RU2075149C1

RU2075149C1 - Combined rotor winding for single electric machine frequency converter

Info

Publication number: RU2075149C1
Authority: RU
Inventors: В.И. Попов
Original assignee: Волжский инженерно-педагогический институт
Priority date: 1992-07-14
Filing date: 1992-07-14
Publication date: 1997-03-10

Abstract

FIELD: electric engineering, in particular, alternating current electric induction machines with two different pole fields, phase rotor and contact rings. SUBSTANCE: device has p1 and p2 pole pairs. It is short-circuited for p1 pole number and three-phase for p2 pole number, phases are connected to star or delta connection; terminals for starts of phases P1, P2 and P3 are connected to contact rings. Device has two layers in Z slots of K coil groups which are uniformly displaced and q' adjacent coils in each group are connected in series. Pitch in slots of each coil group is equal to y. Number of coil groups K=6p2c for numbers from 1K to (6p2c)K. Cp2 groups with numbers ranging from 1K to cK, (6c+1)K to (7c)K, ..., from (6c(p2-1)+1)K to (6c(p2-1)+c)K are connected in series-aiding in first phase which terminal is P1 from start of group 1K. Another group which is displaced by 3c groups is connected in parallel opposing to each mentioned group. In two other phases group numbers go in alternating order with respect to groups of phase A, with pitch of 2c groups for groups of phase B and with pitch of 4c groups for groups of phase C. p1 = 1, 2, 3, ..; Z = 6p2 c q'; c is greater than 1; q is in range of 1 to 3; y = 2cq'. EFFECT: increased field of application, improved electromagnetic characteristics. 6 dwg

Description

Изобретение относится к обмоткам электрических совмещенных машин переменного тока с двумя разнополюсными полями в магнитопроводе, выполняемых в конструкции асинхронных машин с фазным ротором и контактными кольцами. The invention relates to windings of electric combined AC machines with two opposite-pole fields in the magnetic circuit, performed in the design of asynchronous machines with a phase rotor and slip rings.

Известны совмещенные электромашинные обмотки, выполняемые из пространственно смещенных катушек и соединяемые в параллельные ветви для одной полюсности р₁ с выводами зажимов из средних точек ветвей для другой полюсности p₂. Угол между осями катушек ветки равен 2π/(p₁+p₂) радиан и их числа витков пропорциональны углу сдвига относительно оси ветви [1] Недостатки таких обмоток сложность конструкции и изготовления, повышенные потери в меди от уравнительных токов в ветвях, а также ограниченная область применения.Known combined electromachine windings made of spatially displaced coils and connected in parallel branches for one pole p ₁ with terminals of clamps from the midpoints of the branches for another pole p ₂ . The angle between the axes of the branch coils of the branch is 2π / (p ₁ + p ₂ ) radians and their number of turns is proportional to the angle of shift relative to the axis of the branch [1] The disadvantages of such windings are the complexity of design and manufacture, increased losses in copper from surge currents in the branches, and also limited application area.

Известны также совмещенные роторные обмотки одномашинных преобразователей частоты, короткозамкнутые многофазные для полюсности p₁ и трехфазные для полюсности p₂>p₁ с выводами зажимов фаз на контактные кольца [2]
Наиболее близкой к предлагаемой является двухслойная совмещенная роторная обмотка с числами пар полюсов p₁/p₂, короткозамкнутая многофазная для полюсности p₁ и трехфазная для полюсности p₂ с соединением фаз звездой и с выводами зажимов начал фаз Р1, Р2, Р3 на контактные кольца, содержащая 6р₂ равномерно смещенных катушечных групп с номерами в фазах 1+3к, 3+3к, 5+3к и в каждой фазе начала нечетных групп соединены в зажим начала фазы, концы нечетных и четных групп соединены вместе, а начала четных групп соединены в нулевую точку звезды, где p₁=1 и p₂≥3; к 0,1,2,(2р-1) [4]
Цель изобретения расширение области применения путем получения чисел пар полюсов в соотношении p₁=2p₂, а также улучшение электромагнитных параметров для полюсности p₁ путем повышения обмоточного коэффициента и снижения дифференциального рассеяния.Combined rotor windings of single-machine frequency converters, short-circuited multiphase for a pole of p ₁ and three-phase for a pole of p ₂ > p ₁ with the terminals of the phase clamps to contact rings are also known [2]
Closest to the proposed one is a two-layer combined rotor winding with the number of pairs of poles p ₁ / p ₂ , short-circuited multiphase for poles p ₁ and three-phase for poles p ₂ with phase connection by a star and with terminals of the terminals of phases P1, P2, P3 on the contact rings, containing 6p ₂ uniformly shifted coil groups with numbers in phases 1 + 3k, 3 + 3k, 5 + 3k and in each phase the beginning of the odd groups are connected to the clamp of the beginning of the phase, the ends of the odd and even groups are connected together, and the beginning of the even groups are connected to zero point of a star, where p ₁ = 1 and p ₂ ≥ 3; to 0,1,2, (2p-1) [4]
The purpose of the invention is the expansion of the scope by obtaining the numbers of pole pairs in the ratio p ₁ = 2p ₂ , as well as improving the electromagnetic parameters for the pole p ₁ by increasing the winding coefficient and reducing differential scattering.

На фиг.1 изображена развернутая схема предлагаемой обмотки при p₂ 2, p₁ 4, Z 48 пазах и К 24 катушечных группах; на фиг.2 и 3 -чередования по пазам фазных зон обмотки для полюсности p₂=2 (фиг.2) и p₁ 4 (фиг.3); на фиг.4 и 5 диаграммы ЭДС катушечных групп обмотки для полюсностей p₂ 2 (фиг.4) и p₁ 4 (фиг.5); на фиг.6 - многоугольники МДС для p₂ 2 (наружный) и p₁ 4 (внутренний).Figure 1 shows a detailed diagram of the proposed winding with p ₂ 2, p ₁ 4, Z 48 grooves and K 24 coil groups; figure 2 and 3 alternating in the grooves of the phase zones of the winding for the pole p ₂ = 2 (figure 2) and p ₁ 4 (figure 3); Figures 4 and 5 of the EMF diagram of the coil groups of the winding for the poles p ₂ 2 (Fig. 4) and p ₁ 4 (Fig. 5); figure 6 - polygons MDS for p ₂ 2 (external) and p ₁ 4 (internal).

Предлагаемая обмотка на фиг.1 выполнена двухслойной, трехфазной для полюсности p₂ 2 в Z 6р₂•c•q' 48 пазах (при с 2 и q' 2) из К 6p₂•c катушечных групп (с номерами от 1К до 24К) с q' 2 катушками в каждой и с выводами зажимов начал фаз Р1, Р2, Р3; на фиг.1 фазы соединены звездой. В первой фазе с зажимом Р1 из начала группы 1К соединены последовательно ср₂ групп с номерами 1К, 2К, 13К, 14К и к каждой из них подключена параллельно-встречно группа, смещенная на 3с 6 груп (группы -7К, -8К, -19К, -20К). Для других фаз номера групп чередуются относительно групп фазы Р1 с интервалами в 2с 4 группы для фазы Р2 и в 4с 8 групп для фазы Р3. Катушки имеют шаг по пазам y_п Z/3p₂ 2•c•q' 8 и при концентрических катушках шаг y_п средний шаг.The proposed winding in figure 1 is made of a two-layer, three-phase for the pole p ₂ 2 in Z 6p ₂ • c • q '48 grooves (with c 2 and q' 2) from K 6p ₂ • c coil groups (with numbers from 1K to 24K ) with q '2 coils in each and with the terminals of the clamps began phases P1, P2, P3; 1, the phases are connected by a star. In the first phase, with clamp P1 from the beginning of the 1K group, cp ₂ groups are connected in series with the numbers 1K, 2K, 13K, 14K and to each of them is connected a parallel-opposed group shifted by 3s 6 groups (-7K, -8K, -19K groups , -20K). For other phases, group numbers alternate with respect to groups of phase P1 at intervals of 2c to 4 groups for phase P2 and 4c to 8 groups for phase P3. The coils have a pitch in the grooves y _p Z / 3p ₂ 2 • c • q '8 and, with concentric coils, the pitch y _{p is the} average pitch.

На фиг. 4 и 5 векторами ЭДС приписаны номера групп обмотки фиг.1 и знак минус перед номером группы означает ее встречное включение в фазе. Оси групп смещены на углы (в эл. град.): 360^op₂/K 360^o2/24 30^o для полюсности p₂ и 360^op₁/K= 360^o•4/24 60^o для полюсности p₁ 4. Для катушечных групп, смещенных на 3с 6 групп, угол сдвига соответствует 30^o•6 180^o для p₂ и 60^o•6 360^o для p₁ 4, т.е. параллельно-встречно включенные группы (например 1К и -7К) образуют для полюсности p₂ 2 две одинаковые параллельные ветви (см. фиг.4), а для полюсности p₁ 4 короткозамкнутую цель (см.фиг.5). Обмоточные коэффициенты К_об обмотки по фиг.1 равны: для p₂ 2 (см. фиг.4)

.In FIG. 4 and 5, the EMF vectors are assigned the numbers of the winding groups of FIG. 1 and the minus sign in front of the group number means its counter inclusion in the phase. The axes of the groups are shifted by angles (in electric degrees): 360 ^o p ₂ / K 360 ^o 2/24 30 ^o for the polarity p ₂ and 360 ^o p ₁ / K = 360 ^o • 4/24 60 ^o for the polar p ₁ 4. For coil groups shifted by 3s to 6 groups, the shear angle corresponds to 30 ^o • 6 180 ^o for p ₂ and 60 ^o • 6 360 ^o for p ₁ 4, ie parallel-counter-connected groups (for example, 1K and -7K) form two identical parallel branches for the pole p ₂ 2 (see figure 4), and for the pole p ₁ 4 a short-circuited target (see figure 5). Winding coefficients K _{of the} winding of FIG. 1 are equal: for p ₂ 2 (see FIG. 4)

.

Для полюсности p₂ 2 обмотка (фиг.1) имеет m₂ 3 фазы и

фазных зон, обозначенных на фиг. 2 как А-Х, B-Y, C-Z и зоны А, В, С соответствуют начальным сторонам катушечных групп, а X, Y, Z их конечным сторонам. На фиг.2 (для одной повторяющейся части обмотки для полюсности p₂ 2) и с использованием вспомогательной треугольной сетки (ее сторона принята за единицу длины) на фиг.6 построен наружный многоугольник МДС, по которому определяются [3]

квадрат среднего радиуса пазовых точек (i1^oC24) многоугольника; радиус окружности для основной гармонической МДС; R₂=(Z•K_об2/p₂π)=(48•0,8294/2π)
σ_д2=[(R_д2/R₂)²-1)•100=0,880% коэффициент дифференциального рассеяния, характеризующий процентное содержание высших гармонических в кривой МДС обмотки. Для полюсности p₁ 4 обмотка (фиг.1) имеет m₄ 3 фазы и

фазные зоны, обозначенные на фиг. 3 так же, как и для фиг.2. На фиг.3 построен многоугольник МДС (внутренний на фиг.6), по которому определяются: R

\binom{2}{д4}

=10,5; R₄=(48•0,8365/4π) и σ_д4=2,848%..For the pole p ₂ 2 the winding (Fig. 1) has m ₂ 3 phases and

phase zones indicated in FIG. 2 as AX, BY, CZ and zones A, B, C correspond to the initial sides of the coil groups, and X, Y, Z to their final sides. In Fig.2 (for one repeating part of the winding for the pole p ₂ 2) and using an auxiliary triangular grid (its side is taken as a unit of length) in Fig.6, the outer polygon MDS, which are determined [3]

the square of the average radius of the groove points (i1 ^o C24) of the polygon; circle radius for the main harmonic MDS; R ₂ = (Z • K _rev2 / p ₂ π) = (48 • 0.8294 / 2π)
σ _d2 = [(R _d2 / R ₂ ) ² -1) • 100 = 0.880% differential scattering coefficient characterizing the percentage of higher harmonics in the winding MDS curve. For the pole p ₁ 4 winding (figure 1) has m ₄ 3 phases and

phase zones indicated in FIG. 3 as for FIG. 2. In Fig.3, the MDS polygon is built (internal in Fig.6), which are used to determine: R

\binom{2}{d4}

= 10.5; R ₄ = (48 • 0,8365 / 4π) and σ _d4 = 2.848% ..

При выполнении совмещенной обмотки с p₂ 2 и p₁ 4 в Z 36 пазах (при с 3 и q' 1) она содержит К 6p₂c 36 групп (с q' 1 катушкой в группе) при шаге катушек по пазам у_п 2•c•q' 6. Ее фаза Р1 содержит группы с номерами 1К, 2К, 3К, 18К, 20К, 21К и параллельно-встречно подключаемые к ним группы -10К, -11К, -12К, -28К, -29К, -30К (смещенные на 3с 9). Для полюсности p₂ 2 такая обмотка имеет m₂ 3,

, К_об2 0,8312 и σ_д2=1,408%;; для полюсности p₁ 4 она имеет m₄ 9,

, K_об4 0,8660 и σ_д4=4,169%..When performing a combined winding with p ₂ 2 and p ₁ 4 in Z 36 grooves (with c 3 and q '1), it contains K 6p ₂ c 36 groups (with q' 1 coil in a group) with the step of the coils in grooves at _n 2 • c • q '6. Its phase P1 contains groups with

numbers

1K, 2K, 3K, 18K, 20K, 21K and groups -10K, -11K, -12K, -28K, -29K, -30K connected in parallel to them (shifted by 3s 9). For the pole p ₂ 2, such a winding has m ₂ 3,

, K _ob2 0.8312 and σ _d2 = 1.408% ;; for the pole p ₁ 4 it has m ₄ 9,

, K _ob4 0.8660 and σ = _D4 4.169% ..

Если обмотку на фиг. 1 выполнять известным способом из К 6p₂ 12 катушечных групп (Z 48, y_п 8, c1 и q' 4) с двумя параллельными ветвями, то для нее K_об2 0,8294 и σ_д2=0,880%;; К_об4 0,7244 и σ_д4=11,02%, т.е. предлагаемая обмотка имеет лучшие электромагнитные параметры для полюсности p₁ (в 0,8365/0,7244 1,155 раза больший обмоточный коэффициент K_об4 и в 11,02/2,848 3,87 раза меньше дифференциальное рассеяние σ_д4. По сравнению же с обмоткой по прототипу [4] предлагаемая обмотка позволяет получать соотношение p₁ 2p₂, что расширяет ее область применения. При заданном числе пазов произведение c•q' Z/6p₂ равно целому числу и при увеличении значения с при соответствующем уменьшении q' улучшаются параметры обмотки для полюсности p₁ из-за возрастания коэффициента распределения, но при этом схема соединений усложняется; например, обмотку по фиг.1 можно выполнять также при с 4 и q' 1.If the winding in FIG. 1 to carry out in a known manner from R 6p _{February 12} coil groups (Z 48, y _claim 8, c1 and q '4) with two parallel branches, then it _ob2 0.8294 K _g2 and σ = 0.880% ;; To _vol4 0.7244 and σ _d4 = 11.02%, i.e. the proposed winding has the best electromagnetic parameters for the pole p ₁ (0.8365 / 0.7244 1.155 times greater winding coefficient K _ob4 and 11.02 / 2.848 3.87 times less differential scattering σ _d4 . Compared with the prototype winding [4] the proposed winding allows one to obtain the ratio p ₁ 2p ₂ , which expands its field of application. For a given number of grooves, the product c • q 'Z / 6p ₂ is an integer and, with an increase in c with a corresponding decrease in q', the parameters of the winding for polar p ₁ due to the increase in the distribution coefficient Elena, but the circuit diagram is complicated, for example, the coil of Figure 1 can also be performed at 4 and q '1.

Предлагаемая обмотка заменяет собой две раздельные разнополюсные обмотки и может применяться, например, на роторе асинхронных одномашинных преобразователей частоты. При p₁ 4 и p₂ 2 она позволяет получать преобразованную частоту [2] f₂≈f₁(1+1/2)= 3f₁/2 (при f₁ 50 Гц - f₂ ≈ 75 Гц). Ее применение в совмещенных электрических машинах упрощает конструкцию и изготовление машины, снижает расход меди и изоляции на роторе, повышает энергетические показатели и эксплуатационную надежность, а также расширяет область применения. Преобразователи с предлагаемой обмоткой выполняются в конструкции асинхронных машин с контактными кольцами.The proposed winding replaces two separate multi-pole windings and can be used, for example, on the rotor of asynchronous single-machine frequency converters. For p ₁ 4 and p ₂ 2, it allows one to obtain the transformed frequency [2] f ₂ ≈f ₁ (1 + 1/2) = 3f _1/2 (for f ₁ 50 Hz - f ₂ ≈ 75 Hz). Its use in combined electric machines simplifies the design and manufacture of the machine, reduces the consumption of copper and insulation on the rotor, increases energy performance and operational reliability, and also expands the scope. Converters with the proposed winding are made in the design of asynchronous machines with slip rings.

Claims

Combined rotor winding of single-machine frequency converters with the number of pairs of poles p ₁ / p ₂ , short-circuited multiphase for the pole p ₁ , three-phase for the pole p ₂ with phase connection by a star or a triangle and with the terminals of the phases P1, P2 and P3 on the contact rings, made of a two-layer in Z grooves and containing K uniformly displaced coil groups with q 'successively connected adjacent coils in each group and step of the coils along the grooves Y _p , characterized in that the number of coil groups is K 6p ₂ s with numbers from 1K to (6p ₂ s) K, in ervoy phase with the output P1 of the beginning portion of 1K are connected in series in the cp ₂ group numbers from 1K to cR from (6c + 1) K to (7c) K by [6c (p ₂ 1) + 1] K to [6c (p ₂ 1) + c] K and a counter-group displaced by 3s of groups is connected in parallel to each of them; moreover, for the other two phases, group numbers alternate relative to the groups of phase P1 with intervals of 2c groups for phase P2 and 4c groups for phase P3, where p ₂ 1, 2, 3, Z ₆ p ₂ • c • q '; s≥2 integer; 1≅q'≅3; Y _p 2c • q '.