Схемы катушечных обмоток синхронных машин с постоянными магнитами на роторе
Аннотация
Представлена методика построения электрических схем катушечных обмоток для явнополюсного статора электрических машин с постоянными магнитами на роторе, исходя из требуемого числа пар полюсов (синхронной частоты вращения) и числа фаз. Алгоритм методики основан на определении числа зубцов статора как ближайшего к числу полюсов ротора 2p значения, кратного числу фаз, что обеспечивает достаточный уровень коэффициента укорочения катушек и обмоточного коэффициента. В соответствии с методикой катушки в фазах могут занимать одну, две или четыре фазные зоны из рядом расположенных катушек, соединяемых в катушечные группы последовательно встречно. Алгоритм проверен на нескольких примерах построения схем обмоток синхронных машин, известных из теории и практики электромашиностроения, в том числе серийных с внутренним статором и для опытной конструкции мощного двигателя. Для последнего сопоставлены варианты с трёхфазной и девятифазной обмоткой для тридцатидвухполюсного ротора (2p = 32). Расчётные исследования момента двигателя с обоими вариантами схемы методом конечных элементов показали преимущество девятифазной обмотки по развиваемому моменту на 20 %. Для одного варианта серийного двигателя правильность построения схемы обмотки проверена расчётом угловых характеристик при различной плотности тока. Во всех примерах формальное следование пунктам изложенной методики приводило к правильным схемным решениям. Предложен критерий оценки технологической сложности изготовления машины с постоянными магнитами, который зависит от типа обмотки (распределённой или катушечной) и количества постоянных магнитов на один полюс магнитной системы.
Литература
2. Lipo T.A. Introduction to AC Machine Design. John Wiley &Sons, 2017, 544 p.
3. Zhu Z.Q., Chen J.T. Advanced Flux-Switching Permanent Magnet Brushless Machines. – IEEE Transactions on Industry Magnetics, 2010, vol. 46 (6), pp. 1447–1453, DOI: 10.1109/TMAG.2010.2044481.
4. Смирнов А.Ю. Электропривод с бесконтактными синхронными двигателями. М.: Инфра-М, 2021, 200 с.
5. Смирнов А.Ю. Индукторные машины. Проектирование и вычислительный анализ. М.: Форум, 2015, 192 с.
6. Жерве Г.К. Обмотки электрических машин. Л.: Энергоатомиздат, 1989, 400 с.
7. Pyrhönen J., Jokinen T., Hrabovcová V. Design of Rotating Electrical Machines. John Wiley and Sons, 2008, 538 p.
8. Li Y, Mi C.C. Doubly Salient Permanent-Magnet Machine with Skewed Rotor and Six-State Commutating Mode. – IEEE Transions on Magnetics. 2007, vol. 43(9), pp. 3623–3629, DOI:10.1109/TMAG.2007.901949.
9. Hanselman D.C. Brushless Permanent-Magnet Motor Design. New York: McGraw Hill, 1994, 191 p.
10. Miller T.J.E. Optimal Design of Switched Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2002, vol. 49(1), pp. 15–27, DOI: 10.1109/41.982244.
11. Gieras J.C. Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications. 3rd Ed. New York: CRC Press, 2010, 608 p.
12. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями /под ред. М.Г. Чиликина. М.: Энергия, 1971, 624 с.
13. Silvester P.P., Ferrari R.L. Finite Elements for Electrical Engineers. Cambridge: Cambridge University Press, 1996, 494 p.
14. Alberti L. et al. Finite-Element Analysis of Electrical Machines for Sensorless Drives with High-Frequency Signal Injection. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, vol. 50, No 3, pp. 1871–1879, DOI:10.1109/TIA.2013.2285957.
15. Pat. US6888280B2. High Performance Brushless Motor and Drive for an Electrical Vehicle Motorization / J.-Y. Dubé, J. Cros, P. Viarouge, 2005.
16. Смирнов А.Ю. Проектирование высокооборотных генераторов большой мощности с постоянными магнитами на роторе. – Электричество, 2017, № 11, с. 40–45.
#
1. Ivanov-Smolenskiy A.V. Elektricheskie mashiny (Electric Machines). М.: Energiya, 1980, 928 p.
2. Lipo T.A. Introduction to AC Machine Design. John Wiley &Sons, 2017, 544 p.
3. Zhu Z.Q., Chen J.T. Advanced Flux-Switching Permanent Magnet Brushless Machines. – IEEE Transactions on Industry Magnetics, 2010, vol. 46 (6), pp. 1447–1453, DOI: 10.1109/TMAG. 2010.2044481.
4. Smirnov A.Yu. Elektroprivod s beskontaktnymi sinhronnymi dvigatelyami (Electric Drive with Contactless Synchronous Motors). М.: Infra-M, 2021, 200 p.
5. Smirnov A.Yu. Induktornye mashiny. Proektirovanie i vychis-litel'nyy analiz (Inductor Machines. Design and Computational Analysis). М.: Forum, 2015, 192 p.
6. Zherve G.К. Obmotki elektricheskih mashin (Windings of Elect-ric Machines). L.: Energoatomizdat, 1989, 400 p.
7. Pyrhönen J., Jokinen T., Hrabovcová V. Design of Rotating Electrical Machines. John Wiley and Sons, 2008, 538 p.
8. Li Y, Mi C.C. Doubly Salient Permanent-Magnet Machine with Skewed Rotor and Six-State Commutating Mode. – IEEE Transions on Magnetics. 2007, vol. 43(9), pp. 3623–3629, DOI:10.1109/TMAG.2007.901949.
9. Hanselman D.C. Brushless Permanent-Magnet Motor Design. New York: McGraw Hill, 1994, 191 p.
10. Miller T.J.E. Optimal Design of Switched Reluctance Motors. – IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2002, vol. 49(1), pp. 15–27, DOI: 10.1109/41.982244.
11. Gieras J.C. Permanent Magnet Motor Technology: Design and Applications. 3rd Ed. New York: CRC Press, 2010, 608 p.
12. Diskretnyy elektroprivod s shagovymi dvigatelyami (Discrete Electric Drive with Stepper Motors) / Ed. by M.G. Chilikin. М.: Energiya, 1971, 624 p.
13. Silvester P.P., Ferrari R.L. Finite Elements for Electrical Engineers. Cambridge: Cambridge University Press, 1996, 494 p.
14. Alberti L. et al. Finite-Element Analysis of Electrical Ma-chines for Sensorless Drives with High-Frequency Signal Injection. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, vol. 50, No 3, pp. 1871–1879, DOI:10.1109/TIA.2013.2285957.
15. Pat. US6888280B2. High Performance Brushless Motor and Drive for an Electrical Vehicle Motorization / J.-Y. Dubé, J. Cros, P. Viarouge, 2005.
16. Smirnov A.Yu. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2017, No. 11, pp. 40–45.
