RU2051453C1

RU2051453C1 - Fractional-pitch three-phase stator winding

Info

Publication number: RU2051453C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Попов; Л.Н. Макаров
Original assignee: Волжский инженерно-педагогический институт
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1995-12-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: coil pitch and number of turns equal y_s=4.4 and (1+x)·W_c, (1-x)·W_c for odd-numbered coil groups; y_s 3 and W_c for even-numbered coil groups, where p=1,2,3. Z 9p; k 0,1,2.(2p-1); 2·W_c is turn number per slot; value of x is chosen from 0,65≅x≅ 0,70 range. EFFECT: improved design. 5 dwg

Description

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, выполняемые с дробным числом пазов на полюс и фазу двухслойными и одно- и двухслойными из равношаговых или концентрических катушек. Known three-phase electromachine windings, performed with a fractional number of grooves per pole and phase, two-layer and one-and two-layer of equal-step or concentric coils.

Недостатком известных дробных обмоток является повышенное дифференциальное рассеяние, ухудшающее электромагнитные параметры обмотки, что особенно проявляется в совмещенных электрических машинах с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе. A disadvantage of the known fractional windings is the increased differential scattering, which worsens the electromagnetic parameters of the winding, which is especially manifested in combined electric machines with two opposite-pole fields in the magnetic circuit.

Наиболее близкой по конструкции к предлагаемой является трехфазная электромашинная обмотка, выполненная двухслойной из К=6р катушечных групп с концентрическими разновитковыми катушками по подобию синусных обмоток. The closest in design to the proposed one is a three-phase electromachine winding, made of a two-layer of K = 6r coil groups with concentric multi-coil coils similar to sinus windings.

Цель изобретения улучшение электромагнитных параметров трехфазной дробной обмотки путем снижения ее дифференциального рассеяния. The purpose of the invention is the improvement of the electromagnetic parameters of a three-phase fractional winding by reducing its differential scattering.

Цель достигается тем, что для трехфазной дробной статорной обмотки с полюсностью р и числом пазов на полюс и фазу q=1,5, выполненной двухслойной в Z пазах из К=6р катушечных групп с номерами в фазах первой, второй, третьей соответственно 1+3k, 3+3k, 5+3k, соединенных в фазах последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных; причем каждая нечетная группа содержит две катушки, а каждая четная группа одну катушку: шаги катушек по пазам и их числа витков равны y_п=4, 2 и (1+х)w_k, (1-х)w_k для нечетных групп, y_п'=3 и w_k для четных групп, где р=1,2,3, z=9р; k=0,1,2,(2р-1); 2w_k число витков в каждом пазу, а значение их выбирается в пределах 0,65≅х≅0,70.The goal is achieved in that for a three-phase fractional stator winding with a pole of p and the number of grooves per pole and a phase q = 1.5, made two-layer in Z grooves from K = 6p coil groups with numbers in the phases of the first, second, third, respectively, 1 + 3k , 3 + 3k, 5 + 3k, connected in phases in series with the opposite inclusion of even groups with respect to odd; and each odd group contains two coils, and each even group has one coil: the steps of the coils along the grooves and their number of turns are equal to y _n = 4, 2 and (1 + x) w _k , (1-x) w _k for odd groups, y _p '= 3 and w _k for even groups, where p = 1,2,3, z = 9p; k = 0.1.2, (2p-1); 2w _{k the} number of turns in each groove, and their value is selected in the range of 0.65≅x≅0.70.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой обмотки при р=5 и z=9р=45; на фиг. 2 и 3 чередования фазных зон по пазам и многоугольник МДС предлагаемой обмотки; на фиг. 4 и 5 чередования фазных зон по пазам и многоугольник МДС известной двухслойной обмотки при q=1,5 и y_п=4.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed winding at p = 5 and z = 9p = 45; in FIG. 2 and 3 alternation of phase zones along the grooves and the polygon MDS of the proposed winding; in FIG. 4 and 5 of the alternation of phase zones along the grooves and the polygon MDS of the known two-layer winding at q = 1.5 and y _p = 4.

Обмотка (фиг.1) выполнена двухслойной с полюсностью р=5 в z=9р=45 пазах из К= 6р= 30 катушечных групп (с номерами от 1 до 30 ) и каждая нечетная группа содержит две катушки с шагами по пазам y_п=4,2 и числами витков (1+х)w_k, (1-х)w_k, а в каждой четной группе одну катушку с y _п=3 и w_k витками, где 2w_k число витков в каждом пазу, а значение х определяется из условия снижения дифференциального рассеяния и выбирается в пределах 0,65≅х≅0,70. На фиг. 1 фазы соединены звездой и начала фаз обозначены как С1, С2, С3, а фазы содержат группы с номерами 1+3k для фазы С1, 3+3k для фазы С2, 5+3k для фазы С3, где k= 0,1,2,(2р-1). Группы каждой фазы соединены последовательно при встречном включении четных групп относительно нечетных.The winding (Fig. 1) is made two-layer with a pole of p = 5 in z = 9p = 45 grooves from K = 6p = 30 coil groups (with numbers from 1 to 30) and each odd group contains two coils with steps in grooves y _p = 4.2 and the number of turns (1 + x) w _k , (1-x) w _k , and in each even group there is one coil with y _p = 3 and w _k turns, where 2w _{k is the} number of turns in each groove, and the value x is determined from the condition for reducing the differential scattering and is selected in the range of 0.65≅x≅0.70. In FIG. 1 phases are connected by a star and the beginning of phases is designated as C1, C2, C3, and the phases contain groups with numbers 1 + 3k for phase C1, 3 + 3k for phase C2, 5 + 3k for phase C3, where k = 0,1,2 , (2p-1). The groups of each phase are connected in series with the opposite inclusion of even groups with respect to odd ones.

На фиг.2 и 4 зоны А,В,С соответствуют начальным сторонам катушечных групп в пазах, а зоны х,y,z их конечным сторонам. Чередования фазных зон показаны для одной повторяющейся части обмотки (р1 и z9). Многоугольники МДС (фиг. 3 и 5) построены по вспомогательной треугольной сетке со стороной равной единице длины и по ним определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий процентное содержание высших (и низших) гармонических в кривой МДС обмотки. При полюсном делении τ=z/2р= 45/10=4,5 коэффициенты укорочения катушек равны sin(π˙4/9)= 0,9848; sin(π˙2/9)=0,6428; sin(π˙3/9)= 0,8660. Тогда для предлагаемой обмотки, например, при х= 0,65, получаем К_об= (0,9848˙1,65+ 0,6428˙0,35+0,8660)/3=0,9053 обмоточный коэффициент; y_п.ср= (4˙1,65+2˙0,35+3)/3=3,43 средний шаг катушек по пазам. Для известной двухслойной обмотки (фиг.4) y_п=4 и К_об=0,9452.In figures 2 and 4, zones A, B, C correspond to the initial sides of the coil groups in the grooves, and zones x, y, z to their end sides. Alternations of phase zones are shown for one repeating part of the winding (p1 and z9). The MDS polygons (Figs. 3 and 5) are constructed on an auxiliary triangular grid with a side equal to a unit length and the differential scattering coefficient σ _d is determined from them, which characterizes the percentage of higher (and lower) harmonics in the MDS winding curve. With pole division, τ = z / 2p = 45/10 = 4.5, the shortening coefficients of the coils are sin (π˙4 / 9) = 0.9848; sin (π˙2 / 9) = 0.6428; sin (π˙3 / 9) = 0.8660. Then, for the proposed winding, for example, at x = 0.65, we obtain K _rev = (0.9848˙1.65 + 0.6428˙0.35 + 0.8660) / 3 = 0.9053 winding coefficient; y _p.av. = = (4˙1.65 + 2˙0.35 + 3) / 3 = 3.43 the average pitch of the coils in the grooves. For the known two-layer winding (Fig. 4), y _p = 4 and K _rev = 0.9452.

По фиг. 5 для известной обмотки определяются: квадраты радиусов пазовых точек R₁ ²=2²=4 для точки 1; R₂ ²=2²+1²+2=7 для точек 2 и 3; квадрат среднего радиуса R_g ²= (4+7˙2)/3=18/3; квадрат радиуса окружности для основной гармонической МДС R² (z˙К_об/р π )²= (45˙0,9452/5 π)²=7,332173; коэффициент дифференциального рассеяния σ_д[(R_g/R)²- 1] ˙100=4,562%
Подобным образом для предлагаемой обмотки (при х=0,65) по фиг.3 определяются R_g ²=7,0075; R²=( 45˙0,9053/5 π)²= 6,726209 и σ_д=4,182%
Таким образом, предлагаемая обмотка имеет по сравнению с известной двухслойной обмоткой меньшее дифференциальное рассеяние (в 4,562/4,182=1,091 раза), а также меньший средний шаг катушек по пазам (в 4/3,43=1,165 раза), но несколько меньший обмоточный коэффициент (в 0,9452/0,9053=1,044), т.е. в целом имеет несколько меньший расход меди. Применение предлагаемой обмотки позволяет снизить амплитуды высших гармонических МДС (примерно на 10%), уменьшая тем самым добавочные потери в стали и увеличивая КПД машины. Применение такой обмотки в совмещенной электрической машине (например, при числах пар полюсов совмещенных полей р1 и р=5 в асинхронном одномашинном преобразователе частоты 50/300 Гц, или 50/60 Гц, или 60/50 Гц) позволяет снизить индуктивные сопротивления рассеяния, повысить коэффициент мощности и КПД.In FIG. 5 for a known winding are determined: squares of the radii of the groove points R ₁ ² = 2 ² = 4 for point 1; R ₂ ² = 2 ² +1 ² + 2 = 7 for points 2 and 3; the square of the average radius R _g ² = (4 + 7˙2) / 3 = 18/3; the square of the radius of the circle for the main harmonic MDS R ² (z˙К _rev / p π) ² = (45˙0.9452 / 5 π) ² = 7.332173; differential scattering coefficient σ _d [(R _g / R) ² - 1] ˙100 = 4.562%
Similarly, for the proposed winding (at x = 0.65) of FIG. 3, R _g ² = 7.0075 are determined; R ² = (45˙0.9053 / 5 π) ² = 6.726209 and σ _d = 4.182%
Thus, the proposed winding has a lower differential scattering (4.562 / 4.182 = 1.091 times), as well as a smaller average pitch of the coils in the grooves (4 / 3.43 = 1.165 times), but a slightly smaller winding coefficient compared to the known two-layer winding (at 0.9452 / 0.9053 = 1.044), i.e. generally has a slightly lower copper consumption. The application of the proposed winding can reduce the amplitudes of the higher harmonic MDS (by about 10%), thereby reducing the additional losses in steel and increasing the efficiency of the machine. The use of such a winding in a combined electric machine (for example, with the number of pairs of poles of combined fields p1 and p = 5 in an asynchronous single-machine frequency converter 50/300 Hz, or 50/60 Hz, or 60/50 Hz) can reduce the inductive dissipation, increase power factor and efficiency.

Claims

Three-phase fractional stator winding with pole p and the number of grooves per pole and phase q 1.5, made two-layer in Z grooves and K 6p coil groups with numbers in the phases of the first, second and third groups, respectively 1 + 3K, 3 + 3K, 5 + 3K connected in phases in series when the even odd groups are switched on relatively odd, each odd group contains two coils, and each even group has one coil, characterized in that the steps of the coils in the grooves and their number of turns are equal to Y _p 4.2 and (1 + X) · W _k (1 X) · W _k for odd-numbered groups, Y 3, _n and W _k for even-numbered groups, rD e p 1, 2, 3, Z 9p; K 0, 1, 2, (2p 1), 2 · W _{to the} number of turns in each groove, and the value of X is selected from the range of 0.65 ≅ X ≅ 0.70.