Синусная обмотка электрической машины

 

Использование: электротехника, электрические машины. Сущность изобретения: синусная обмотка интегральной технологии изготовления содержит 2p катушечных групп из N концентрических витков из плоского проводника, расположенных на изоляционной подложке. Число N выполнено в соответствии с соотношением N=J_n+{1/2 arcsin[(b_n+b_g)/2τ]×Π. Шаг i-го витка при нумерации, начиная с витка наибольшего шага, выполнен равным + arcsin(i/N)-(i-1)·arcsin(i-1)/N], где = 1,2. . . N, - номер витка катушечной группы при начале нумерации с витка наибольшего шага; τ - ширина полюсного деления по наименьшему диаметру расположения активных частей проводников; Jnt - оператор выделения целой части числа в скобках, полученного для N. Использование предлагаемой обмотки позволяет уменьшить в 2 - 5 раз обмоточные коэффициенты. При этом фильтрующие свойства, определяемые коэффициентом дифференциального рассеяния, больше в 5 - 250 раз в зависимости от числа N. Улучшение использования активных материалов происходит за счет увеличения более чем на 20% обмоточного коэффициента для основной гармоники. 2 ил, 3 табл.

Изобретение относится к электомашиностроению и может быть использовано в электрических машинах автоматических устройств, например индуктосинах, вращающихся трансформаторах.

Известны синусные концентрические обмотки, состоящие из 2р катушечных групп, каждая из которых содержит разношаговые катушки, при этом число витков каждой катушки пропорционально синусу шага катушки, выраженному в электрических радианах [1] .

Недостатком известных обмоток является то, что они не могут изготавливаться методом интегральной технологии, ввиду их многовитковости.

Известна также обмотка интегральной технологии изготовления, содержащая 2 р катушечных групп, каждая из которых состоит из концентрических pазношаговых витков, между которыми установлены магнитные вставки [2] .

Недостатком указанной конструкции является снижение точности информационной электрической машины за счет расхождения нулевых точек, относительно кратных полюсному делению углов, обусловленного технологическими погрешностями изготовления магнитных вставок и сборки машины.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является синусная обмотка интегральной технологии изготовления, содержащая 2 р катушечных групп, каждая из которых состоит из N концентрических разношаговых витков, расположенных на изоляционной подложке, с шириной активной части плоского проводника b_п и минимально возможным расстоянием между двумя смежными проводниками b_д [3] .

Недостатками известной конструкции обмотки являются низкие фильтрующие свойства по отношению к высшим пространственным гармоникам и пониженное значение коэффициента обмоточного для основной гармоники ввиду равномерного изменения величины шага каждого последующего витка по отношению к шагу предыдущего.

Целью изобретения является улучшение фильтрующих свойств обмотки за счет снижения величин обмоточных коэффициентов высших пространственных гармоник и повышение использования ее активного объема путем увеличения обмоточного коэффициента основной гармоники.

Это достигается тем, что в известной синусной обмотке интегральной технологии изготовления, содержащей 2р катушечных групп, каждая из которых состоит из N концентрических разношаговых витков, расположенных на изоляционной подложке, с шириной активной части плоского проводника b_п и с минимально возможным расстоянием между двумя смежными проводниками b_д, согласно изобретению, число витков N выполнено в соответствии с соотношением N= Int, а шаг i-го витка, выраженный в электрических радианах, выполнен в соответствии с соотношением y_i= Π-2 - + iarcsin-(i-1)arcsin, где i - 1,2, . . . , N - номер витка катушечной группы при начале нумерации с витка наибольшего шага; τ- ширина полюсного деления по наименьшему диаметру расположения активных частей проводников; Int - оператор выделения целой части числа в скобках.

На фиг. 1 изображена катушечная группа обмотки с указанием шагов витков для произвольного их числа N; на фиг. 2 - форма намагничивающей силы обмотки для случая N = 5.

Синусная обмотка интегральной технологии изготовления содержит 2р катушечных групп, каждая из которых (фиг. 1) состоит из N концентрических витков 1, расположенных на изоляционной подложке 2, при этом число N выполнено в соответствии с соотношением , Шаг i-го витка, выраженный в электрических радианах, при нумерации, начиная с витка наибольшего шага, выполнен равным Например, при минимально возможной ширине дорожек и при принятой технологии изготовления (методом фотолитографии) b_g = 1 мм и необходимой ширине активной части проводника b_n = 2 мм, располагаемом на ширине полюсного делению τ = 50 мм по наименьшему диаметру расположения активных частей проводников, катушечная группа будет содержать число витков
При этом шаг первого витка будет равным
y₁= Π-2 + arcsin= 2,941 эл. рад
Шаги последующих витков приведены в табл. 1.

Фильтрующие свойства обмотки определяются величиной коэффициента дифференциального рассеивания:
K_д= , где K_w1- коэффициент обмоточный для основной гармоники поля;
K_wν - коэффициент обмоточный для высших гармоник;
ν = 2q+1 - порядковый номер гармоники
q = 0, ±1, ± 2. . .

Коэффициент обмоточный K_wν предложенной обмотки определяется по формуле
K= K_yν, где K_yν= sin- коэффициент укорочения шага i-го витка для ν -гармоники.

Величины коэффициентов обмоточных для первых 15-ти гармоник при различных числах N и соответствующие им коэффициенты дифференциального рассеивания приведены в табл. 2.

Низкое процентное содержание высших гармоник предложенной обмотки графически проиллюстрировано для случая N = = 5 на фиг. 2. Отклонение ступенчатой формы н. с. обмотки F от синусоиды на каждом из участков в относительных единицах составляет 1/2N, а интегральное отклонение от синусоиды равно нулю.

С целью сравнения фильтрующих свойств предложенной обмотки со свойствами обмотки прототипа в табл. 3 приведены аналогичные величины при тех же числах витков N обмотки прототипа, характеризующейся равномерным изменением шага витков.

По сравнению с прототипом коэффициенты обмоточные для высших гармоник уменьшены в 2-5 раз, а фильтрующие свойства обмотки, определяемые коэффициентом дифференциального рассеивания, больше в 5-250 раз в зависимости от числа N. При этом коэффициент обмоточный для основной гармоники предложенной обмотки увеличивается на 20% и более, что приводит к улучшению использования активных материалов.

Формула изобретения

СИНУСНАЯ ОБМОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащая 2p катушечных групп, каждая из которых состоит из N концентрических витков с различными шагами, которые расположены на подложке из изоляционного материала и выполнены из плоского проводника с шириной активной части b_n, а расстояние между двумя сметными проводниками равно b_g, отличающаяся тем, что число витков каждой катушечной группы определяется из выражения
N= Jnt,
а шаг i-го витка определяется из выражения
y_i= Π-2 - + iarcsin-(i-1)arcsin, эл. гpад. ,
где i = 1,2 . . . N - порядковый номер витка катушечной группы при начале нумерации с витка наибольшего шага;
τ - ширина полюсного деления по наименьшему диаметру расположения активных частей проводников;
Int - оператор выделения целой части числа, в скобках полученного для N.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4