，得到线圈匝数W1、W2、W3以及W4的初步匝数比的过程具体为：
当A相电流达到最大值时，依据规律得到匹配关系式：
则得到W1、W2、W3以及W4的初步匝数比：
W1:W2:W3:W4＝19.4:30.8:29.1:20.7。
可以理解的是，因为Z＝48、2p＝4，则则节距的取值范围为则这里节距取10。
这里设三相绕组电流瞬时值为ia、ib和ic。按照第一步确定的线圈节距，Z＝48，2p＝4，y＝10双叠正弦绕组τ/2内绕组和槽电流分布见表1。
表1 Z＝48,2p＝4双叠正弦绕组τ/2内绕组和槽电流分布表
这里设通入三相绕组电流为标准的三相正弦电流，当A相电流达到最大值时，按照槽电流沿圆周正弦分布的规律，有：
则不难得到W1、W2、W3以及W4的初步匝数比：
W1:W2:W3:W4＝19.4:30.8:29.1:20.7。
作为优选地，确定所有满足极相组线圈的匝数Q为68，则所有满足极相组线圈的匝数Q、初步匝数比以及等槽限制条件的N组线圈匝数W1、W2、W3以及W4为：
W1＝14，W2＝21，W3＝20，W4＝13；
W1＝13，W2＝21，W3＝21，W4＝13；
W1＝14，W2＝20，W3＝20，W4＝14。
在按照双层叠绕组计算得到Q之后，由于线圈的匝数为整数，则最接近匹配关系式的整数结果为：W1＝13，W2＝21，W3＝20，W4＝14。另外，由于设计的绕组要求定子槽具有相同的槽满率，则根据表1和等槽满率原则有：
W1+W3＝W2+W4；
则可得到3组满足极相组线圈的匝数Q、初步匝数比以及等槽限制条件的线圈匝数W1、W2、W3以及W4为：
W1＝14，W2＝21，W3＝20，W4＝13；
W1＝13，W2＝21，W3＝21，W4＝13；
W1＝14，W2＝20，W3＝20，W4＝14。
为选出最优的线圈匝数W1、W2、W3以及W4，则需要对每组进行谐波分析，分析结果见表2：
表2 W1-W4不同组合方案的谐波分析结果
由表2可以看出，三组方案的综合谐波强度Efk很接近。最终方案选取基波绕组系数最高的方案W1＝13，W2＝21，W3＝21，W4＝13。
具体地，请参照图2，图2为本发明提供的一种等槽满率三相双层叠绕正弦绕组A相的结构示意图。
本发明提供了一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法，该方法在双层叠绕组的基础上，按照正弦绕组设计的理论，对双层叠绕组的匝数进行重新分配。等槽满率三相双层叠绕正弦绕组是在双层叠绕组的基础上衍变而来，在等槽满率的前提下，通过调整极相组线圈的匝数来削弱谐波磁势。因此，通过该方法得到的等槽满率三相双层叠绕正弦绕组同时具有三相双层叠绕组和同心式正弦绕组的优点，也即等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的基波绕组系数高，提高了绕组利用率；另外，还能对绝大部分的谐波进行有效的削弱。
需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种确定等槽满率三相双层叠绕正弦绕组的方法，应用于三相电机，其特征在于，包括：
确定所述三相电机的定子槽数Z、极数2p；
依据所述定子槽数Z以及极数2p确定线圈的节距，其中，所述节距的取值范围为其中，τ为极距，为正整数，
依据所述定子槽数Z、极数2p以及线圈的节距得到槽电流沿圆周正弦分布的规律，并依据所述规律对每极每相每组中的各线圈匝数W1、W2、W3直至Wi进行初步分配，得到线圈匝数W1、W2、W3以及Wi的初步匝数比，其中，
依据所述规律以及等槽满率得到等槽限制条件
W1+W3+...+Wi-1＝W2+W4+...+Wi；
确定每极每相每组线圈的匝数Q，其中，Q＝W1+W2+…+Wi；
确定所有满足所述极相组线圈的匝数Q、所述初步匝数比以及所述等槽限制条件的N组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi，N为正整数；
分别对N组中的每组线圈匝数W1、W2、W3直至Wi进行处理得到每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数；
对N组中每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数进行判断，选出最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对每组对应的综合谐波强度和基波绕组系数进行判断，选出最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi的过程为：
确定所述综合谐波强度位于预设谐波范围内的M组谐波畸变率，M不大于N且M为正整数；
选出所述M组中基波绕组系数最大的组，则该组对应的线圈匝数即为最优的线圈匝数W1、W2、W3直至Wi。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合谐波强度为：
其中，k＝0,±1,±2,±3…；
其中，Kv为谐波磁势Fv对基波磁势F1的比值，v为谐波次数，Kwv为v次谐波的绕组系数；
Kwv＝Kyv×Kqv，其中，Kyv为定子绕组v次谐波的短距系数，Kqv为v次谐波的分布系数。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，定子槽数Z＝48、极数2p＝4，则所述线圈的节距为10，则每极每相每组的各线圈匝数W1、W2、W3以及W4；则依据所述规律对极相组的各线圈匝数W1、W2、W3以及W4进行初步分配，得到线圈匝数W1、W2、W3以及W4的初步匝数比的过程具体为：
当A相电流达到最大值时，依据所述规律得到匹配关系式：
则得到W1、W2、W3以及W4的初步匝数比：
W1:W2:W3:W4＝19.4:30.8:29.1:20.7。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所有满足所述极相组线圈的匝数Q为68，则所有满足所述极相组线圈的匝数Q、所述初步匝数比以及所述等槽限制条件的N组线圈匝数W1、W2、W3以及W4为：
W1＝14，W2＝21，W3＝20，W4＝13；
W1＝13，W2＝21，W3＝21，W4＝13；
W1＝14，W2＝20，W3＝20，W4＝14。
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