RU2767603C2 - Combined winding of energy-efficient electric machine - Google Patents
Combined winding of energy-efficient electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2767603C2 RU2767603C2 RU2020103454A RU2020103454A RU2767603C2 RU 2767603 C2 RU2767603 C2 RU 2767603C2 RU 2020103454 A RU2020103454 A RU 2020103454A RU 2020103454 A RU2020103454 A RU 2020103454A RU 2767603 C2 RU2767603 C2 RU 2767603C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coils
- phase
- star
- winding
- triangle
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Windings For Motors And Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике. Оно может быть использовано для изготовления малошумных энергоэффективных асинхронных и синхронных электрических машин, а также в процессе модернизации существующего парка машин электрических вращающихся, например, электродвигателей с целью улучшения их эксплуатационных характеристик, а также повышения класса энергоэффективности (класса КПД) на 1-3 пункта по коду IE в соответствии со стандартом ГОСТ IEC 60034-30-1-2016 Машины электрические вращающиеся. Часть 30-1. Классы КПД двигателей переменного тока, работающих от сети (код IE).The invention relates to electrical engineering. It can be used for the manufacture of low-noise energy-efficient asynchronous and synchronous electrical machines, as well as in the process of upgrading the existing fleet of electric rotating machines, for example, electric motors in order to improve their performance, as well as increase the energy efficiency class (efficiency class) by 1-3 points according to IE code in accordance with GOST IEC 60034-30-1-2016 Rotating electrical machines. Part 30-1. Mains AC motor efficiency classes (IE code).
Известен принцип формирования так называемой совмещенной обмотки (СО) электромашины, обеспечивающей повышенные надежность, энергоэффективность и моментные характеристики, пониженные акустические шумы, превышение температуры обмоток и вибрацию (US Patent 1,267,232, US Patent 5,559,385, RU 109934, 111723, 113090, 132271, 2528179, 2538266, 2562795 и 2568646).The principle of forming the so-called combined winding (CO) of an electric machine is known, which provides increased reliability, energy efficiency and torque characteristics, reduced acoustic noise, winding temperature rise and vibration (US Patent 1,267,232, US Patent 5,559,385, RU 109934, 111723, 113090, 2538266, 2562795 and 2568646).
Эта обмотка состоит из двух взаимозависимых трехфазных обмоток, соединенных одна в треугольник, другая - в звезду при соотношении количества их витков, равном причем на каждую фазу приходится равное число пазов, в которые фазные катушки уложены так, что результирующие векторы магнитной индукции катушек каждой из двух соседних фаз (то есть создаваемых следующими друг за другом по окружности статора парами фазных катушек) образуют между собой угол в 30 эл. градусов. При этом выводы одноименных фаз звезды и треугольника соединены между собой и образуют точки подключения СО к питающей трехфазной сети, образуя шестифазную обмотку, - аналог и прототип.This winding consists of two interdependent three-phase windings, connected one in a triangle, the other in a star with a ratio of the number of their turns equal to moreover, each phase has an equal number of slots in which the phase coils are laid so that the resulting magnetic induction vectors of the coils of each of the two adjacent phases (that is, created by pairs of phase coils following one after another around the stator circumference) form an angle of 30 el. degrees. At the same time, the conclusions of the same phases of the star and the triangle are interconnected and form the points of connection of the CO to the supply three-phase network, forming a six-phase winding, an analogue and a prototype.
Условия, при которых достигаются высокие эксплуатационные характеристики (RU 111724) применения СО (по сравнению с обмотками типа треугольник или звезда), указанные в аналогах и прототипе, являются необходимыми, но не достаточными. Это показывает практика использования СО при ремонте серийно изготовленных асинхронных двигателей: треугольник и звезда в составе СО выполняются проводами разного диаметра поперечного сечения, часто от разных производителей и с отличающимися допусками на заявленные производителем параметры проводов, имеются также особенности соединения и укладки в пазы статора проводов разного поперечного сечения и прочими возможными различиями. При этом может нарушаться единообразие электрических параметров, характеризующих каждую из катушек треугольника и катушек звезды непосредственно в составе СО, например, их активных сопротивлений, соответственно, Rd и Rs, которые в идеальном случае должны стремиться к выполнению соотношения Rd=3Rs. Величины последних, особенно при низких частотах, например, при пуске двигателя, заметно влияют на полное электрическое сопротивление (импеданс) соответствующих частей электрической цепи обмотки, вызывая при «разбалансировке» указанного соотношения сопротивлений нежелательные фазовые сдвиги токов в катушках, которые формируют рабочее магнитное поле, определяющее магнитодвижущую силу, и, соответственно, определяют величину и направление векторов магнитной индукции. Отсутствие учета этих факторов при выполнении СО на практике является недостатком аналогов и прототипа.The conditions under which high performance characteristics (EN 111724) of CO application are achieved (compared to delta or star type windings) indicated in analogues and prototype are necessary but not sufficient. This is shown by the practice of using CO in the repair of mass-produced asynchronous motors: a triangle and a star as part of a CO are made with wires of different cross-sectional diameters, often from different manufacturers and with different tolerances for the wire parameters declared by the manufacturer, there are also features of connecting and laying wires of different sizes into the grooves of the stator cross section and other possible differences. In this case, the uniformity of the electrical parameters that characterize each of the triangle coils and star coils directly in the composition of CO, for example, their active resistances, respectively, R d and R s , which ideally should strive to fulfill the ratio R d =3R s , may be violated. The values of the latter, especially at low frequencies, for example, when starting the engine, significantly affect the total electrical resistance (impedance) of the corresponding parts of the electrical circuit of the winding, causing undesirable phase shifts of the currents in the coils, which form the working magnetic field, when the indicated resistance ratio is "unbalanced", which determines the magnetomotive force, and, accordingly, determine the magnitude and direction of the magnetic induction vectors. The lack of consideration of these factors when performing CO in practice is a disadvantage of analogues and prototype.
Задачей технического решения является улучшение технологии ремонта (капитальный ремонт путем замены обмоток) и изготовления энергоэффективных асинхронных и синхронных машин и обеспечение достижения ими улучшенных эксплуатационных характеристик, в частности, достижение относительно высоких значений КПД и соответствия высоким классам энергоэффективности при использовании СО, сравнимых и превышающих характеристики лучших зарубежных аналогов.The objective of the technical solution is to improve the repair technology (overhaul by replacing the windings) and the manufacture of energy-efficient asynchronous and synchronous machines and ensure that they achieve improved performance, in particular, achieving relatively high efficiency values and compliance with high energy efficiency classes when using CO, comparable and exceeding the characteristics the best foreign analogues.
Достигается это тем, что СО энергоэффективной машины строится следующим образом. СО состоит из двух взаимозависимых трехфазных частей обмотки, соединенных одна в треугольник, другая - в звезду при соотношении количества их витков, равном На каждую фазу приходится равное число пазов. Фазные катушки уложены в эти пазы так, что создаваемые близлежащими парами катушек треугольника, каждая с активным сопротивлением Rd, и катушек звезды, каждая с активным сопротивлением Rs, результирующие векторы магнитной индукции образуют между собой угол в 30 эл. градусов. Выводы одноименных фаз звезды и треугольника соединены между собой, образуя точки подключения обмотки к питающей трехфазной сети, отличающаяся тем, что измеренные при одинаковых условиях величины Rd и Rs катушек в составе СО удовлетворяют соотношению: Rd=3Rs.This is achieved by the fact that the CO of an energy-efficient machine is built as follows. CO consists of two interdependent three-phase parts of the winding, connected one in a triangle, the other in a star with a ratio of the number of their turns equal to Each phase has an equal number of slots. The phase coils are placed in these slots so that the resulting magnetic induction vectors, created by nearby pairs of triangle coils, each with active resistance R d , and star coils, each with active resistance R s , form an angle of 30 el. degrees. The conclusions of the same phases of the star and the triangle are interconnected, forming the points of connection of the winding to the supply three-phase network, characterized in that the values R d and R s of the coils in the composition of CO measured under the same conditions satisfy the relationship: R d \u003d 3R s .
Примеры реализации технического решенияExamples of implementation of a technical solution
Испытаниям были подвергнуты двигатели общего назначения с 6 полюсами габаритов 90 и 100, мощностью 1,5 и 2,2 кВт соответственно, выполненные на базе серийных двигателей (двигателей-доноров) АДМ90L6У2 и АДМ100L6У2 путем замены штатных статорных обмоток на совмещенные. В данных двигателях реализованы разные схемы СО, выполненные с учетом требований настоящего технического решения. Испытания выполнялись в специализированной испытательной лаборатории ООО «СовЭлМаш» по идентичной программе в нормальных климатических условиях.General-purpose motors with 6 poles of dimensions 90 and 100, with a power of 1.5 and 2.2 kW, respectively, made on the basis of serial motors (donor motors) ADM90L6U2 and ADM100L6U2, were subjected to tests by replacing standard stator windings with combined ones. In these engines, different CO schemes are implemented, made taking into account the requirements of this technical solution. The tests were carried out in a specialized testing laboratory of SovElMash LLC according to an identical program under normal climatic conditions.
Контрольными объектами для сравнения и выявления эффекта модернизации были выбраны асинхронные двигатели заводского исполнения типов АДМ90L6У2 и АДМ100L6У2, не подвергавшиеся изменениям, также испытанные в лаборатории ООО «СовЭлМаш». Результаты испытаний двигателей с СО и двигателей заводского исполнения сравнивались между собой для проверки эффективности технического решения, в частности, для проверки эффектов повышения КПД в номинальных условиях и повышения класса энергоэффективности.Control objects for comparison and identification of the effect of modernization were selected factory-made asynchronous motors of types ADM90L6U2 and ADM100L6U2, which were not subjected to changes, also tested in the laboratory of SovElMash LLC. The test results of CO motors and factory-built motors were compared with each other to check the effectiveness of the technical solution, in particular, to check the effects of increasing the efficiency under nominal conditions and increasing the energy efficiency class.
Для проверки эффективности технического решения определялись следующие характеристики:To test the effectiveness of the technical solution, the following characteristics were determined:
1) КПД при номинальной нагрузке в режиме продолжительной работы S1;1) Efficiency at rated load in continuous operation S1;
2) класс КПД, которому соответствует испытываемый двигатель.2) the efficiency class to which the tested motor corresponds.
Для проверки по п. 2 использовались стандарты ГОСТ IEC 60034-30-1-2016, определяющий нормативные значения КПД для классов энергоэффективности (классам КПД) двигателей переменного тока, работающих от сети, и таблицы 2 п. 12 ГОСТ IEC 60034-1-2014, в которой определены допустимые отклонения показателей. Для двигателей мощностью до 150 кВт отклонение должно находиться в пределах минус 15%, т.е., должно выполняться следующее требование:To check according to clause 2, the standards GOST IEC 60034-30-1-2016 were used, which determines the standard efficiency values for energy efficiency classes (efficiency classes) of AC motors operating from the network, and table 2, clause 12 of GOST IEC 60034-1-2014 , which defines the permissible deviations of indicators. For motors up to 150 kW, the deviation must be within minus 15%, i.e., the following requirement must be met:
где ηN - измеренное значение КПД, ηn - нормативное значение КПД, ηn>ηN.where η N is the measured efficiency value, η n is the standard efficiency value, η n >η N .
Полученные результаты представлены в таблицах 1 и 2.The results obtained are presented in tables 1 and 2.
Дополнительно для двигателей с совмещенными обмотками было определено, насколько результаты определения КПД превосходят допуски для класса КПД IE2, предшествующего классу IE3.In addition, for motors with combined windings, it was determined how much the efficiency results exceed the tolerances for efficiency class IE2, which precedes class IE3.
1) Проверка двигателя С1АД90L6еУ2 для класса IE2:1) Checking the engine S1AD90L6eU2 for class IE2:
2) Проверка двигателя С2АД90L6еУ2 для класса IE2:2) Checking the S2AD90L6eU2 engine for class IE2:
3) Проверка двигателя С1АД100L6еУ2 для класса IE2:3) Checking the engine S1AD100L6eU2 for class IE2:
4) Проверка двигателя С2АД100b6еL2 для класса IE2:4) Checking the S2AD100b6eL2 engine for class IE2:
Т.е., достигая соответствия классу IE3 с допуском, данные двигатели также существенно превосходят требования класса IE2.That is, while achieving IE3 compliance with approval, these motors also significantly exceed the requirements of IE2 class.
5) Для двигателя С2АД100L6еУ2 (другая схема) была проведена проверка для класса IE3, т.к. КПД этого двигателя в номинальных условиях превосходит нормативный КПД класса IE3 для двигателей с данными характеристиками:5) For the S2AD100L6eU2 engine (other scheme), a test was carried out for class IE3, because The efficiency of this motor under nominal conditions exceeds the standard efficiency class IE3 for motors with these characteristics:
Т.о., испытанные двигатели с СО, выполненные на базе двигателей АДМ90L6У2, продемонстрировали повышение класса энергоэффективности на две позиции относительно двигателя заводского исполнения, а двигатели с СО, выполненные на базе двигателей АДМ100bLУ2, - на одну. Дальнейшая разработка схем СО и электрических машин, реализующих техническое решение, позволит получать также более значительные преимущества.Thus, the tested CO motors, made on the basis of ADM90L6U2 motors, demonstrated an increase in the energy efficiency class by two positions relative to the factory-made motor, and CO motors, made on the basis of ADM100bLU2 motors, by one. Further development of CO circuits and electrical machines that implement the technical solution will also provide more significant benefits.
Представленные примеры реализации технического решения демонстрируют результат в части достижения возможности улучшения характеристик асинхронных двигателей, а именно, повышение КПД и достижение соответствия более высоким классам энергоэффективности по стандарту ГОСТ IEC-60034-30-1-2016.The presented examples of the implementation of the technical solution demonstrate the result in terms of achieving the possibility of improving the characteristics of asynchronous motors, namely, increasing the efficiency and achieving compliance with higher energy efficiency classes according to the GOST IEC-60034-30-1-2016 standard.
Источники информацииSources of information
1. ГОСТ IEC 60034-30-1-2016 Машины электрические вращающиеся. Часть 30-1. Классы КПД двигателей переменного тока, работающих от сети (код IE).1. GOST IEC 60034-30-1-2016 Rotating electrical machines. Part 30-1. Mains AC motor efficiency classes (IE code).
2. US Patent 1,267,232 Motor winding.2. US Patent 1,267,232 Motor winding.
3. US Patent 5,559,385 Stator of AC electric machine.3. US Patent 5,559,385 Stator of AC electric machine.
4. Патент RU 109934 Машина асинхронная вращающаяся.4. Patent RU 109934 Asynchronous rotating machine.
5. Патент RU 111723 Обмотка асинхронного двигателя.5. Patent RU 111723 Winding of an asynchronous motor.
6. Патент RU 113090 Машина асинхронная вращающаяся с совмещенной обмоткой.6. Patent RU 113090 Asynchronous rotating machine with combined winding.
7. Патент RU 132271 Однослойная совмещенная обмотка электрической машины для z1=24.7. Patent RU 132271 Single-layer combined winding of an electric machine for z 1 =24.
8. Патент RU 2528179 Совмещенная обмотка асинхронной машины для 2р=2, z=18.8. Patent RU 2528179 Combined winding of an asynchronous machine for 2p=2, z=18.
9. Патент RU 2538266 Совмещенная обмотка асинхронной машины для 2р=4, z=36.9. Patent RU 2538266 Combined winding of an asynchronous machine for 2p=4, z=36.
10. Патент RU 2562795 Обмотка двухполюсной трехфазной электромашины для z=18.10. Patent RU 2562795 Winding of a two-pole three-phase electric machine for z=18.
11. Патент RU 2568646 Совмещенная обмотка асинхронной машины для 2р=12, z=36.11. Patent RU 2568646 Combined winding of an asynchronous machine for 2p=12, z=36.
13. ГОСТ IEC 60034-1-2014 Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики.13. GOST IEC 60034-1-2014 Rotating electrical machines. Part 1: Ratings and performance.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103454A RU2767603C2 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Combined winding of energy-efficient electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103454A RU2767603C2 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Combined winding of energy-efficient electric machine |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020103454A RU2020103454A (en) | 2021-07-27 |
RU2020103454A3 RU2020103454A3 (en) | 2022-02-10 |
RU2767603C2 true RU2767603C2 (en) | 2022-03-17 |
Family
ID=76989190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020103454A RU2767603C2 (en) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Combined winding of energy-efficient electric machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2767603C2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5559385A (en) * | 1993-04-14 | 1996-09-24 | Maloe Nauchno-Vnedrencheskoe Predpriyatie "Kopen" | Stator of ac electric machine |
RU109934U1 (en) * | 2011-05-23 | 2011-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | ASYNCHRONOUS ROTATING MACHINE |
RU113090U1 (en) * | 2011-09-07 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | SYNCHRONOUS ROTATING MACHINE WITH COMBINED WINDING |
RU2538266C2 (en) * | 2013-02-27 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | COMBINED WINDING OF INDUCTION MACHINE FOR 2p=4, z=36 |
RU2568646C1 (en) * | 2014-10-20 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | COMBINED WINDING FOR ELECTRIC MACHINE DESIGNED PER 2p=12, z=36 |
-
2020
- 2020-01-27 RU RU2020103454A patent/RU2767603C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5559385A (en) * | 1993-04-14 | 1996-09-24 | Maloe Nauchno-Vnedrencheskoe Predpriyatie "Kopen" | Stator of ac electric machine |
RU109934U1 (en) * | 2011-05-23 | 2011-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | ASYNCHRONOUS ROTATING MACHINE |
RU113090U1 (en) * | 2011-09-07 | 2012-01-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | SYNCHRONOUS ROTATING MACHINE WITH COMBINED WINDING |
RU2538266C2 (en) * | 2013-02-27 | 2015-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | COMBINED WINDING OF INDUCTION MACHINE FOR 2p=4, z=36 |
RU2568646C1 (en) * | 2014-10-20 | 2015-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "АС и ПП" | COMBINED WINDING FOR ELECTRIC MACHINE DESIGNED PER 2p=12, z=36 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2020103454A3 (en) | 2022-02-10 |
RU2020103454A (en) | 2021-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ding et al. | Development and investigation on segmented-stator hybrid-excitation switched reluctance machines with different rotor pole numbers | |
Ding et al. | Comprehensive research of modular E-core stator hybrid-flux switched reluctance motors with segmented and nonsegmented rotors | |
Lai et al. | Analysis of stator winding inter-turn short-circuit fault in interior and surface mounted permanent magnet traction machines | |
Kudelina et al. | Production quality related propagating faults of induction machines | |
Nuzzo et al. | Damper cage loss reduction and no-load voltage THD improvements in salient-pole synchronous generators | |
Shastri et al. | Design and analysis of brushless dc motors for ceiling fan application | |
RU2767603C2 (en) | Combined winding of energy-efficient electric machine | |
Ugale et al. | A new rotor structure for line start permanent magnet synchronous motor | |
CN105186796A (en) | PMSM reconstruction method for AC induction squirrel-cage rotor motor | |
Sorgdrager et al. | Design procedure of a line-start permanent magnet synchronous machine | |
Alidousti et al. | A new rotor prototype for single phase line start permanent magnet synchronous motor based on amendments to a small industrial shaded pole induction motor | |
Lin et al. | Fault signature of a flux-switching DC-field generator | |
Janjamraj et al. | Development of Energy Efficiency Standard and Regulation for Electric Motors in Thailand | |
Chen et al. | Decoupled model for asymmetrical dual three phase permanent magnet synchronous machine | |
Aguiar et al. | Rewinding strategy aided by FEA as a solution to increase efficiency of industrial motors | |
Apaydın et al. | Investigation of the efficiency improvement on a 1.1 kW three-phase asynchronous motor | |
Gyftakis et al. | The zero-sequence current spectrum as an on-line static eccentricity diagnostic mean in Δ-connected PSH-induction motors | |
Wang et al. | Calculation and analysis of the strands short-circuit in stator transposition bar for large generators | |
Makowski et al. | Experimental verification of field-circuit model of a single-phase capacitor induction motor | |
Nam et al. | Design of pole change single-phase induction motor for household appliances | |
Yang et al. | Novel asymmetrical rotor design for easy assembly and repair of rotor windings in synchronous generators | |
Nuzzo et al. | An analytical and genetic-algorithm-based design tool for brushless excitation systems of low-medium rated synchronous generators | |
Escarela-Perez et al. | Efficient finite-element computation of synchronous machine transfer functions | |
Holik et al. | A finite-element model for induction machines incorporating winding faults | |
Pradhan et al. | Characterstics of stator inductances with intertum fault in PMBLDC motor using winding function approach |