RU2328814C2

RU2328814C2 - THREE-PHASE NON-SYMMETRIC FRACTIONAL WINDING AT 2p=12 c POLES IN z=57·c GROOVES

Info

Publication number: RU2328814C2
Application number: RU2004134065/09A
Authority: RU
Inventors: Турсун Абдалимович Ахунов (RU); Турсун Абдалимович Ахунов; Лев Николаевич Макаров (RU); Лев Николаевич Макаров; Виктор Иванович Попов (RU); Виктор Иванович Попов; Юрий Николаевич Петров (RU); Юрий Николаевич Петров
Original assignee: Открытое акционерное общество Ярославский электромашиностроительный завод-ОАО "ELDIN" (ЭЛДИН); Волжская Государственная Инженерно-Педагогическая Академия (Вгипа)
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2008-07-10
Also published as: RU2004134065A

Abstract

FIELD: electric machine building.

SUBSTANCE: three-phase non-symmetric fractional winding at 2p=12·c poles in z=57·c grooves is made as double-layer m'=3-zone with number of grooves per pole and phase q=z/3p=19/6 from 18·c coil groups with numbers 1G...18G c and grouping of 433333343333334333, which is repeated c times. Concentric coils of groups have steps by grooves y_gi=8, 6, 4, 2 with number of turns (1-x)w_c, w_c, w_c, (1-x)w_c for all four-coil and y'_gi=7, 5, 3 with (1-x)w_c, (1+x)w_c, w_cturns for all three-coil groups, where c=1, 2, 3,..., 2w_c- number of grooves turns that are completely filled with winding, and value of x=0.52.

EFFECT: reduction of non-symmetric coefficient and differential scattering for m=3-phase, m'=m=3-zone non-symmetric loop fractional winding at 2p=12·c poles in z=57·c grooves and q=z/3p=19/6.

4 dwg

Description

Изобретение относится к трехфазным обмоткам электрических машин переменного тока - асинхронных двигателей (АД) и синхронных генераторов (СГ).The invention relates to three-phase windings of electrical AC machines - asynchronous motors (HELL) and synchronous generators (SG).

Известны петлевые двухслойные m=3-фазные дробные обмотки, выполняемые при 2р полюсах в z пазах из m'p катушечных групп с равношаговыми или концентрическими катушками при среднем шаге по пазам y_к≈z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/m'p=b+c/d, где m'=2m=6 или m'=m=3 - число фазных зон на пару полюсов, c/d<1; по условиям симметрии отношения 2p/d - целые, d/m - нецелые [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-394].Known two-layer loop m = 3-phase fractional windings are known, performed at 2p poles in z grooves from m'p coil groups with equal-step or concentric coils with an average pitch of grooves y _to ≈z / 2p, the number of grooves per pole and phase q = z / m'p = b + c / d, where m '= 2m = 6 or m' = m = 3 is the number of phase zones per pair of poles, c / d <1; according to symmetry conditions, the 2p / d ratios are integer, d / m are non-integer [Voldek A.I. Electric cars. L .: Energy, 1978, S. 392-394].

Группировки катушек в группах дробных несимметричных (d/m - целое) обмоток задаются рядами и зависят от c/d [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока / Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.254], например 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 для q=19/6; из-за несимметрии фаз возрастает дифференциальное рассеяние σ_д.The groupings of coils in groups of fractional asymmetric (d / m - integer) windings are given in rows and depend on c / d [Livshits-Garik M. Windings of AC machines / Per. from English L .: SEI, 1959, p. 254], for example 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 for q = 19/6; due to the asymmetry of the phases, the differential scattering σ _d increases.

В изобретении ставится задача снижения коэффициентов несимметрии, дифференциального рассеяния несимметричной m'=3-зонной обмотки при q=19/6.The invention aims at reducing the asymmetry coefficients, the differential scattering of the asymmetric m '= 3-zone winding at q = 19/6.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной несимметричной дробной обмотки при 2р=12с полюсах в z=57·с пазах, выполняемой двуслойной m'=3-зонной с числом пазов на полюс и фазу q=z/3p=19/6 из 18·с катушечных групп с номерами 1Г...18Г и группировкой 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3, повторяемой с раз:The solution of this problem is achieved by the fact that for m = 3-phase asymmetric fractional winding at 2р = 12 with poles in z = 57 19/6 of 18 · from the reel groups with numbers 1Г ... 18Г and grouping 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3, repeated once:

концентрические катушки групп имеют шаги по пазам y_пi=8, 6, 4, 2 с числами витков (1-x)w_к, w_к, w_к, (1-x)w_к для всех четырехкатушечных и у'_пi=7, 5, 3 с (1-x)w_к, (1+x)w_к, w_к витками для всех трехкатушечных, где с=1, 2, 3,..., 2w_к - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой, а значение х=0,52.concentric coils of the groups have _groove steps y _pi = 8, 6, 4, 2 with the number of turns (1-x) w _k , w _k , w _k , (1-x) w _k for all four- _coil and y ' _pi = 7 , 5, 3 s (1-x) w _k , (1 + x) w _k , w _k turns for all three-coil, where c = 1, 2, 3, ..., 2w _k is the number of turns of grooves that are completely filled winding, and the value of x = 0.52.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1, 2р=12, z=57 с номерами 1...57 снизу, 3р=18 группах с номерами 1Г...18Г сверху, чередованиями фазных зон А-В-С верхнего, X-Y-Z нижнего слоев и снизу размечены сдвиги осей групп, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при z'=z-6x пазах, полностью заполненных обмоткой; на фиг.2 построена диаграмма сдвигов групп, их ЭДС фаз Е_A, Е_В, Е_C относительно оси симметрии 8Г, 17Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке построены многоугольники МДС обмотки для катушек равно- (фиг.3) и неравновитковых (фиг.4). Обмотка фиг.1 соединяется при последовательно-согласном включении групп: 1Г, 4Г, 7Г, 10Г, 13Г, 16Г в фазе I; 2Г, 5Г, 8Г, 11Г, 14Г, 17Г в фазе II; 3Г, 6Г, 9Г, 12Г, 15Г, 18Г в фазе III с началами из 1Г, 2Г, 3Г, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ. При, например, с=2 обмотка имеет 2p=24 полюса, z=114 пазов и 36 катушечных групп 1Г...36Г.Figure 1 shows a scan of the groove layers of the proposed winding with c = 1, 2p = 12, z = 57 with numbers 1 ... 57 from the bottom, 3p = 18 groups with numbers 1G ... 18G from above, alternating phase zones A-B - From the upper, XYZ lower layers and from below, the shifts of the axes of the groups are marked, where the blackened grooves are incomplete when z '= z-6x grooves are completely filled with a winding; figure 2 is a diagram of the shifts of groups, their EMF phases E _A , E _B , E _C relative to the axis of symmetry 8G, 17G; figure 3, 4 on a triangular grid constructed polygons of the MDS winding for coils equal- (figure 3) and unequal (figure 4). The winding of figure 1 is connected with a series-consonant inclusion of groups: 1G, 4G, 7G, 10G, 13G, 16G in phase I; 2G, 5G, 8G, 11G, 14G, 17G in phase II; 3G, 6G, 9G, 12G, 15G, 18G in phase III with beginnings from 1G, 2G, 3G, and the phases can mate in Y or Δ. With, for example, c = 2, the winding has 2p = 24 poles, z = 114 grooves and 36 coil groups 1G ... 36G.

Для обмотки фиг.1 ЭДС групп определяются по коэффициентам укорочения концентрических катушек K_yi=sin(90y_пi/τ_п)=sin(360°y_пi/19) при полюсном делении τ_п=z/2p=4,75: Е_г.б=2,975334-х1,090160 и Е_г.м=2,569475+х0,260861 для больших и малых групп. Диаграмма фиг.2 построена для 2р=12, z=57 и α_п=360°/z=120°/19 при углах сдвигов осей групп по фиг.1, по которой: E_В=E_5г+E_8г+E_11г+E_17г+2E_5гcos3α_п=15,5443+х0,185875 - вертикальный вектор, E² _A=а'²+b'²-2a'b'cos(180°-3α_п) при а'=E_7г+E_13г=5,13895+x0,52172, b'=E_1г+E_4г+E_10г+E_16г=10,68376-х0,30758; для х=0-Е_А=Е_С=15,6336, а угол γ (фиг.2) определяется по теореме синусов a'/sinγ=E_A/sin(180°-3α_п), откуда γ=6,127° и углы сдвигов фазных ЭДС равны: φ_ВА=φ_ВС=120°-α_п+γ=19,8112, φ_АС=120,3776°. По фазным ЭДС и их углам сдвигов определяются линейные ЭДС а=Е_ВА=b=Е_ВС=26,9752, с=E_AC=27,1295 и тогда по выражениям: S=a+b+c, A=(a²+b²+c²)/6,

,

, К_нес=(F/D) [Петров Г.Н. Электрические машины, ч.2. Асинхронные и синхронные машины. М.-Л.: ГЭИ, 1963, с.162] вычисляется коэффициент несимметрии K_нес%=0,367% при обмоточном коэффициенте

.For the winding of Fig. 1, EMF groups are determined by the shortening coefficients of concentric coils K _yi = sin (90y _pi / τ _p ) = sin (360 ° y _pi / 19) with pole division τ _p = z / 2p = 4.75: E _{g .b} = 2.975334-x1.090160 and E _gm = 2.569475 + x0.260861 for large and small groups. The diagram of Fig. 2 is constructed for 2p = 12, z = 57 and α _n = 360 ° / z = 120 ° / 19 at the angles of shift of the axes of the groups of Fig. 1, according to which: E _B = E _5g + E _8g + E _11g + E _17g + 2E _5g cos3α _p = 15.5443 + x0.185875 - vertical vector, E ² _A = a ' ² + b' ² -2a'b'cos (180 ° -3α _p ) at a '= E _7g + E _13g = 5.13895 + x0.52172, b '= E _1g + E _4g + E _10g + E _16g = 10.68376-x0.30758; for x = 0-E _A = E _C = 15.6336, and the angle γ (Fig. 2) is determined by the sine theorem a '/ sinγ = E _A / sin (180 ° -3α _n ), whence γ = 6.127 ° and the angles of the phase EMF shifts are equal: φ _VA = φ _BC = 120 ° -α _p + γ = 19.8112, φ _AC = 120.3776 °. From the phase EMF and their shear angles, the linear EMF a = E _VA = b = E _BC = 26.9752, c = E _AC = 27.1295, and then by the expressions: S = a + b + c, A = (a ² + b ² + c ² ) / 6,

,

, K _carried = (F / D) [Petrov G.N. Electric cars, part 2. Asynchronous and synchronous machines. M.-L .: SEI, 1963, p.162] the coefficient of asymmetry is calculated K _carried% = 0.367% with a winding coefficient

.

Подобным образом для неравновитковой обмотки по фиг.1 при х=0,50: Е_В=15,6372, E_A=E_C=15,7352, γ=6,3975°, φ_ВА=φ_ВС=120,0818°, φ_АС=119,8364°, a=b=Е_ВА=Е_ВС=27,1805, с=Е_АС=27,2317, K_нес%=0,145,

при z'=z-6x=54, т.е. она имеет больший К_об и меньший К_нес% (в 0,367/0,145=2,53 раза).Similarly, for the non-uniform winding of FIG. 1 at x = 0.50: E _B = 15.6372, E _A = E _C = 15.7352, γ = 6.3975 °, φ _VA = φ _BC = 120.0818 ° , φ _AC = 119.8364 °, a = b = E _BA = E _BC = 27.1805, c = E _AC = 27.2317, K _carried% = 0.145,

at z '= z-6x = 54, i.e. it has a larger K _about and a smaller K _carried% (0.367 / 0.145 = 2.53 times).

Из многоугольников МДС фиг.3, 4 (с единичными векторами токов фазных зон A-Z-B-X-C-Y в центре) по треугольной сетке и соотношениямFrom the MDS polygons of Figs. 3, 4 (with unit current vectors of phase zones A-Z-B-X-C-Y in the center) according to a triangular grid and the relations

определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д%, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу МДС при квадрате среднего радиуса j=1...z пазовых точек R² _д, радиусе R_o окружности для основной гармонической [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 according to the harmonic composition of the MDS when the square of the average radius j = 1 ... z of the groove points R ² _d , the radius R _{o of the} circle for the main harmonic Determination and optimization of the parameters of three-phase windings along the MDS polygons // Electricity, 1997, No. 9, p. 53-55]:

По (1)-(2) при х=0, К_об=0,82125-R² _д=390/57, R_o=57·0,82125/6π и σ_д%=10,94; при х=0,5, K_об=0,87236-R² _д=380,25/57, R_o=54·0,87236/6π (для z'=54), σ_д%=6,81, т.е. σ_д% снижается в 10,94/6,81=1,61 раза. С учетом изменений К_об, К_нес%, σ_д% обмотка фиг.1 при х=0,50 имеет высокую эффективность K_эф=(0,87236/0,82125)(0,367/0,145)(10,94/6,81)(54/57)=4,1; при х=0,52 эффективность обмотки возрастает: К_об=0,87453 (при z'=z-6x=53,88), К_нес%=0,064, σ_д%=6,78 и К_эф=9,3, а при оптимальном 0,50<x=x_опт<0,55 достигается практически полная симметрия обмотки при К_нес%=0.According to (1) - (2) at x = 0, K _rev = 0.82125-R ² _d = 390/57, R _o = 57 · 0.82125 / 6π and σ _d% = 10.94; at x = 0.5, K _rev = 0.87236-R ² _d = 380.25 / 57, R _o = 54.87236 / 6π (for z '= 54), σ _d% = 6.81, those. σ _d% decreases by 10.94 / 6.81 = 1.61 times. Given the changes in K _about , K _carried% , σ _{d%, the} winding of Fig. 1 at x = 0.50 has a high efficiency K _eff = (0.87236 / 0.82125) (0.367 / 0.145) (10.94 / 6, 81) (54/57) = 4.1; at x = 0.52, the efficiency of the winding increases: K _about = 0.87453 (at z '= z-6x = 53.88), K _carried% = 0.064, σ _d% = 6.78 and K _eff = 9.3 and with an optimal 0.50 <x = x _opt <0.55, almost complete symmetry of the winding is achieved at K _carried% = 0.

Предлагаемая m'=3-зонная обмотка, в сравнении с m'=6-зонной при z=57, 2p=12, q=z/6p=19/12=1+7/12, у_п=4 имеет пониженные К_нес, σ_д и значительно проще ее в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) катушечных групп.The proposed m '= 3-zone winding, in comparison with m' = 6-zone at z = 57, 2p = 12, q = z / 6p = 19/12 = 1 + 7/12, for _n = 4 it has lower K _carried , σ _d and much easier to manufacture due to half the number (3p) of coil groups.

Ее применение позволяет упрощать изготовление, снижать добавочные потери в роторе и магнитные шумы в АД с к.з. ротором, улучшать форму кривой напряжения в СГ.Its application allows to simplify the manufacture, to reduce the additional losses in the rotor and magnetic noise in the blood pressure with short circuit rotor, improve the shape of the voltage curve in the SG.

Claims

Three-phase asymmetric fractional winding at 2p = 12 · with poles in z = 57 · c grooves, performed by a two-layer m ′ = 3-zone with the number of grooves per pole and phase q = z / 3p = 19/6 out of 18 · with coil groups with numbers 1Г ... 18Г · c and grouping 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 3 3 3 4 3 3 3 repeated with times, characterized in that the concentric coils of the groups have _groove steps y _pi = 8, 6 , 4, 2 with the numbers of turns (1-x) w _k , w _k , w _k , (1-x) w _k for all four- _coil and y ′ _pi = 7, 5, 3 s (1-x) w _k , (1 + x) w _k , w _k turns for all three-coil groups, where c = 1, 2, 3, ..., 2w _k is the number of turns of the slots completely filled with the winding, and the value x = 0.52.