Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока и может применяться также в совмещенных электрических машинах с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе. The invention relates to the windings of AC electric machines and can also be used in combined electric machines with two opposite-pole fields in the magnetic circuit.
Известны трехфазные электромашинные обмотки с дробным числом пазов на полюс и фазу q, выполняемые двухслойными из равношаговых или концентрических катушек [1] Недостатки таких обмоток повышенное дифференциальное рассеяние, увеличивающее их индуктивное сопротивление рассеяния, что особенно неблагоприятно при их применении в совмещенных электрических машинах [2]
Наиболее близкой по конструкции к предлагаемой является электромашинная обмотка, выполненная трехфазной с полюсностью р в z 27 пазах из концентрических катушек [3]
Цель изобретения улучшение электромагнитных параметров обмотки трехфазной дробной с q 2,25 путем снижения дифференциального рассеяния, а также уменьшение расхода меди.Known three-phase electromachine windings with a fractional number of grooves per pole and phase q, performed by two-layer of equal-step or concentric coils [1] The disadvantages of such windings are increased differential scattering, which increases their inductive scattering resistance, which is especially unfavorable when used in combined electric machines [2]
Closest in design to the proposed one is an electromachine winding made of a three-phase with a pole of p in z 27 grooves from concentric coils [3]
The purpose of the invention is the improvement of the electromagnetic parameters of a three-phase fractional winding with q 2.25 by reducing differential scattering, as well as reducing the consumption of copper.
Достигается это тем, что для трехфазной дробной якорной обмотки с полюсностью р и числом пазов на полюс и фазу q2,25, выполненной двухслойной из концентрических катушек в z пазах из 6р катушечных групп с номерами в фазах первой, второй, третьей соответственно 1'+3k, 5'+3k, 9'+3k, соединенных в фазах последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных, а катушки группируются в катушечных группах по ряду 2 2 2 3, повторяемому 3p/2 раза, группы с номерами 4'+4k содержат три катушки с шагами по пазам yп'=7, 5, 3, а остальные группы две катушки с yп 6, 4: числа витков катушек первой группировки катушечных групп равны (1+x)wk и (1-x)wk для групп 1', 2', 3', (1-x)wk, (1+x)wk, (1-x)wk для группы 4', а каждая последующая группировка повторяется с интервалом в четыре группы относительно предыдущей группировки, где р ≥2 четное число; z 13,5 ˙р; k 0, 1, 2,(2р-1); 2wk число витков в каждом пазу, а значение х выбирается в пределах 0,45≅x≅0,55.This is achieved by the fact that for a three-phase fractional anchor winding with a pole of p and the number of grooves per pole and phase q2.25, made of two-layer concentric coils in z grooves of 6p coil groups with numbers in the phases of the first, second, third, respectively, 1 '+ 3k 5 '+ 3k, 9' + 3k, connected in phases in series when the even groups are switched on relatively odd, and the coils are grouped in coil groups in a row 2 2 2 3 repeated 3p / 2 times, groups with numbers 4 '+ 4k contain three coils with groove steps y n '= 7, 5, 3, and the remaining groups two coils with y p 6, 4: the number of turns of coils of the first grouping of coil groups are (1 + x) w k and (1-x) w k for groups 1 ', 2', 3 ', (1-x) w k , (1 + x) w k , (1-x) w k for group 4 ', and each subsequent grouping is repeated at intervals of four groups relative to the previous grouping, where p ≥2 is an even number; z 13.5 ˙р; k 0, 1, 2, (2p-1); 2w k the number of turns in each groove, and the value of x is chosen in the range of 0.45≅x≅0.55.
На фиг. 1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при р 2 и z 27; на фиг. 2 и 3 чередования фазных зон по пазам обмоток известной (фиг. 2) и предлагаемой (фиг. 3); на фиг. 4 многоугольники МДС обмоток известной (внутренний) и предлагаемой (наружный); на фиг. 5 диаграмма сдвига осей катушечных групп. In FIG. 1 shows a detailed diagram of the proposed winding at p 2 and z 27; in FIG. 2 and 3 alternating phase zones along the grooves of the windings known (Fig. 2) and proposed (Fig. 3); in FIG. 4 polygons of the MDS windings known (internal) and proposed (external); in FIG. 5 diagram of the shift of the axes of the coil groups.
Обмотка (фиг. 1) выполнена двухслойной, трехфазной с полюсностью р 2 в z 27 пазах (q z/6p 2,25) из 6p 12 катушечных групп с номерами в фазах I, II, III соответственно 1'+3k=1', 4', 7', 10'; 5'+3k=5', 8', 11', 2'; 9'+3k=9', 12', 3', 6', где k 0, 1, 2,(2р-1)=3. Группы в фазах соединены последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных; зажимы начал фаз (из начал групп 1', 5', 9') обозначены как С1, С2, С3, а концы фаз (из начал групп 10', 2', 6') С4, С5, С6. Катушки группируются в катушечных группах по ряду 2 2 2 3, повторяемому 3p/2=3 раза, группы с номерами 4'+4k=4', 9', 12' содержат три концентрические катушки с шагами по пазам yп' 7, 5, 3, а остальные группы две катушки с yп 6, 4. В первой группировке катушечных групп (группы с номерами 1', 2', 3', 4') числа витков катушек равны: (1+x)wk и (1-x)wk для групп 1', 2', 3'; (1-x)wk, (1+x)wk, (1-x)wk для группы 4', а каждая последующая группировка повторяется с интервалом в четыре группы относительно предыдущей группировки, где 2wk число витков в каждом пазу (за исключением пазов с номерами 6, 15, 24, заполненных наполовину и зачерненных на фиг. 3), а значение х выбирается в пределах 0,45 ≅x≅0,55. На фиг. 2 и 3 фазные зоны обозначены как А-Х, B-Y, C-Z, где зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам групп, а зоны Х, Y, Z их конечным сторонам. На диаграмме фиг. 5 угол α= 15o/q. Коэффициенты укорочения катушек при полюсном делении τ= z/2p= 3˙q= 6,75 равны: sin( π˙6/2τ) 0,9848; sin( π˙4/2 τ) 0,8021; sin( π˙7/2 τ)=0,9983; sin( π˙5/2 τ)=0,9182; sin(π˙3/2 τ)=0,6428 и тогда с учетом фиг. 5 получаем: для предлагаемой обмотки (фиг. 3) при х 0,5 ЭДС фазы Еф [(0,9848 ˙1,5+ +0,8021˙0,5)(1+2cos α)+0,9983 ˙0,5+ +0,9182˙1,5+0,6428˙ 0,5] ˙wk 7,8073wk, обмоточный коэффициент Коб Еф/wф7,8073/8,5 0,9185, где wф
8,5wk (в каждой фазе 0,5 паза свободно от обмотки), средний шаг катушек по пазам Yп.ср.[(6 ˙1,5+4˙0,5)3+7˙0,5+5˙1,5+3˙0,5]/8,5=45,5/8,5=5,35; для известной обмотки (фиг. 2) Коб 0,9410 при yп 6. Дифференциальное рассеяние обмотки σд [(Rд/R)2 -1]100, характеризующее качество обмотки по уровню содержания высших и низших гармонических в кривой ее МДС, определяется по многоугольнику МДС (фиг. 4), построенному по вспомогательной треугольной сетке; векторы токов фазных зон показаны в центре фиг. 4; R R квадрат среднего радиуса пазовых точек многоугольника, а R2 (z ˙ Kоб/р π)2 квадрат радиуса окружности для основной гармонической МДС. По наружному многоугольнику фиг. 4 (сторона сетки принята за 0,5 единиц длины) для предлагаемой обмотки определяются: Rд 2 1536/(4 ˙27); R2 (25,5 ˙0,9185/2 π)2 13,89565, где z' 25,5 число полностью заполненных обмоткой пазов (фиг. 3); σд 2,350% по внутреннему многоугольнику фиг. 4 (сторона сетки принята за единицу длины) для известной обмотки (фиг. 2) определяются: Rд 2 456/27; R2 (27˙0,9410/2 π)2 16,35110 и σд=3,289% Таким образом, предлагаемая обмотка по сравнению с известной имеет меньший средний шаг катушек по пазам (yп.ср/yп 6/5,353 1,121), т.е. меньший расход меди, несколько меньший обмоточный коэффициент (в 0,9410/0,9185 1,024 раза) и значительно меньшее дифференциальное рассеяние σд (в 3,289/2,35 1,4 раза). Ее применение позволяет снизить амплитуды высших гармонических МДС обмотки, уменьшая тем самым добавочные потери в стали машины и ее магнитный шум, повышая КПД.The winding (Fig. 1) is made of two-layer, three-phase with a pole of p 2 in z 27 grooves (qz / 6p 2.25) of 6p 12 coil groups with numbers in phases I, II, III respectively 1 '+ 3k = 1', 4 ', 7', 10 '; 5 '+ 3k = 5', 8 ', 11', 2 '; 9 '+ 3k = 9', 12 ', 3', 6 ', where k 0, 1, 2, (2p-1) = 3. Groups in phases are connected in series with the opposite inclusion of even groups with respect to odd ones; the clamps of the beginnings of phases (from the beginnings of groups 1 ', 5', 9 ') are designated as C1, C2, C3, and the ends of the phases (from the beginnings of groups 10', 2 ', 6') are C4, C5, C6. Coils are grouped in coil groups in a row 2 2 2 3 repeated 3p / 2 = 3 times, groups with numbers 4 '+ 4k = 4', 9 ', 12' contain three concentric coils with groove steps y p '7, 5 , 3, and the remaining groups are two coils with y p 6, 4. In the first group of coil groups (groups with numbers 1 ', 2', 3 ', 4'), the number of turns of the coils are: (1 + x) w k and ( 1-x) w k for groups 1 ', 2', 3 '; (1-x) w k , (1 + x) w k , (1-x) w k for group 4 ', and each subsequent grouping is repeated at intervals of four groups relative to the previous grouping, where 2w k is the number of turns in each groove (except for the grooves with numbers 6, 15, 24, half-filled and blackened in Fig. 3), and the value of x is chosen within 0.45 5 x ≅ 0.55. In FIG. 2 and 3 phase zones are designated as AX, BY, CZ, where zones A, B, C correspond to the initial sides of the groups, and zones X, Y, Z to their final sides. In the diagram of FIG. 5 angle α = 15 o / q. Coefficient of shortening of the coils during the pole division τ = z / 2p = 3˙q = 6.75 are equal to: sin (π˙6 / 2τ) 0.9848; sin (π˙4 / 2 τ) 0.8021; sin (π˙7 / 2 τ) = 0.9983; sin (π˙5 / 2 τ) = 0.9182; sin (π˙3 / 2 τ) = 0.6428 and then, taking into account FIG. 5 we get: for the proposed winding (Fig. 3) at x 0.5 EMF of the phase E f [(0.9848 ˙1.5 + + 0.8021˙0.5) (1 + 2cos α) +0.9983 ˙ 0.5+ + 0.9182˙1.5 + 0.6428˙ 0.5] ˙w k 7.8073w k , winding coefficient K about E f / w f 7.8073 / 8.5 0.9185, where w f
8.5w k (in each phase, 0.5 groove free from the winding), the average step of the coils along the grooves Y p.s. [(6 ˙1.5 + 4˙0.5) 3 + 7˙0.5 + 5˙1.5 + 3˙0.5] / 8.5 = 45.5 / 8.5 = 5.35 ; for a known winding (Fig. 2) K about 0.9410 at y p 6. Differential scattering of the winding σ d [(R d / R) 2 -1] 100, characterizing the quality of the winding in terms of the content of higher and lower harmonics in its MDS curve , is determined by the polygon MDS (Fig. 4), built on an auxiliary triangular grid; phase zone current vectors are shown in the center of FIG. 4; R R the square of the average radius of the groove points of the polygon, and R 2 (z ˙ K rev / p π) 2 is the square of the radius of the circle for the main harmonic MDS. According to the outer polygon of FIG. 4 (the side of the grid is taken as 0.5 units of length) for the proposed winding are determined: R d 2 1536 / (4 ˙27); R 2 (25.5 ˙ 0.9185 / 2 π) 2 13.89565, where z '25.5 is the number of grooves completely filled by the winding (Fig. 3); σ d 2,350% along the inner polygon of FIG. 4 (the side of the grid is taken as a unit of length) for a known winding (Fig. 2) are determined: R d 2 456/27; R 2 (27˙0.9410 / 2 π) 2 16.35110 and σ d = 3.289% Thus, the proposed winding, in comparison with the known one, has a smaller average pitch of the coils in the grooves (y c.p / y p 6 / 5,353 1,121 ), i.e. lower copper consumption, slightly lower winding coefficient (0.9410 / 0.9185 1.024 times) and significantly lower differential scattering σ d (3.289 / 2.35 1.4 times). Its application allows to reduce the amplitudes of higher harmonic MDS windings, thereby reducing the additional losses in the steel of the machine and its magnetic noise, increasing efficiency.
