RU2058651C1

RU2058651C1 - Three-phase fractional-pitch armature winding

Info

Publication number: RU2058651C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Попов
Original assignee: Волжский инженерно-педагогический институт
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1992-05-18
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: electrical machines. SUBSTANCE: coil groups of three-phase fractional-pitch armature winding with q=1.25 number 4′+4k+4c, have two concentric coils with slot pitch

=4 and 2; remaining groups have one coil with y_p = 3,; turn number in coils of first assembly of coil groups is 1′ and 3′, for groups (1+x)•W_k, 2′, for group W_k, and (1-x)•W_k for external and internal coils of group 4′,; each next assembly is repeated at interval of four groups relative to preceding assembly, where ≥ is even number; Z= 7.5.p; c = 0,1,2,...,(2p-1); 2W_k is turn number per slot; value of x is chosen within 0,45 ≅ x ≅ 0,55.. EFFECT: enlarged functional capabilities.

Description

Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока и может применяться в совмещенных электрических машинах с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе. The invention relates to the windings of electrical AC machines and can be used in combined electrical machines with two opposite-pole fields in the magnetic circuit.

Известны трехфазные электромашинные обмотки переменного тока с дробным числом пазов на полюс и фазу q, выполняемые двухслойными из равношаговых или концентрических катушек [1]
Недостатком дробных обмоток является повышенное дифференциальное рассеяние, увеличивающее их индуктивное сопротивление рассеяния, что особенно неблагоприятно при применении дробных обмоток в совмещенных электрических машинах [2]
Известны также трехфазные дробные обмотки при знаменателе дробности числа q, равном четырем, в которых катушки группируются в катушечные группы по рядам приводимым в [3]
Цель изобретения улучшение электромагнитных параметров трехфазной дробной обмотки с q=1,25 путем повышения обмоточного коэффициента и снижения дифференциального рассеяния.Known three-phase electromachine windings of alternating current with a fractional number of grooves per pole and phase q, performed two-layer from equal-step or concentric coils [1]
The disadvantage of fractional windings is the increased differential scattering, increasing their inductive scattering resistance, which is especially unfavorable when using fractional windings in combined electric machines [2]
Three-phase fractional windings are also known with a denominator of a fraction of q equal to four, in which coils are grouped into coil groups according to the series given in [3]
The purpose of the invention is the improvement of the electromagnetic parameters of a three-phase fractional winding with q = 1.25 by increasing the winding coefficient and reducing differential scattering.

Цель достигается тем, что для трехфазной дробной обмотки якоря с полюсностью р и числом пазов на полюс и фазу q=1,25, выполненной двухслойной 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 катушки групп относительно нечетных, причем катушки группируются в катушечных группах по ряду 1 1 1 2, повторяемому 3р/2 раза, группы с номерами 4'+4k содержат две концентрические катушки с шагами по пазам y_п'=4,2, а остальные катушечные группы одну катушку с y_п=3, при этом числа витков катушек первой группировки катушечных групп равны W_к для групп 1' и 3', (1+x)W_к для группы 2', W_к и (1-х)W_к для наружной и внутренней катушек группы 4', а каждая последующая группировка повторяется с интервалом в четыре группы относительно предыдущей группировки, где р ≥2 четное число; Z 7,5 ·р; k 0, 1, 2, (2р-1); 2W_к число витков в каждом пазу, а значение x выбирается в пределах 0,45 ≅ x ≅0,55.The goal is achieved in that for a three-phase fractional winding of an armature with a pole p and the number of grooves per pole and a phase q = 1.25, made two-layer in Z grooves from 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 with the opposite connection of even coils of relatively odd groups, moreover, the coils are grouped in coil groups in a row 1 1 1 2 repeated 3p / 2 times, groups with numbers 4 '+ 4k contain two concentric coils with groove steps y _p '= 4.2, and the remaining coil groups o the bottom of the coil with y _p = 3, while the number of turns of the coils of the first grouping of coil groups are equal to W _to for groups 1 'and 3', (1 + x) W _to for groups 2 ', W _to and (1-x) W _to for the outer and inner coils of group 4 ', and each subsequent group is repeated at intervals of four groups relative to the previous group, where p ≥2 is an even number; Z 7.5 r; k 0, 1, 2, (2p-1); 2W _{to 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 приведена развернутая схема предлагаемой обмотки с q 1,25 при p= 2 и Z 15; на фиг.2 и 3 показаны чередования фазных зон по пазам для известной (фиг.2) и предлагаемой (фиг.3) обмоток; на фиг.4 многоугольники МДС известной (внутренний) и предлагаемой (наружный) обмоток; на фиг.5 диаграммы сдвига осей катушечных групп. In FIG. 1 shows a detailed diagram of the proposed winding with q 1.25 at p = 2 and Z 15; figure 2 and 3 shows the alternation of phase zones along the grooves for the known (figure 2) and the proposed (figure 3) windings; figure 4 polygons of the MDS known (internal) and proposed (external) windings; figure 5 diagram of the shift of the axes of the coil groups.

Обмотка (фиг.1) выполнена двухслойной, трехфазной с полюсностью p=2 в Z= 15 пазах (q=Z/6p=1,25) из 6р=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 1 1 1 2, повторяемому 3р/2 раза. Группы с номерами 4'+4k=4', 8', 12' содержат две концентрические катушки с шагами по пазам y'_п 4, 2, а остальные группы одну катушку с у_п=3. В первой группировке катушечных групп (группы с номерами 1', 2', 3', 4') числа витков катушек равны W_к для групп 1' и 3'; (1+x) W_к для группы 3'; W_к и (1-х)W_к для наружной и внутренней катушек группы 4', а каждая последующая группировка повторяется с интервалом в четыре относительно предыдущей группировки, где 2W_к число витков в каждом пазу, а значение x выбирается в пределах 0,45 ≅ x ≅0,55.The winding (Fig. 1) is made of a two-layer, three-phase with a pole p = 2 in Z = 15 grooves (q = Z / 6p = 1.25) 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 1 1 1 2 repeated 3p / 2 times. Groups with numbers 4 '+ 4k = 4', 8 ', 12' contain two concentric coils with groove steps y ' _n 4, 2, and the remaining groups have one coil with y _n = 3. In the first grouping of coil groups (groups with numbers 1 ′, 2 ′, 3 ′, 4 ′), the number of turns of the coils is W _k for groups 1 ′ and 3 ′; (1 + x) W _k for group 3 '; W _to and (1-x) W _to for the outer and inner coils of group 4 ', and each subsequent grouping is repeated at intervals of four relative to the previous grouping, where 2W is _the number of turns in each groove, and the value of x is chosen within 0.45 ≅ x ≅0.55.

На фиг.2 и 3 фазные зоны обозначены как А-Х, В-У, С-Z, где зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам групп, а зоны Х, У, Z их конечным сторонам. Диаграмма сдвига осей катушечных групп показана на фиг.5, где α= 15^о/q 15/1,25 12^о. Коэффициенты укорочения катушек при полюсном делении τ Z/2p 3q 3,7 5 равны sin ( π·5/2 τ) 0,9945; sin ( π·3/2τ) 0,7431 и тогда с учетом фиг. 5 получают для предлагаемой обмотки (фиг. 3) при х 0,5 ЭДС фазы Е_ф [0,9511 ·2· сos α + (0,9945· 1,0 + 0,7431 ·0,5) + +0,9511 ·1,5] W_к 4,6532 W_к, обмоточный коэффициент К_об Е_ф/W_ф 4,6532/50,9307, средний шаг катушек по пазам у_п.ср= (3 ·2 + 3· 1,5 + 4 + 2· 0,5)/5 15,5/5 3,1; для известной обмотки (фиг.2) К_об 0,9099 при у_п 3.In FIGS. 2 and 3, the phase zones are designated A-X, B-Y, C-Z, where zones A, B, C correspond to the initial sides of the groups, and zones X, Y, Z to their end sides. The diagram of the shift of the axes of the coil groups is shown in figure 5, where α = 15 ^about / q 15 / 1.25 12 ^about . Coil shortening factors at pole division τ Z / 2p 3q 3,7 5 are equal to sin (π · 5/2 τ) 0,9945; sin (π · 3 / 2τ) 0.7431 and then, taking into account FIG. 5 receive for the proposed winding (Fig. 3) at x 0.5 EMF of the phase E _f [0.9511 · 2 · cos α + (0.9945 · 1.0 + 0.7431 · 0.5) +0, 9511 · 1.5] W _to 4.6532 W _to , winding coefficient K _about E _f / W _f 4.6532 / 50.9307, the average pitch of the coils in the grooves at _p.s. = (3 · 2 + 3 · 1, 5 + 4 + 2 · 0.5) / 5 15.5 / 5 3.1; for a known winding (figure 2) K _about 0.9099 with y _n 3.

Дифференциальное рассеяние обмотки σ_д= [(R_д/R)²-1]· 100 определяется по многоугольнику МДС (фиг.4), построенному по вспомогательной треугольной сетке (векторы токов фазных зон показаны в центре фиг.4), где R $\binom{2}{д}$

R

\binom{2}{i}

квадрат среднего радиуса пазовых точек многоугольника (i 1 Z), a R² (Z· К_об/2 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 R

\binom{2}{д}

5,25; R² (15· 0,9307/2 π)² 4,9367622 и σ_д= 6,345% по внутреннему многоугольнику (сторона сетки принята за единицу длины) для известной обмотки (фиг.2) определяются R

\binom{2}{д}

5,20; R² (15 ·0,9099/2 π)² 4,7185666 и σ_д 10,203% Таким образом, предлагаемая обмотка при практически одинаковом расходе меди (у _п.ср. ≈у_п) имеет по сравнению с известной обмоткой лучшие электромагнитные параметры: более высокий обмоточный коэффициент К_об (в 0,9307/0,9099 1,023 раза) и значительно меньшее дифференциальное рассеяние σ_д (в 10,203/6,345 1,61 раза). Ее применение позволяет уменьшить индуктивное сопротивление обмотки, снижать амплитуды высших гармонических МДС, уменьшая тем самым добавочные потери в стали и магнитный шум машины, повышать КПД машины.The differential scattering of the winding σ _d = [(R _d / R) ² -1] · 100 is determined by the MDS polygon (figure 4), built on an auxiliary triangular grid (the phase zone current vectors are shown in the center of figure 4), where R

\binom{2}{d}

R

\binom{2}{i}

the square of the average radius of the groove points of the polygon (i 1 Z), a R ² (Z · K _rev / 2 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 by R

\binom{2}{d}

5.25; R ² (15 · 0.9307 / 2 π) ² 4.9367622 and σ _d = 6.345% of the inner polygon (the side of the grid is taken as a unit of length) for a known winding (figure 2) are determined by R

\binom{2}{d}

5.20; R ² (15 · 0.9099 / 2 π) ² 4.7185666 and σ _d 10.203% Thus, the proposed winding at almost the same copper flow rate (in the _{case of} average _discharge ≈ у _п ) has the best electromagnetic parameters compared to the known winding : higher winding coefficient K _rev (0.9307 / 0.9099 1.023 times) and significantly lower differential scattering σ _d (10.203 / 6.345 1.61 times). Its application allows to reduce the inductive resistance of the winding, to reduce the amplitudes of higher harmonic MDS, thereby reducing the additional losses in steel and the magnetic noise of the machine, to increase the efficiency of the machine.

Claims

A THREE-PHASE BRACING ANCHOR with a pole p and the number of grooves per pole and phase q 1.25, made two-layer in Z grooves from 6p coil groups with numbers in the phases of the first, second and third, respectively 1 ′ + 3k, 5 ′ + 3k, 9 ′ + 3k, connected in phases in series with the opposite inclusion of even groups of relatively odd ones, and the coils are grouped in coil groups in a row 1 1 1 2 repeated 3p / 2 times, characterized in that the groups with numbers 4 ′ + 4k contain two concentric coils with groove steps

and 2, and the remaining groups have one coil with Y _p 3, and the number of turns of coils of the first grouping of coil groups is W _k for groups 1 ′ and 3 ′, (1 + X) • W _k for group 2 ′, W _k and (1 X) • W _k for the outer and inner coils of group 4 ′, and each subsequent group is repeated at intervals of four groups relative to the previous group, where p ≥ 2 is an even number, Z 7.5 • p, k 0,1,2,2p 1, 2 W _{to the} number of turns in each groove, and the value of X is chosen in the range of 0.45 ≅ X ≅ 0.55.