Изобретение относится к обмоткам электрических машин переменного тока и может использоваться, например, на статоре асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором, питаемых от полупроводниковых преобразователей частоты (ППЧ).The invention relates to the windings of electrical AC machines and can be used, for example, on a stator of asynchronous motors (HELL) with a squirrel-cage rotor, powered by semiconductor frequency converters (IF).
Известны петлевые симметричные 2р-полюсные m≥3-фазные, m’=m- или m’=2m-зонные двухслойные обмотки переменного тока, выполняемые в z пазах из рm’ катушечных групп с концентрическими катушками при числе q=z/pm’ пазов на полюс и фазу целом или дробном; для дробных обмоток при q=N/d отношение d/m - нецелое и несократимое [Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов. Л.: Энергия, 1978, с.402-450].Known loop symmetrical 2p-pole m≥3-phase, m '= m- or m' = 2m-zone two-layer AC windings, performed in z grooves from pm 'coil groups with concentric coils with the number q = z / pm' grooves to the pole and phase whole or fractional; for fractional windings with q = N / d, the d / m ratio is non-integer and irreducible [A. Voldek Electric cars: Textbook for high schools. L .: Energy, 1978, p.402-450].
Наиболее близкой к предлагаемой является m=3-фазная, m’=2m=6-зонная 2р=2-полюсная двухслойная обмотка, выполняемая с q=z/6p=9 в z=54 пазах при из 6р=6 равномерно смещенных катушечных групп.Closest to the proposed one is m = 3-phase, m '= 2m = 6-zone 2p = 2-pole two-layer winding, performed with q = z / 6p = 9 in z = 54 grooves with 6p = 6 uniformly shifted coil groups .
В изобретении ставится задача выполнения в z=54 пазах двухслойной симметричной обмотки при 2р=2 полюсах, m=12=m’ фазах и фазных зонах (q=9/2, d=2) с пониженным дифференциальным рассеянием [Попов В.И. Определение дифференциального рассеяния многофазных обмоток//Электричество, 1997, №6, с.50-53].The invention seeks to accomplish in z = 54 grooves of a two-layer symmetrical winding at 2p = 2 poles, m = 12 = m ’phases and phase zones (q = 9/2, d = 2) with reduced differential scattering [Popov V.I. Determination of differential scattering of multiphase windings // Electricity, 1997, No. 6, S.50-53].
Решение поставленной задачи достигается тем, что для петлевой 2-слойной 2р=2-полюсной обмотки, выполняемой концентрической в z=54 пазах: при m=12 фазах обмотка содержит 12 катушечных групп с номерами от 1Г до 12Г с шагами катушек по пазам упi=18, 16, 14, 12, 10 для групп нечетных 5-катушечных и y’пi=17, 15, 13,11 для четных 4-катушечных с началами фаз из начала каждой группы, при этом внутренняя катушка нечетных групп содержит (1-x)wk витков, а наружная четных групп - (1+x)wk витков при wk витках во всех остальных катушках групп, где 2wk - число витков каждого паза при значении х=0,51.The solution of this problem is achieved by the fact that for a loop 2-layer 2p = 2-pole winding, performed concentric in z = 54 grooves: for m = 12 phases, the winding contains 12 coil groups with numbers from 1G to 12G with coil steps in grooves at pi = 18, 16, 14, 12, 10 for groups of odd 5-coil and y ' pi = 17, 15, 13,11 for even 4-coil with the beginning of phases from the beginning of each group, while the inner coil of odd groups contains (1 -x) w k turns, and the outer even-numbered groups - (1 + x) w k w k wraps of the coils in all the other groups of coils, where 2w k - number of turns of each groove at values uu x = 0.51.
На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой двухслойной петлевой обмотки с концентрическими катушками при 2р=2 полюсах, z=54 пазах, m=12=m’ фазах и фазных зонах в последовательности A-A’-Z-Z’-B-B’-X-X’-C-C’-Y-Y’, 12 катушечных группах с номерами от 1Г до 12Г (сверху) и номерами пазов от 1 до z=54 (снизу); на фиг.2 - построение многоугольника МДС обмотки по фиг.1, где в центре показаны векторы симметричной m’=m=12-фазной системы токов фазных зон при их сдвиге на угол αфз=360°/m’=30°.Figure 1 shows a scan of the groove layers of the proposed two-layer loop winding with concentric coils at 2p = 2 poles, z = 54 grooves, m = 12 = m 'phases and phase zones in the sequence A-A'-Z-Z'-B- B'-X-X'-C-C'-Y-Y ', 12 reel groups with numbers from 1G to 12G (top) and groove numbers from 1 to z = 54 (bottom); figure 2 - construction of the polygon of the MDS winding of figure 1, where the center shows the vectors of the symmetric m '= m = 12-phase system of currents of phase zones when they are shifted by an angle α fz = 360 ° / m' = 30 °.
В обмотке по фиг.1 при q=z/pm’=9/2 (d=2) группы нечетные содержат по 5 катушек с шагами по пазам yпi=18, 16, 14, 12, 10 и (1-x)wk витками во внутренней катушке (yпi=10), а четные - 4 катушки с y’пi=17, 15, 13, 11 и (1+х)wk витками в наружной катушке (y’пi=17) при 2wk витках в каждом пазу. ЭДС групп Ет=ΣЕki больших E1г и малых E2г определяются по коэффициентам укорочения катушек Кyi=sin(90°yпi/τп) при полюсном делении τп=z/2p=27: E1г=(3,58782-x0,54951)wk и E2г=(2,88493+x0,83549)wk, тогда обмоточный коэффициент Коб и средний шаг катушек yп.ср равны - Коб=(Е1г+Е2г)/9wk=0,719195+0,031775, yп.ср=Σ(yпiwki)/9wk=14+7x/9, откуда по условию E1г=E2г значение x=0,51 и тогда Kоб=0,7354 при yп.ср=14,4.In the winding of FIG. 1, at q = z / pm '= 9/2 (d = 2), the odd groups contain 5 coils with groove steps y pi = 18, 16, 14, 12, 10 and (1-x) w k turns in the inner coil (y pi = 10), and even - 4 coils with y ' pi = 17, 15, 13, 11 and (1 + x) w k turns in the outer coil (y' pi = 17) at 2w k turns in each groove. The EMF of the groups E t = ΣE ki of large E 1g and small E 2g are determined by the shortening coefficients of the coils K yi = sin (90 ° y pi / τ p ) at the pole division τ p = z / 2p = 27: E 1g = (3, 58782-x0.54951) w k and E 2g = (2.88493 + x0.83549) w k , then the winding coefficient K about and the average step of the coils y pp are equal - To about = (E 1g + E 2g ) / 9w k = 0.719195 + 0.031775, y p.av. = = Σ (y pi w ki ) / 9w k = 14 + 7x / 9, whence, by the condition E 1r = E 2r, the value x = 0.51 and then K about = 0.7354 with y p.av. = 14.4.
Пазовые точки i=1...54 многоугольника МДС на фиг.2 построены по направлениям токов фазных зон пазов из фиг.1. Для точек i=1...9 одной повторяющейся части обмотки при МДС одного слоя паза в единицу длины (для x=0), отрезках ..., и радиусах R5=R14 точек i=5, 14 относительно центра О по теореме косинусов определяются: для и - квадрат среднего радиуса пазовых точек. Тогда коэффициент дифференциального рассеяния σд%[(Rд/R)2-1]100 при радиусе R=zKoб/рπ=54·0,7192/π для основной гармонической МДС равен σд%=0,129 (x=0). При х=0,51 и Koб=0,7354-σд% ≈ 0,11. В сравнении с обмоткой при m=3, m’=6, 2р=2, z=54, q=9, yп=18, имеющей Коб=0,8275 и σд%=0,35, предлагаемая обмотка имеет в 0,35/0,11=3,18 раза меньшее дифференциальное рассеяние при меньшем шаге катушек yп.ср=14,4<18, что снижает расход обмоточного провода и добавочные потери в стали АД с такой обмоткой.The slot points i = 1 ... 54 of the MDS polygon in figure 2 are built in the directions of the currents of the phase zones of the grooves of figure 1. For points i = 1 ... 9 of one repeating part of the winding with MDF of one layer of a groove per unit length (for x = 0), segments ... , and radii R 5 = R 14 of points i = 5, 14 with respect to the center O by the cosine theorem are determined: for and - the square of the average radius of the groove points. Then the differential scattering coefficient σ d% [(R d / R) 2 -1] 100 with a radius R = zK о / рπ = 54 · 0.7192 / π for the main harmonic MDS is σ d% = 0.129 (x = 0) . At x = 0.51 and K about = 0.7354-σ d% ≈ 0.11. Compared with the winding at m = 3, m '= 6, 2p = 2, z = 54, q = 9, y p = 18, having K rev = 0.8275 and σ d% = 0.35, the proposed winding has 0.35 / 0.11 = 3.18 times smaller differential scattering with a smaller step of the coils y pp = 14.4 <18, which reduces the consumption of the winding wire and the additional losses in steel with such a winding winding.
Таким образом, предлагаемая неравновитковая обмотка при x=0,51 имеет одинаковые ЭДС всех катушечных групп при их равномерном смещении на угол αфз=30°, т. е. является симметричной m=12-фазной, характеризуется пониженным в 3,18 раза коэффициентом σд% дифференциального рассеяния, уменьшенным расходом обмоточного провода. Ее применение в АД с короткозамкнутым ротором при питании от ППЧ 12-фазного тока позволяет вдвое снижать фазный ток по сравнению с 3-фазными ППЧ, что снижает стоимость управляемых вентилей и всего ППЧ при возможности упрощения его схемы.Thus, the proposed non-uniform winding at x = 0.51 has the same EMF of all coil groups when they are uniformly shifted by an angle α fz = 30 °, i.e., it is symmetrical m = 12-phase, it is characterized by a coefficient reduced by 3.18 times σ d% differential dispersion, reduced consumption of winding wire. Its application in a squirrel-cage rotor HELL powered by a 12-phase inverter allows you to halve the phase current compared to 3-phase inverters, which reduces the cost of controlled valves and the entire inverter if you can simplify its circuit.
