RU2267206C2

RU2267206C2 - THREE-PHASE TWO-LAYER SPLIT (q=3,5) WINDING OF ELECTRIC MACHINES

Info

Publication number: RU2267206C2
Application number: RU2003134887/09A
Authority: RU
Inventors: Т.А. Ахунов (RU); Т.А. Ахунов; Л.Н. Макаров (RU); Л.Н. Макаров; В.И. Попов (RU); В.И. Попов; Ю.Н. Петров (RU); Ю.Н. Петров
Original assignee: Открытое акционерное общество Ярославский электромашиностроительный завод - ОАО "ELDIN" (ЭЛДИН); Волжская государственная инженерно-педагогическая Академия - ВГИПА
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2003-12-01
Publication date: 2005-12-27
Also published as: RU2003134887A

Abstract

FIELD: electric radio engineering and electric mechanical engineering, possible use in three-phase asynchronous and synchronous electric machines.

SUBSTANCE: three-phase two-layer split (q=3,5) winding is made 2p=4c-polar in z=6cq grooves of 6c coil groups with four-coil odd and three-coil even ones with average step of concentric coils y_c≈z/2pc. In accordance to invention, four-coil groups have coil steps y_gi=8,6,4,2 with coil numbers (1-x)w_c,(1+x)w_c,w_c,(1-x)w_c, and three-coil ones - y'_gi=7,5,3 with coil numbers w_c,(1+x)w_c,w_c, where c=1,2,3,..., - integer number, z=21c, y_c=1,5q-0,25=5 and 2w_c - number of coils of each groove for value x=0,54.

EFFECT: better composition of harmonic operation ampere-turns, decreased differential dissipation σ_d of symmetric m'=3-zone split (q=z/3p=4,25) winding.

3 dwg

Description

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока, может использоваться на статоре трехфазных асинхронных и синхронных машин, на фазном роторе асинхронных двигателей.The invention relates to three-phase windings of electrical AC machines, can be used on a stator of three-phase asynchronous and synchronous machines, on a phase rotor of asynchronous motors.

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные обмотки, выполняемые 2р-полюсными в z пазах из m'p катушечных групп при числе пазов на полюс и фазу q=z/m'p целом или дробном, где m' - число фазных зон на пару полюсов, равное m'=m=3 (трехзонные обмотки) или m'=2m=6 (шестизонные обмотки) [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-393]. При дробном числе q=N/d=в+0,5 (d=2, b=1, 2, 3,...) они имеют неодинаковые чередующиеся катушечные группы: большие (b+1)-катушечные и малые b-катушечные с катушками равношаговыми или концентрическими при их среднем шаге по пазам у_п≈z/2р, а гармонический состав их МДС по ряду ν=m'k/d±1 [там же, с.450] особенно неблагоприятен при m'=3-зонах (ν=3k/2±1) из-за наличия субгармонической ν=1/2 при значительном возрастании дифференциального рассеяния σ_д и поэтому m'=3-зонные дробные (q=b+0,5) обмотки практически не применяются.Loop double-layer symmetrical m = 3-phase windings are known, performed by 2-pole in z grooves from m'p coil groups with the number of grooves per pole and the phase q = z / m'p whole or fractional, where m 'is the number of phase zones per a pair of poles equal to m '= m = 3 (three-zone windings) or m' = 2m = 6 (six-zone windings) [A. Voldek Electric cars. L .: Energy, 1978, S. 392-393]. With a fractional number q = N / d = b + 0.5 (d = 2, b = 1, 2, 3, ...) they have unequal alternating coil groups: large (b + 1) -coil and small b- coil with coils of equal steps or concentric with an average groove pitch of _p ≈ z / 2p, and the harmonic composition of their MDS in the series ν = m'k / d ± 1 [ibid, p. 450] is especially unfavorable for m '= 3 -zone (ν = 3k / 2 ± 1) due to the presence of subharmonic ν = 1/2 with a significant increase in differential scattering σ _d and therefore m '= 3-zone fractional (q = b + 0.5) windings are practically not used .

В изобретении ставится задача улучшения состава МДС симметричной m'=3-зонной дробной (q=3,5) обмотки путем устранения субгармонической ν=1/2 и понижения дифференциальным рассеянием σ_д.The invention seeks to improve the composition of the MDF of a symmetric m '= 3-zone fractional (q = 3.5) winding by eliminating the subharmonic ν = 1/2 and lowering the differential scattering σ _d .

Решение поставленной задачи достигается тем, что для трехфазной 2-х слойной дробной (q=3,5) обмотки, выполняемой 2р=4с-полюсной в z=6cq пазах из 6с катушечных групп четырехкатушечных нечетных и трехкатушечных четных со средним шагом концентрических катушек у_к≈z/2pc, четырехкатушечные группы имеют шаги катушек у_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-х)w_к, (1+х)w_к, w_к, (1-x)w_к, а трехкатушечные - у'_пi=7, 5, 3 с числами витков w_к, (1+x)w_к, w_к, где c=1, 2, 3, ... целое число, z=21с, у_к=1,5q-0,25=5 и 2w_к - число витков каждого паза при х=0,54.The solution of this problem is achieved by the fact that for a three-phase 2-layer fractional (q = 3,5) winding, performed 2p = 4c-pole in z = 6cq grooves of 6s coil groups of four-coil odd and three-coil even with an average step concentric coils at _k ≈z / 2pc, four-coil groups have coil steps at _pi = 8, 6, 4, 2 with the number of turns (1-x) w _k , (1 + x) w _k , w _k , (1-x) w _k , and three-coil ones - у ' _пi = 7, 5, 3 with the numbers of turns w _к , (1 + x) w _к , w _к , where c = 1, 2, 3, ... an integer, z = 21с, у _к = 1.5q-0.25 = 5 and 2w _k is the number of turns of each groove at x = 0.54.

На фиг.1 показаны развертки пазовых слоев предлагаемой обмотки при 2р=4 (с=1), q=2,5, z=21 пазах с номерами 1...21, 6с=6 катушечных группах с номерами 1Г...6Г (размечены группы 1Г, 4Г первой фазы), чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С верхнего и X, Y, Z нижнего слоев; на фиг.2, 3 построены (по треугольной сетке) многоугольники МДС при катушках равно- (фиг.2), неравновитковых (фиг.3) для х=0,5. При с=2, 3,... обмотка имеет 2p=4c=8, 12,... и развертка фиг.1 повторяются 2, 3, раза.Figure 1 shows the reamers of the groove layers of the proposed winding at 2p = 4 (s = 1), q = 2.5, z = 21 grooves with numbers 1 ... 21, 6s = 6 coil groups with numbers 1G ... 6G (groups 1G, 4G of the first phase are marked), by alternating phase zones in the sequence A-B-C of the upper and X, Y, Z of the lower layers; figure 2, 3 are built (on a triangular grid) polygons MDS with coils equal to (figure 2), unequal (figure 3) for x = 0.5. With c = 2, 3, ... the winding has 2p = 4c = 8, 12, ... and the sweep of Fig. 1 is repeated 2, 3 times.

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка соединяется в фазах обычным образом при последовательно-согласном включении групп фазы: 1Г, 4Г с началом фазы из начала 1Г в фазе I; 3Г, 6Г с началом из 3Г в фазе II; 5Г, 2Г с началом из 5Г в фазе III, а фазы могут сопрягаться в Y или в Δ.The proposed m '= 3-zone winding is connected in phases in the usual way with sequentially-consistent inclusion of phase groups: 1G, 4G with the beginning of the phase from the beginning of 1G in phase I; 3G, 6G with the beginning of 3G in phase II; 5G, 2G with a start of 5G in phase III, and the phases can mate in Y or in Δ.

Для обмотки по фиг.1 при q=3,5 коэффициенты укорочения катушек K_уi=sin(90°у_пi/τ_п) определяются при полюсном делении τ_п=z/2p=21/4=5,25, 2w_к=2 витках паза: К_уi=(1-х)0,680173 (у_пi=8), (1+х)0,974928 (у_пi=6), 0,930874 (у_пi=4), (1-х)0,563320 (у_пi=2); 0,866025 (у_пi=7), (1+х)0,9997204 (у'_пi=5) и 0,781832 (у'_пi=3), тогда обмоточный коэффициент К_об и шаг у_п.ср равны:For the winding of FIG. 1, for q = 3.5, the shortening coefficients of the coils K _уi = sin (90 ° for _pi / τ _p ) are determined with the pole division τ _p = z / 2p = 21/4 = 5.25, 2w _k = 2 turns of the groove: K _yi = (1-x) 0.680173 (y _pi = 8), (1 + x) 0.974928 (y _pi = 6), 0.930874 (y _pi = 4), (1- x) 0.563320 (for _pi = 2); 0.866025 (at _pi = 7), (1 + x) 0.9997204 (at ' _pi = 5) and 0.781832 (at' _pi = 3), then the winding coefficient K _about and the step at _p.sp are equal:

Из многоугольников МДС фиг.2 и 3 по соотношениямOf the polygons MDS figure 2 and 3 in terms of

определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу ее МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...2q пазовых точек относительно центра многоугольника и R_o - радиус окружности для основной гармонической МДС [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55].the differential scattering coefficient σ _d is determined, which characterizes the quality of the winding by the harmonic composition of its MDS, where R ² _d is the square of the average radius j = 1 ... 2q of the slot points relative to the center of the polygon and R _o is the radius of the circle for the main harmonic MDS [Popov V. AND. Determination and optimization of the parameters of three-phase windings along MDS polygons // Electricity, 1997, No. 9, p. 53-55].

По (1)-(2) из многоугольников МДС фиг.2, 3 при стороне сетки в единицу длины (в центре многоугольников показаны единичные векторы токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y) по теореме косинусов определяются:According to (1) - (2) from the MDS polygons of Figs. 2, 3, with the grid side per unit length (in the center of the polygons, the unit current vectors of phase zones A-Z-B-X-C-Y are shown) by the cosine theorem we determine:

при х-0 (фиг.2): R² _j=2² - для точки j=1, R² _j=2²+1+2=7 - для j=2, 3, 6, 7, R² _j=3²+1+3=13 - для j=4, 5 и R² _д=∑(R² _j)/7=58/7, R_o=21·0,82777/2π и σ_д%=8,25; при х=0,5 (фиг.3): R² _j=3²=9=(2+2x)²=4+8x+4x²- для j=1, R² _j=2²+1,5²+3=9,25=2²+(1+x)²+2(1+x)=7+4x+x²- для j=2, 7, R² _j=2,5²+0,5²+1,25=7,75=(2+x)²+(1-x)²+(1-x)(2+x)=7+x+x² - для j=3, 6, R² _j=2,5²+1+2,5=9,75=13-7x+x²- для j=4, 5 иwhen x-0 (figure 2): R ² _j = 2 ² - for the point j = 1, R ² _j = 2 ² + 1 + 2 = 7 - for j = 2, 3, 6, 7, R ² _j = 3 ² + 1 + 3 = 13 - for j = 4, 5 and R ² _d = ∑ (R ² _j ) / 7 = 58/7, R _o = 21 · 0.82777 / 2π and σ _{d% =} 8 , 25; at x = 0.5 (Fig. 3): R ² _j = 3 ² = 9 = (2 + 2x) ² = 4 + 8x + 4x ² - for j = 1, R ² _j = 2 ² +1.5 ² + 3 = 9.25 = 2 ² + (1 + x) ² +2 (1 + x) = 7 + 4x + x ² - for j = 2, 7, R ² _j = 2.5 ² +0, 5 ² + 1.25 = 7.75 = (2 + x) ² + (1-x) ² + (1-x) (2 + x) = 7 + x + x ² - for j = 3, 6, R ² _j = 2.5 ² + 1 + 2.5 = 9.75 = 13-7x + x ² - for j = 4, 5 and

а по (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное значение х_опт=0,54, соответствующее минимальной величине σ_д%мин: при x_опт=0,54 по (1) и (3) - К_об=0,8840, R² _д=63,076/7, R_o=21·0,8840/2π и значение σ_д%мин=3,23 значительно снижается (в 8,25/3,23=2,55 раза) из-за устранения субгармонической ν=1/2; с учетом повышения обмоточного коэффициента ее эффективность равна K_эф=(0,8840/0,82777)(8,25/3,23)=2,75 при у_п.ср=5,077.and according to (1) - (3) from the condition d (σ _d ) / d (x) = 0, the optimal value x _opt = 0.54 is calculated, which corresponds to the minimum value of σ _{d% min} : for x _opt = 0.54 by ( 1) and (3) - K _about = 0.8840, R ² _d = 63.076 / 7, R _o = 21 · 0.8840 / 2π and the value of σ _{d% min} = 3.23 is significantly reduced (at 8.25 / 3.23 = 2.55 times) due to the elimination of the subharmonic ν = 1/2; taking into account the increase in the winding coefficient, its efficiency is K _eff = (0.8840 / 0.82777) (8.25 / 3.23) = 2.75 with y _cf = 5.077.

Обмотке при m'=3, 2р=4, z=21, q=7/2 и d=2 (фиг.1) соответствует m'=6 - зонная обмотка при вдвое меньшем числе q=7/4 и d=4, которая при у_п=4 и равновитковых катушках имеет K_об=0,8898, R² _д=65/7 и σ_д%=5,0, т.е. предлагаемая m'=3-зонная обмотка по фиг.1 при x_опт=0,54 превосходит m'=6-зонную по дифференциальному рассеянию в 5,0/3,23=1,55 раза.The winding with m '= 3, 2p = 4, z = 21, q = 7/2 and d = 2 (Fig. 1) corresponds to m' = 6 - zone winding with half the number q = 7/4 and d = 4 , which for y _p = 4 and equal-coil coils has K _rev = 0.8898, R ² _d = 65/7 and σ _d% = 5.0, i.e. the proposed m '= 3-zone winding in Fig. 1 with x _opt = 0.54 exceeds m' = 6-zone by differential scattering by 5.0 / 3.23 = 1.55 times.

Таким образом, предлагаемая симметричная m'=3-зонная дробная (q=3,5) обмотка характеризуются значительным (в 2,55 раза) снижением σ_д% и повышением К_об, что увеличивает в К_эф=2,7 раза ее эффективность по сравнению с равновитковой обмоткой; она проще m'=6-зонной обмотки в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.Thus, the proposed symmetric m '= 3-zone fractional (q = 3.5) winding is characterized by a significant (2.55 times) decrease in σ _d% and an increase in K _rev , which increases its efficiency in K _eff = 2.7 times in comparison with an equal-turn winding; it is simpler m '= 6-zone winding in manufacture due to half the number (3p) of coil groups.

Claims

A three-phase fractional-layer (q = 3,5) winding of electrical machines performed 4c = 2p-pole in the z = 6cq grooves 6c of the coil groups chetyrehkatushechnyh odd and even three-coil with the average step in concentric coils _to ≈z / 2pc, wherein that the four-coil groups have coil steps at _pi = 8, 6, 4, 2 with the number of turns (1-x) w _k , (1 + x) w _k , w _k , (1-x) w _k , and three-coil ' _pi = 7, 5, 3 with the numbers of turns w _k , (1 + x) w _k , w _k , where c = 1, 2, 3, ... is an integer, z = 21s, y _k = 1, 5q-0.25 = 5 and 2w _k is the number of turns of each groove with a value of x = 0.54.