RU2335066C2

RU2335066C2 - ELECTRIC MACHINE THREE-PHASE DOUBLE-LAYER WINDING AT 2p=26·c POLES IN z=162·c AND z=168·c SLOTS

Info

Publication number: RU2335066C2
Application number: RU2004133295/09A
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: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2008-09-27
Also published as: RU2004133295A

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering and aims at reducing differential dissipation factor σ_dof the electric machine symmetric divided loop with m'=3-section furnished with (q=54/13 and q=56/13). For this, the aforesaid winding at 2p=26·c poles is composed of 3p·c coils groups with the numbers 1"Г"...39"Г"·c, i.e. 1) in z=162·c slots with the number of slots per a pole and phase q=54/13 and the group 5444445444444, i.e. the first group 1"Г"...13"Г" the five-coil groups feature the coil pitch along the slots y_si=10, 8, 6, 4, 2 with (1-x)w_c, w_c, w_c, w_c, (1-x)w_c turns, while the four-coil groups feature y'_si=9, 7, 5, 3 with w_c, (l+x)w_c, w_c, (1-x)w_c turns in 4"Г", 10"Г", 11"Г", y'_s=6 with w_c, (1+x)w_c, w_c, (1-x)w_c in 2"Г", 3"Г", 8"Г", 9"Г" and (1-x)w_c, w_c, (1+x)w_c, w_c in 5"Г", 6"Г", 12"Г", 13"Г" at x=0.46, 2) in z=168·c slots with the number of slots per a pole and phase q=56/13 and the coil group 5445445445444, i.e. in the first group 1"Г"...13"Г", the five-coil groups feature the coil pitch over the slots y_si=10, 8, 6, 4, 2 with (1-x)w_c, w_c, w_c, w_c, (1-x)w_c turns, while the four-coil feature y'_si=9, 7, 5, 3 with w_c, (1+x)w_c, w_c, w_cturns in 2"Г", 3"Г", 5"Г", 6"Г", 8"Г", 9"Г" and w_c, (1+x)w_c, w_c, (1-x)w_c in 12"Г", y'_s=6 with w_c, (1+x)w_c, w_c, w_c in 11"Г" and w_c, w_c, (1+x)w_c, w_c in 13"Г" at x=0.37. The aforesaid distributions of coils with unequal number of turns are repeated in every following group, where c=1, 2, 3...; 2w_c is a number of slot turns filled completely with the winding.

EFFECT: reducing winding differential dissipation factor.

2 cl, 8 dwg

Description

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

Известны петлевые двухслойные симметричные m=3-фазные, 2р-полюсные обмотки, выполняемые в z пазах из m'p катушечных групп с катушками равношаговыми или концентрическими при среднем шаге по пазам y_K≈τ_п=z/2p, числе пазов на полюс и фазу q=z/m'p, где m'=2m=6 или m'=m=3 - число фазных зон на пару полюсов [Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978, с.392-394]. Дробные обмотки при q=z/m'p=N/d и d≥2, не кратных m=3, создают гармонические МДС по ряду ν=km'/d±1 [там же, с.450], в том числе низшие ν<1 при возрастании дифференциального рассеяния σ_д%, где ±k - целое число, дающее порядок гармонической ν>0 при прямом (+) или встречном (-) вращении.Known loop two-layer symmetrical m = 3-phase, 2p-pole windings, made in z grooves from m'p coil groups with coils of equal steps or concentric with an average pitch of grooves y _K ≈τ _p = z / 2p, the number of grooves per pole and phase q = z / m'p, where m '= 2m = 6 or m' = m = 3 is the number of phase zones per pair of poles [Voldek A.I. Electric cars. L .: Energy, 1978, S. 392-394]. Fractional windings at q = z / m'p = N / d and d≥2, not multiples of m = 3, create harmonic MDS in the series ν = km '/ d ± 1 [ibid, p. 450], including lower ν <1 with increasing differential scattering σ _d% , where ± k is an integer giving the order of harmonic ν> 0 for forward (+) or counter (-) rotation.

В изобретении ставится задача снижения дифференциального рассеяния m'=3-зонной обмотки при 2p=26c полюсах в z=162·с, z=168·с пазах, выполняемой с q=z/3p=N/13 (N=54 и 56) из 3р·с катушечных групп по известным группировкам катушек в группах [Лившиц-Гарик М. Обмотки машин переменного тока/Пер. с англ. Л.: ГЭИ, 1959, с.225], повторяемым 3·с раз.The invention aims to reduce the differential scattering m '= 3-zone winding at 2p = 26c poles at z = 162 · s, z = 168 · with grooves performed with q = z / 3p = N / 13 (N = 54 and 56 ) from 3p · from coil groups according to known groupings of coils in groups [Livshits-Garik M. Windings of AC machines / Trans. from English L .: SEI, 1959, p.225], repeated 3 · s times.

Решение поставленной задачи достигается тем, что для m=3-фазной двухслойной электромашинной обмотки при 2р=26·с полюсах, выполняемой из 3р·с катушечных групп с номерами 1Г...39Г·с: 1) в z=162·c пазах с числом пазов на полюс и фазу q=54/13, группировкой по ряду 5444445444444: в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - y'_пi=9, 7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K витками в 4Г, 10Г, 11Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K (1-x)w_K в 2Г, 3Г, 8Г, 9Г и (1-x)w_K, w_K (1+x)w_K, w_K в 5Г, 5Г, 12Г, 13Г при значении х=0,46;The solution of this problem is achieved by the fact that for m = 3-phase two-layer electric machine winding at 2p = 26 · s poles, made of 3p · s coil groups with numbers 1G ... 39G · s: 1) in z = 162 · c grooves with the number of grooves per pole and phase q = 54/13, grouped in a row 5444445444444: in the first group 1G ... 13G of the group, five-coil ones have coil steps in grooves for _pi = 10, 8, 6, 4, 2 s (1-x ) w _K , w _K , w _K , w _K , (1-x) w _K turns, and four- _coil y ' _pi = 9, 7, 5, 3 with w _K , (1 + x) w _K , w _K (1-x) w _K turns in 4D, 10D, 11D, y _'n = 6 w _K, (1 _{_{+ x) w K, w K}} ( 1-x) w _K in 2G, 3G, 8G, 9G and (1-x) w _K , w _K (1 + x) w _K , w _K in 5G, 5G, 12G, 13G with x = 0.46;

2) в z=168·с пазах с числом пазов на полюс и фазу q=56/13 и группировкой по ряду 5445445445444: в первой группировке 1Г...13Г группы пятикатушечные имеют шаги катушек по пазам у_пi=10, 8, 6, 4, 2 с (1-x)w_K, w_K, w_K, w_K, (1-x)w_K витками, а четырехкатушечные - y'_пi=9, 7, 5, 3 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K витками в 2Г, 3Г, 5Г, 6Г, 8Г, 9Г и w_K, (1+x)w_K, w_K, (1-x)w_K, в 12Г, у'_п=6 с w_K, (1+x)w_K, w_K, w_K в 11Г и w_K, w_K, (1+x)w_K, w_K в 13Г при значении х=0,37. Такие распределения неравновитковых катушек повторяются в каждой последующей группировке, где c=1, 2, 3; 2w_K - число витков пазов, полностью заполненных обмоткой.2) in z = 168 · with grooves with the number of grooves per pole and phase q = 56/13 and grouping in a row 5445445445444: in the first grouping 1G ... 13G of the group, five-coil coils have steps in grooves at _pi = 10, 8, 6 , 4, 2 s (1-x) w _K , w _K , w _K , w _K , (1-x) w _K turns, and four- _coil y ' _pi = 9, 7, 5, 3 with w _K , ( 1 + x) w _K , w _K , w _K coils in 2G, 3G, 5G, 6G, 8G, 9G and w _K , (1 + x) w _K , w _K , (1-x) w _K , in 12G , y ' _n = 6 with w _K , (1 + x) w _K , w _K , w _K in 11 G and w _K , w _K , (1 + x) w _K , w _K in 13 G at x = 0, 37. Such distributions of unequal coils are repeated in each subsequent grouping, where c = 1, 2, 3; 2w _K is the number of turns of the grooves completely filled with the winding.

На фиг.1 показана развертка пазовых слоев предлагаемой обмотки при с=1 и 2р=26·с группами 1Г...39Г (пронумерованы сверху) для z'=z/3=54 пазов с номерами 1...54 снизу, чередованиями фазных зон в последовательности А-В-С и X-Y-Z в верхнем и нижнем слое, где зачерненные пазы имеют неполное заполнение при эквивалентных z_э=3(N-4х) полностью заполненных пазах; на фиг.2 показана диаграмма сдвигов осей групп зон А относительно оси симметрии 4Г; на фиг.3, 4 по треугольной сетке при ее стороне в единицу длины построены многоугольники МДС обмотки фиг.1 при х=0 фиг.3 и х=0,5 фиг.4. На фиг.5...8 показано то же, что и на фиг.1...4, но при z=168 (для z'=z/3=56), оси симметрии в 25Г и z_э=3N. Такие m'=3-зонные обмотки по фиг.1 и 5 соединяются при последовательно-согласном включении групп 1Г+(3к)Г=1Г, 4Г, 7Г,... в фазе I, 14Г+(3к)Г=14Г, 17Г, 20Г,... в II, 27Г+(3к)Г=27Г, 30Г, 33Г,... в III, а фазы могут сопрягаться в Y или Δ; при, например с=2 обмотай имеют 2р=52 при z=324 и z=336.Figure 1 shows a scan of the groove layers of the proposed winding at c = 1 and 2p = 26 · with groups 1G ... 39G (numbered above) for z '= z / 3 = 54 grooves with numbers 1 ... 54 from the bottom, alternating phase zones in the sequence ABC and XYZ in the upper and lower layer, where the blackened grooves are incomplete with equivalent z _e = 3 (N-4x) completely filled grooves; figure 2 shows a diagram of the shifts of the axes of the groups of zones And relative to the axis of symmetry 4G; figure 3, 4 on a triangular grid with its side per unit length constructed polygons MDS winding figure 1 at x = 0 of figure 3 and x = 0.5 of figure 4. Figure 5 ... 8 shows the same as figure 1 ... 4, but with z = 168 (for z '= z / 3 = 56), the axis of symmetry is 25G and z _e = 3N. Such m ′ = 3-zone windings of FIGS. 1 and 5 are connected when the groups 1G + (3k) G = 1G, 4G, 7G, ... in phase I, 14G + (3k) G = 14G are connected in series 17G, 20G, ... in II, 27G + (3k) G = 27G, 30G, 33G, ... in III, and the phases can mate in Y or Δ; with, for example, c = 2 windings have 2p = 52 at z = 324 and z = 336.

Для обмотки фиг.1 равновитковой (х=0) обмоточный коэффициент К_обо по коэффициентам укорочения K_y=sin(90°у_K/τ_п) при у_K=6, τ_п=z/2р=81/13, распределения К_р=sin(60°)/Nsin60°/N равен К_обо=К_уК_р=0,82565; при х≠0 к К_обо добавляется значение неравновитковости катушек, определяемое по фиг.2 при α_п=360°/z=20°/9: -2x(0,58149+0,48311)cos0,5α_п=-x2,12881 для 1Г+7Г, х(0,981255-0,68624)(1+2cosα_п)=+x0,8846 для 4Г+10Г+37Г, 2x0,998308[cos(2-6,5)α_п-cos(2+19,5)α_п+cos(3-6,5)α_п-cos(3+19,5)α_п+cos(4-6,5)α_п-cos(4+19,5)α_п+cos(5-6,5)α_п-cos(5+19,5)α_п]=+х2,91572 для 13Г+34Г+16Г+31Г+19Г+28Г+22Г+25Г при K_yi=0,58149 (у_пi=10), 0,998308 (у_пi=6), 0,48311 (y_пi=2), 0,981255 (y'_пi=7), 0,68624 (y'_пi=3) и K_обоN=44,5849, ∑x=+1,6715, тогдаFor the winding of Fig. 1, equal-turn (x = 0), the winding coefficient K _ob for shortening coefficients K _y = sin (90 ° for _K / τ _p ) for y _K = 6, τ _p = z / 2p = 81/13, distribution K _p = sin (60 °) / Nsin60 ° / N is equal to K _about = K _at K _p = 0.82565; when x ≠ 0, the value of the non-uniformity of the coils, which is determined by figure 2 at α _p = 360 ° / z = 20 ° / 9: -2x (0.58149 + 0.48311) cos0.5α _p = -x2, is added to K _about 12881 for 1G + 7G, x (0.981255-0.68624) (1 + 2cosα _p ) = + x0.8846 for 4G + 10G + 37G, 2x0.998308 [cos (2-6.5) α _p -cos (2 + 19.5) α _p + cos (3-6.5) α _p -cos (3 + 19.5) α _p + cos (4-6.5) α _p -cos (4 + 19.5 ) α _p + cos (5-6.5) α _p -cos (5 + 19.5) α _p ] = + x2.91572 for 13G + 34G + 16G + 31G + 19G + 28G + 22G + 25G at K _yi = 0.58149 (for _pi = 10), 0.998308 (for _pi = 6), 0.48311 (y _pi = 2), 0.981255 (y ' _pi = 7), 0.68624 (y' _pi = 3) and K _about N = 44.5849, ∑x = + 1.6715, then

Из многоугольников МДС фиг.3 и 4 (в центре показаны единичные векторы токов фазных зон) по треугольной сетке и соотношениям [Попов В.И. Определение и оптимизация параметров трехфазных обмоток по их многоугольникам МДС//Электричество, 1997, №9, с.53-55].Of the polygons of the MDS of Figs. 3 and 4 (in the center, the unit vectors of the currents of the phase zones are shown) according to a triangular grid and relations [Popov V.I. Determination and optimization of the parameters of three-phase windings according to their polygons MDS // Electricity, 1997, No. 9, p. 53-55].

определяется коэффициент дифференциального рассеяния σ_д%, характеризующий качество обмотки по гармоническому составу МДС, где R² _д - квадрат среднего радиуса j=1...N=54 пазовых точек, R_o и К_об - для гармонической ν=1:the differential scattering coefficient σ _d% is determined, which characterizes the quality of the winding according to the harmonic composition of the MDS, where R ² _d is the square of the average radius j = 1 ... N = 54 groove points, R _o and K _rev are for harmonic ν = 1:

По (1)-(3) из условия d(σ_д)/d(х)=0 вычисляется оптимальное x_опт=0,46, соответствующее σ_д%мин: К_об=0,8695, R² _д=615,5512/54, R_o=156,48·0,8695/13π, σ_д%мин=2,70 для z_э=3(N-4x)=3·52,16=156,48, а при х=0-σ_д%=5,67, т.е. значение σ_д% обмотки по фиг.1 снижается в 5,67/2,70=2,10 раза (из-за устранения гармонической МДС ν=1/13); с учетом изменений К_об и z_э ее эффективность равна К_эф=(0,8695/0,8257)(5,67/2,70) z_э/z=2,13. По сравнению с m'=6-зонной обмоткой при 2р=26, z=162, q=z/6p=27/13, у_п=5, К_об=0,9094, σ_д%=4,18, предлагаемая m'=3-зонная обмотка эффективнее в К_эф=(0,8695/0,9094)(4,18/2,70) z_э=z=1,43 раза и значительно проще в изготовлении из-за вдвое меньшего числа (3р) групп.According to (1) - (3) from the condition d (σ _d ) / d (x) = 0, the optimal x _opt = 0.46 is calculated, corresponding to σ _{d% min} : K _rev = 0.8695, R ² _d = 615, 5512/54, R _o = 156.48 · 0.8695 / 13π, σ _{d% min} = 2.70 for z _e = 3 (N-4x) = 3 · 52.16 = 156.48, and at x = 0-σ _d% = 5.67, i.e. the value of σ _{d% of the} winding of FIG. 1 decreases by 5.67 / 2.70 = 2.10 times (due to the elimination of harmonic MDS ν = 1/13); subject to changes in K _about and z _e its effectiveness is equal to K _eff = (0.8695 / 0.8257) (5.67 / 2.70) z _e / z = 2.13. Compared with m '= 6-zone winding at 2p = 26, z = 162, q = z / 6p = 27/13, _n = 5, K _rev = 0.9094, σ _d% = 4.18, proposed m '= 3-zone winding is more effective in K _eff = (0.8695 / 0.9094) (4.18 / 2.70) z _e = z = 1.43 times and is much simpler to manufacture due to half the number (3p) groups.

Подобным образом по фиг.5...8 для z=168: K_об=0,82184+x0,06712, R² _д=(678+6х+141х²)/56, x_опт=0,37, К_об=0,8467, σ_д%мин=2,98; при х=0-σ_д%=5,93 и К_эф=2,05.Similarly, in Fig. 5 ... 8 for z = 168: K _rev = 0.82184 + x0.06712, R ² _d = (678 + 6x + 141x ² ) / 56, x _opt = 0.37, K _rev = 0.8467, σ _{d% min} = 2.98; at x = 0-σ _d% = 5.93 and K _eff = 2.05.

Применение предлагаемой обмотки на статоре АД позволяет снижать добавочные потери в стали и моменты от гармонических МДС поля, улучшать вибро-акустические характеристики, повышать КПД и cosφ₁, а в синхронных генераторах улучшает форму кривой выходного напряжения.The application of the proposed winding on the HF stator allows reducing additional losses in steel and moments from harmonic MDS fields, improving vibration-acoustic characteristics, increasing efficiency and cosφ ₁ , and in synchronous generators it improves the shape of the output voltage curve.

Claims

1. Three-phase two-layer electromachine winding at 2p = 26 · s poles in z = 162 · c grooves with the number of grooves per pole and phase q = z / 3p = 54/13, made of 3p · s coil groups with numbers from 1G to 39G · C and the grouping of coils in a series of 5 4 4 4 4 4 5 4 4 4 4 4 4, repeated 3 · c times, characterized in that in the first group of 1G ... 13G groups of five-coil have coil steps in grooves at _pi = 10 , 8, 6, 4, 2 s (1-x) w _K , w _K , w _K , w _K , (1-x) w _K turns, and four- _coil - y ' _pi = 9, 7, 5, 3 with w _K , (1 + x) w _K , w _K , (1-x) w _K turns in 4Г, 10Г, 11Г, у ' _п = 6 with w _K , (1 + x) w _K , w _K , (1-x) w _K in 2G, 3G, 8G, 9G and (1-x) w _K , w _K , (1 + x) w _K , w _K in 5G, 6G, 12G, 13G with x = 0 ,four 6, and such a distribution of unequal coils is repeated in each subsequent grouping, where c = 1, 2, 3; 2w _K is the number of turns of the grooves completely filled with the winding.

2. Three-phase two-layer electric machine winding at 2p = 26 · with poles in z = 168 · with grooves with the number of grooves per pole and phase q = z / 3p = 56/13, made of 3p · s coil groups with numbers from 1G to 39G · C and the grouping of coils in a series of 5 4 4 5 4 4 5 4 4 5 4 4 4, repeated 3 · c times, characterized in that in the first group of 1G ... 13G groups, five-coil coils have grooves in grooves at _pi = 10 , 8, 6, 4, 2 · s (1-x) w _K , w _K , w _K , w _K , (1-x) w _K turns, and four- _{coil ones} - у ' _pi = 9, 7, 5, 3 with w _K , (1 + x) w _K , w _K , w _K coils in 2G, 3G, 5G, 6G, 8G, 9G and w _K , (1 + x) w _K , w _K , (1-x) w _K to 12G, y _'n = 6 w _K, (1 + x) w _K, w _K, w _K to 11D and w _K, w _K, (1 + x) w _K, w _K to 13D when values uu x = 0.37, and this distribution neravnovitkovyh coils is repeated in each subsequent group, wherein a = 1, 2, 3; 2w _K is the number of turns of each groove.