RU1772U1 - Многофазная электрическая машина переменного тока - Google Patents

Abstract

1. МНОГОФАЗНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащая статор с шестью фазами 1 - 6, образующими смещенные в пространстве одна относительно другой первую (фазы 1 - 3) и вторую (фазы 4 - 6) симметричные трехфазные обмотки с одинаковым числом полюсов и одинаковой последовательностью фаз, ротор и три конденсатора, отличающаяся тем, что первая и вторая, трехфазные обмотки соединены между собой последовательно, образуя три узла электрических соединений фаз, конденсаторы подключены к узлам электрических соединений фаз первой и второй трехфазных обмоток таким образом, что входная клемма первого конденсатора соединена с концом 1К фазы 1 и началом 4Н фазы 4, входная клемма второго конденсатора соединена с концом 2К фазы 2 и началом 5Н фазы 5, входная клемма третьего конденсатора соединена с концом 3К фазы 3 и началом 6Н фазы 6, начала 1Н, 2Н, 3Н фаз 1,2,3, образующие соответственно первую, вторую и третью входные клеммы электрической машины, выведены для подключения к внешней сети питания, концы 4К, 5К, 6К фаз 4, 5, 6 и выходные клеммы конденсаторов электрически соединены, обеспечивая протекание по первой и второй трехфазным обмоткам токов, имеющих активную и реактивную составляющие, при этом угол β между векторами напряжения питания последовательно соединенных фаз и опережающего тока конденсатора составляетэл. град, где γ - пространственный угол сдвига второй трехфазной обмотки по отношению к первой трехфазной обмотке в сторону отставания по направлению чередования фаз, при этом ток конденсатора равен геометрической сумме токов последовательно соединенных фаз в узле электрических соединений.2. Машина по п.1, отличающаяся тем,

Description

МНОГОФАЗНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к электромашиностроению.

ИзБес1Ны трехфазные электродвигатели с кшпенсационнш генератором / I /. Они имеют на статоре две трехфазные обмотки, ОСНОБн и дополнительную - компенсационн ж), при этом компенсационная обмотка получает питание от шлпульсного компенсирующего генератора, жестко связанного с валом двигателя. В таких электродвигателях за счет регулирования тока в кшпенсационной обмотке потребление реактивного тока из сетипитания хновной обмоткой может быть уменьшено до нуля (коэффициент мощности С0)р 1).

Однако электродвигатели с компенсационнш генератором имеют низкие удельные показатели по расходу материалов на единицу активной мощности, что огранич11вает область их пршенения.

известны также трехфазные электродвигатели переменного тока с контуром нейтрализации индуктивности рассеяния ротора и взаимоиндукции статора / 2 /. Электродвигатель ссщераит на статоре подключаемую к сети хновную трехфазную обмотку и электрически не связанную с основной обмоткой - дополнительную трехфазную оСыотку, а также три конденсатора и три насыщаемых реактора с переменной индуктивнхтью. Дополнительная 3-х фазная обмотка, конденсаторы и реакторы образуют S-x фазный контур нейтрализации инд; ктивнхтей двигателя, при этом реактивное сопротивление контура нейтрализации включено параллельно индуктивнхти рассеяния ротора и взаимоМКИ5КЛ. H02K 17/28

.

индуктивности сгагора, что изменяет с5/iv парную индуктивность двигателя и, соответственно, влияет на потребление электродвигателем реактивной мощности из сети питания. Иаяичле з электродвигателе дополнительного контура нейтрализации индуктивнее set позволяет значительно ул -чшить его энергетические показатели за счет минимизации потребления реактивной мощности из сети питания, что достигается путем соответствующего регулирования степени насыщения реактора переменной индуктивнхти в зависимости от изненеШШ нагрузки и частоты вращения электродвигателя.

Однако, несмотря на повышенные энергетические порсазатели, данный электродвигатель не получил широкого распространения, что обусловлено относительно высокой стоимостью устройств, образующих контур нейтрализации иадуктивностбй электродвигателя.

Наиболее близкий техническим решением к предлагаемо у является многофазная электрическая кашина, описанная в / 3 /. Она содержит статор с шесшью фазншш обмоткаыи., образ510щи :И1 смещенные в пространстве одна относительно другой первою (основную) и вторую (дополнительную) симметричные З-х фазные обмотки с одинаковой последовательностью фаз и одинаковы -. числом полюсов, ротор и три

конденсатора.

В данной машине первая и }зторая 3-х фазные обмотки подключены параллельно к общей электрической пц тания, а конденсаторы соединены последовательно с фазшли второй обмотки, в результате чего по второй обмотке протекает только ё- кхтной реактивный ток. Основное достоинство данной элeк i:pйчeclwж цшины - значительное снижение потребления реактивной мощнтети из э-льктрической сети ш-1тания при относительной простоте схемы и конструкции 5стройатва компенсации реактивной мощности (дополнительная обмотка на статоре и конденсаторы).

Однако, данная электрическая машина имеет относительно низкие удельные показатели по расходу акгивршх материалов (медь, электротехническая сталь) на единицу полезной мощности и, соотзетственно, пониженные технико-эконшичесшае доказател . Этот недостаток обуслов71ен теи, что размещение на статоре дополнительной обмотки, занимающей- око л 0.30 от общего объема алектроь агнитной системы машины, приводит к снижению токовом загрузки хновной обйотки и, соответственно, к снижению аживной мощности машины. Кроме того, в данной электрической машине основная и дополнительная обмотки имеют различное число витков в фазах и выполнены из проводников разного сечения, что усложняет технологический процесс изготовления машины и снинает ее надежность.

технического.

Целью настоящего Урешения является повышение технико-экономических показате71ей электрических машин переменного тока при одновременном снижении потребления реактивной мощности из питающей электрической сети, а также упрощение технологического процесса изготовления машины и повышение её надежнхги.

Д71Я этого в многофазной электрической машине переменного тока, содержащей статор с шестью фазами 1, 2, о, 4-, 5 и б, образующими смещенные в пространстве одна относительно другой первою и вторую симметричные 3-х фазные обмотки с одинаковы:,- числом полюсов и одинаковой последовательностью фаз, ротор и три конденсатора, первая и вторая трехфазные обмотки соединены ме}кду собой последовательно, образуя три узла электрических соединений фаз, при этом конденсаторы подключены к узлам электрических создинений фаз первой и второй грехфазнь х обмоток таким образов., что входная клемма первого конденсатора соединена с концом IK фазы I и началом 4Н фазы 4, входная клемма второго конденсатора соединерш с концом 2К фазы 2 и началш 5Н фазы 5, входная клемма 1:.етьего

конденсатора соединена с концом БК фазы 3 и начаяом 611 фазы б, начала1Н, 2Н я БН фаз I, 2 и 3, оОраз аощие, соотвегствзршо, лервую, вторую и третью входные кле:.;.:ы электрической машиш, выведены для подключения к внешней сети питания, концы 4К, 5К и 6К фаз 4, 5 и б и выходные клемьш конденсаторов электрически соединены, обеспечивая протекание по первой и второй трехфазной обмоткам токов,

имеющих активную и реактивную составляющие, при STOLI угол между

векторами напряжения питания последовательно соединенных драз конденсатора, равного геометрической cyiviLie токов этих фаз В узле электрических соединений, составляет О р4(90 - -) эл.град.,

где К - пространственный угол сдвйга второй S-x фазной обмотки по отношению к первой S-x фазной обмотке в сторону отставания по на п р ев л е нию п ос ле д ов ат е л ьн о с т и фа а .

Taiiie в предлагаемой электрической машинз концы 4К, 5К и бК фаз 4, 5 и б могут быть электрически соединены, образуя нулевую точку обйоток статора, а выходные клеммы первого, второго и третьего конденсаторов электрическисоединены i. собой, образуя включение конденсаторов по схеме звезде.

Кроме того, в электрической машине концы 4К, 5К и бК фаз 4, 5 и б электрически соединены, образуя нулевую точку обмоток статора, а входные и выходные рслемьш трех конденсаторов электрически соединены ыежду собой по схеме треугольник.

В предлагаемой электрической 1/;ад1ине концы 4i{, эК, бК фаз 4, 5, б и выходные клеммы трех конденсаторов могут быть электрически соединены в общую нулевую точку.

Такие в предлагаемой электрической машине концы , 5К и бК фаз 4, 5 и б йогут быть электрически соединены, образуя нулевую точку обыоток статора, при а-хом выходная клем1.:а первого конденсатора соединена с началом IH фазы I, выходная клемма второго

ortgpp a.

Y

денсатора соединена с началом 2Н фазы 2 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с началом ЗН фазы 3.

Кроме того, в электрической ыашине начало IH фазы I Ь5ожет быть соединено с концом бК фазы 6, начало 2Н фазы соединено с концом 4К фазы t начало ЗН фазы 3 соединено с концом 51{ фазы 5, образуя соединение фаз 1-6 в схему шестистороннего многоугольника, а выходная клемма первого конденсатора соединена с концом 4К фазы , выходная клемма второго конденсатора соединена с концом 5К фазы 5 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с концом 6К фазы 6 .

В электрической машине первая и вторая 3-х фазше обмотки и конденсаторы могут иметь такие электрические соединения, что начало IK фазы I соединено с концом 6К фазы 6, начало 2Н фазы 2 соединено с концом 4-iC фазы 4, начало ЗИ фазы 3 соединено с концом 5К фазы 5, а выходная клемма первого ког1деЕсатора соединена с началом 1И фазы I, выходная клемма второго конденсатора соединена с началом 2Н фазы 2 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с началом ЗН фазы 3.

В.предлагаемой электрической машине начало 1Н фазы I ыоает быть соединено с конца л 5К фазы 5, начало 2Н фазы 2-е концо 6К фазы б, начало ЗН фазы 3-е концом 4К фазы 4, при этом выходная клемма первого конденсатора соединена с концом А-К фазы 4, выходная клемма второго конденсатора соединена с концом 5К фазы 5 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с концом бК фазы б.

Также в электрической машине начало IK фазы I может быть соединено с концом 5К фазы 5, начало 2Н фазы 2 соединено с концш бК фазы 6, начало ЗН фазы 3 соединено с концам 4К фазы 4, а выходная клемма первого конденсатора соединена с началом IH фазы I, выходная

-/(

клемма второго конденсатора соединена с началом 2п фазы 2 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с началом SH фазы 3.

В предлагаемой электрической машине фазы 1- размещены на статоре каждая в фазной зоне шириной 60 эа.град. В электр -Лытоу раз зы 2 и. 5, фаз Предлага фиг.1 фиг.2 фиг.3 фиг.4- фиг.5 фиг.6 фиг.7 фиг.8

./i/ ической машине первая и вторая трехфазные обмотки момещены на статоре таким образом, что соазы I и , фаы 3 и б занимают общую фазною зону шириной 60 эл.град. емое изобретение поясняется рисунками, на которых: многофазная (шестифазная) электрическая машина переменного тока с распределенньши обмотка1ли и шириной фазной зоны 60 эл.град.; то же, с шириной фазной зоны 30 эл.град.; электрическая машина с соединением обмоток статора и конденсаторов по схеме звезда-звезда ; электрическая машина с соединением обмоток статора и конденсаторов по схеме звезда-тре гольник ; электрическая .5ашина с общей нулевой точкой обыоток статора и конденсаторов; электрическая машина с подключением конденсаторов параллельно фазам первой трехфазной обмотки; электрическая машина с соединением обмоток статора по схеме шестистороннего многоугольшка и подключением конденсаторов параллельно фазамвторой 3-х фазной обмотки; электрическая машина с соединением обмоток статора по схеме шестистороннего многоугольника и подключением конденсаторов параллельно фазам первой 3-х фазной обмотки; ,

конденсаторов параллельно фазан второй 3-х фазной обыо1ки;

фиг,10 - электрическая машина с соединением оШоюк стагора по . схеме шестисюронней звезды и подкгшчением конденсаторов параллельно фазам первой З-х фазной обмотки; фиг.II - схема подключения многофазной электрической машины переменного юка к 3-х фазной -х проводной сети питания с нулевым приводом; фиг.12 - векторная диаграь1ма асинхронного электродвигателя:

а) б-ти фазного электродвигателя при смещении 3-х фазных ОЙ40ТОК на угол 30 эл.град.; 6} известного 3-х фазного двигателя, фиг.13 - векторная диаграмма б-ти фазного электродвигателя при

смещении 3-х фазных обмоток на угол о - 60 эл.град. фиг.14 - векторная диаграмма б-ти фазного электродвигателя при

смещении 3-х фазных обмоток на ;утол JT - 30 эл.град. Электрическая машина (фиг.1, 2) содержит ыногофазьую обмотку, состоящую из шести фаз 1-6, статор 7, ротор 3 и три конденсатора 9-II. Фазы 1-6, имеющие каждая, соответственно, начало IH-6H и конец IK-6K, образуют первую (фазы 1,2,3) и вторую (фазы ,5,6) симметричные трехфазные обмотки с одинаковы, числом полюсов и одинаковой последовательностью фаз, при этш трехфазные обмотки размещены в пазах статора 7 таким образш, что вторая обмотка смещена по отношению к первой обмотке на угол эл.град. в сторону отставания по направлению чередования фаз. Первая и вторая трехфазные обмотки соединены между собой последовательно так, что конец IK фазы I соединен с началом 4Н фазы 4, образуя узел электрических соединений 12, конец 2К фазы 2 соединен с началш 5Н фазы 5, образуя узел электрических соединений 13, и конец ЗК фазы 3 соединен с началом бН фазы б, образуя узел электрических соединений 14, при этом к узлам

электрических соединений 12, 13, IA- подключены, соогветствеш-ю, входные клеммы конденсаторов 9, 10, II. Электрическая машина по фиг.1,2 не имеет внутренних эдекгрических соединений, сбъедишющих первую и вторую трехфазные обмотки и конденсаторы в единую электрическую схему, а соединение начал IE, 2И, Би фаз I-S, концов А-К, 5К, 6К фаз 4-6 и выходных клемм 15, 16, 17 кондешатороз 9, 10, II Б общую схему многофазной электрической метины осущестЕяяетсяна шинах сети питания с помощью большого количества соединительных проводников и пусковых устройств (выключатели, пускатели, конденсаторы и т.п.)

G целью уменьшения количества внешних соединительных проводников и пусковых устройств, необходи лых для подкшочения электрической г ашины к сети питания, первая и вторая трехфазные об:.отки и конденсаторы иогут быть соединены между собой в общую электрическую схему внутри машины или на её выходное клеминике, при этоы обмотки статора многофазной машины могут быть включены по схеме звезда или много;;,тольник, а конденсаторы - по cxeiie звезда, тре тольник или параллельно фазам одной из двух 3-х фазных обмоток (фиг.З-Ю).

В электрической машине с соедиисние л обьюток статора и конденсаторов по схеме звезда - звезда (с:.1. флг.Б) концы 4К, 5К и 6К фаз Л, 5 и 6 электрически соединены г.елду собой, образуя нулевую точку 18 обмоток статора, выходные клемыы 15, 16, 17 конденсаторов 9, 10, II электрически соединены ые:едУ собой, образуя нулевую точку конденсаторов 19, а начала In, 2п, oIi фаз 1,2,3, образующие, соответственно, три входных клеммы 20,21,22 электрической машины, выведены для подключения к внешней сети. Такое соединение обмоток и конденсаторов позволяет минимизировать число выходных клемм электрической ьлашины, а также уменьшить количество внешних соединительных проводников и пусковых устройств, что снижает затраты на изго- / 5 W товление и эксплуатацию электрической машины. Электрическая машина по (шг.З применяется при использовании конденсаторов с HHSKI-IM номинальным напряжением (в 3-4 раза меньше но линального напряжения сети питания), определяемьп по известной формуле: // /IW2 .Н. , где VS fvV4H- A/2) U-C.H - номинальное напряжение конденсатора; Ил - линейное напряжение сети питания; f.W число витков в фазе, соответственно, для первой и второй 8-х фазшях обмоток. При использовании конденсаторов с более высоким уровнем номинального напряжения целесообразно применять электрическую машину с соединением обмоток статора и конденсаторов по схеме звезда - треугольник (с.м. фиг Л). В электрической машине по фиг Л начала IH, 2Н, ЗН фаз 1,2,3, образующие, соответственно, три входных клеммы 20, 21, 22 электрической машины, выведены для подключения к внешней сети, концы 4К, 5К и 6К фаз 4, 5 и б электрически соединены, образуя нулевую точку обыоток статсфа 18, а входные и выходные клеммы конденсаторов 9, 10, II электрически соединены мекду собой, образ /н вк71ючение конденсаторов по схеме треугольник, что позволяет в УЗраз увеличить номинальное напряжение конденсаторов 9, 10, II и, соответственно, в 3 разе уг еньшить установленную емкость этих конденсаторов. Электричесрше машины по фиг. S, 4 предназначены для включения как в прямом, так и в обратном направлении вращения поля статора. В случае использования электрической машины только для прямого направления вращения может быть применена схема с общзй нулевой точкой обмоток статора и конденсаторов (сы. фкг.5). 3 электрической машине по фиг.5 начала IH, 211, БН фаз 1,2,5, образующие, соответственно, три входных клеммы 20,21,22 электрической машины, выведены -/у- 9e.

для подключения к внешней сети, а концы 4К, 5К, 6К фаз 4, 5, 6 и выходные клеммы 15, 16, 17 конденсаторов 9, 10, II электрически соединены меаду собой, образ;уя общую нулев то ючку 28 элека рической машины,,при Э2оы конденсаторы 9, 10, II подключаются параллельно, соогвешственно, фазам ,5,6 второй трехфазной обмотки.

При необходшмосги использования электрической машины для обратного направления вращения, может быть применена машиж с подключением конденсаторов параллельно фазам первой В-х фазной обмотки (см. фиг .6). В такой электрической машине выходная клемма 15 конденсатора 9 соединена с началом 1Н фазы I, образуя входную клсМ1.у 20 электрической машины, выходная клемма 16 конденсатора 10 соединена с началом 2Н фазы 2, образуя входную К71еыыу 21 электрической машины, выходная клемма 17 конденсатора II соединена с началом ЗЫ фазы 3, образуя входную клемму 22 электрической , а концы К, 5К и 6К фаз 4, 5 и б электрически соединены между собой, образуя нулевую точку 18 обмоток статора,

Общим техническим решением для электрических машин по фиг.3-6 является соединение статорных обмоток по схеме звезда, что позволяет снизить уровень номинального напряжения фаз в VS рез по сравнению с номинальные напряжением сети питания, зсшАСтвие чего такие Э71ектрические машины могут быть использованы при подключении к сети питания с относительно высоким уровнем номинального напрякен ья.

При наличии сети питания с поний;еины:л уровнем номинального напряжения, например, 220 В .- вместо S80 В или S80 В - вместо 660 В, целесообразно применять электрические машины с соединением фаз статора по схеме многоугольник (см. фиг. 7, 8), что позволяет сохранить величину напряжения, прикладываемого к выводам конденсаторов и, соответственно, не увеличивать их ёмкость и габариты.

/ f v///

в электрической машине по фиг .7 начало 1Н фазы I и конец 6К фазы б электрически соединены, образуя входную :сле1лму 20 злектрической машины, начало 2Н фазы 2 и конец А-К фазы 4 электрически соединены, образуя входную клемму 21 электрической машины, начало SH фазы 3 и конец 5К фазы 5 электрически соединены, образуя входную клемму 22 электрической машины, а выходные клемкы 15, 16, 17 конденсаторов 9, 10, II соединены соответственно с входны - клеынами 21, 22, 20 электрической машины. В электрической машине по фиг.7 конденсаторы 9, 10, II подключены параллельно фазаь; 4, 5, б второй трехфазной обмотки и такая электрическая машина предназначена для работы при прямом направлении враш.ения поля статора.

При необходимхтй использования электрической ..ашины для обратного направления вращения, может быть применена машина с подключением конденсаторов 9, 10, II параллельно фазаг/. 1,2,3 первой 3-х фазной ойлотки (см. фиг.8). В такой электрической машиш начало IH фазы I и конец 6К фазы 6 электрически соединены, образуя входную клемму 20 .электрической машины, начало 2Н фазы 2 и конец 4К фазы электрически соединены, образуя входную клемму 21 электрической машины, начало 3ii фазы 3 и конец 5К фазы 5 электрически соединены, образуя входную клемму 22 электрической машины, а выходные клеммы 15, 16, 17 конденсаторов 9, 10, II соединены, соответственно, с входными клеммами 20, 21, 22 электрической машины.

Известия., что технологический процесс производства электрических машин требует определенной последовательности проведения операций по укладке секции в пазы статора, объединения секций в фазные группы и соединения фазных групп в общую схему многофазной обмотки статора с помощью специальных электрических соединителей (перемычек), при этом количество и форма перемычек зависят от схемы и способа укладки обмотки.

16- уо /уу

в 20М случае, ес71И при изготсв пелии злектрической машины со схемой соединения обмоюк по фиг. 7, 8 требуется установка большого количества перемычек сложной формы, то, с целые оптимизации технологического процесса и повышения наде;;;ности электрической 17 ашины, целесообразно прш енение электрической машины со схемой соединения оШоток по фиг. 9, 10.

В электрической машине по фиг.9 начало IK фазы I и конец 5К фазы 5 электрически соединены, образуя входную клешу 20 электри4eoKoid машины, начало 2Ы фазы 2 и конец 6К б электричесш соединены, образуя входную клемму 21 электрической машины, начало ЗН фазы 3 и конец 4-К фазы 4 электрически соединены, образуя входную клемму 22 электрической машины, а выходные кле1.мы 15, 16, 17 конденсаторов 9, 10, II соединены, соответственно, с входными клешами 22, 20, 21 электрической машины. Данная электрическая машина предназначена для работы при прямо;,, направлении вращения поля статора.

При необходимости использования машны для обратного направления вращения, может быть применена электрическая машина по фиг.10. В такой электрической машине начало Iri фазы I и конец 5К фазы 5 электрически соединены, образуя входною кле15му 20 электрической машины, начало 2Н фазы 2 и конец бК фазы 6 электрически соединены, образуя входную клемму 21 электрической машины, начало ЗН фазы 3 и конец ЛК фазы 4 электрически соединены, образуя входную клемй1у 22 электрической-машины, а выходные клемг-ш 15, 16, 17 конденсаторов 9, 10, II соединены, соответственно, с БХОДНЫГ Ш клеммами 20, 21, 22 электрической машины.

Предлагаемая электрическая машина пере.мешгого тока по фиг.1,2 в качестве асинхронного электродвигателя с короткоз81/л{нуты1 ротором

.л,(/y/(Y

1.

padoiaei следующим образом. Для обеспечения нормального рабочего peimia двигателя, его фазы 1-6 и конденсаторы 9, 10, II с по- мощью пусковых устройств (пускателей) 2, 25, 26 подключают к 3-х фазной -х проводной сети переменного тока с нулевым проводом, на питающих шинах которой имеются линейные (, l/lgQ , ) и фазные (Идо %о %0 напряжения (см. фиг.11). При этом в процессе пуска сначала концы 4К, 5К, 6К фаз , 5,6 и выходные клемвш 15, 16, 17 конденсаторов 9, 10, II, соотБетствеш1о, пускателями 25 и 26 подключают к нулевому проводу, образуя схему с общей нулевой точкой обмоток статора и конденсаторов (см. фиг.5), а затем начала IH, 2Н, ЗК фаз I, 2, 3, образующие, соответственно. Входные клеммы 20, 21, 22 электродвигателя, пускателем 2А- подключают к линейныь проводам сети питания. После включения пускателей 24, 25, 26 последовательно соединенные фазы и 4 получают питание от фазного напряжения , последовательно соединенные фазы 2 и 5 - от фазного напряжения tIgQ, последовательно соединенные фазы 3 и 6 - от фазного напряжения iJQQ, а конденсаторы 9, 10, II оказываются включенными параллельно, соответственно, фазам 4, 5, 6. Благодаря такому электрическому соединению элементов двигателя между собой и сетью питания, в кондешаторах 9, 10, II протекают ггоки, амплитуды которых определяются величиной напряжения фаз 4, 5,6 и емкостью конденсаторов-9, 10, II, а векторы направлены так,

что образуют с соответствующими вектора}.ш .фазного напряжения сети питания угол R - oпpeдeлЯe 4ьй вырахгением

..

;roicoS кон,аенсагбро

- угол прэстрансгвеиного сдБлга втэрэй 3-х фазной обмотки по отношению к первой 3-х фазной обмотке в сторону отставания по направлению чередования фаз. Приншлая во внимание, что токи конденсаторов 9,10,11 в узлах электрических соединений 12,13,14 равны геометрической сумме токов фаз, подсоединенных к данно /1у узлу (первый закон Кирхгофа), молшо утверждать, что протекание токов в конденсаторах 8,10,11 влияет на амплиту,ду и направление векторов токов фаз, подсоединенных к соответствующШЛ узлам. Воздеиствие токов конденсаторов 9,10,11 на

токи последовательно соединенных фаз I и 4, 2 и 5, 3 и 6 в узлах электрических соединений 12, 13, 14 приводит к тому, что первая и вторая трехфазные обмотки обтекаются токами, имеющими как активную, так. и реа1 ;тивную составляющ.ие, при этом угол сдвига медду векторОлМ потребляемого из сети фазного тока и вектором соответствующего фазного напряжения (угол ) принимает значение, близкое к нулю, чем достигается снижение потребления реактивной мощности из сети питания.

Более аргументировано достигаемый поло:ь:ительный результат виден из следующего. Условно принимаем, что пуск предлагаемого электродвигателя осуществляется в два этапа. На первом этапе пуска включают только пускате.ли 24 и 25, при этом концы 4К, 5К, 6К фаз 4,5,6 пускателем 25 подключаются к нулеволту

/. /.///

,

прэво,цу, а входные клеммы 20,21,22 пускателем 24 подключаются к линейным прэвода л сети пятаняя. Пускатель 26 не включают, вследствие чего конденсаторы 9,10,II временно исключаются .из схемы машйны, а последовательно соединенные зазы 1 и 4, фазы 2 и 5, фазы 3 и 6 могут быть условно представлены в качестве единой Симметричной 3-х фазной системы фаз статора, соеданенной с помощью пускателя 25 по схеме Звезда к подключенной к 3-х фазной симметричной сети питан.ия с помощью пускателя 24. В этой условно образованной трехфазной с-юте.ме кайэдая условная фаза статора состоит из двух последовательно соединенных фаз, при этом токи в последовательно соединенных фазах полностью идентичны, т.е. jf - 7 . Уг -7 j ,

, После подключения к сети питания и возникновения в фаза: 1-6 электрических токов%/ 6 электродвигатель вступает в работу как известный 3-х фазный короткоза нутый электродвигатель переменного тока с вращащимся магЕштным потоком статора. Соединение фаз статора электродвигателя по схеме Звезда является общепринятым для трехфазных асинхронных электродвигателей, при этом рабочий режим двигателя может быть представлен с похмощью векторной диаграммы (см.фиг.125), йа которой:

Щ).- напряжение питания фазное ( , Иво, Uco) ,

IOtt.

l -ток даягателя ( 7 7 JIf / % 6 ;

лч1:М

jai активная составляющая двигателя;

0- t

. у, /fe -f-y// ,,

1. JP - угол сдвига медцу вектэрэм фазнэгэ напряжения и вектором тока в фазе двигателя. После завершения первого этапа пуска по фазам электродвигателя протекает ток L , имеющш активную составляющую «t и реактивную ооставляющую , при этом вектор фазного тока 4 отстает по фазе от вектора напряжения питания на угол ( эл.гра,д. Для рассматриваемого режима можно записать сле.дующие выражения для активной Р, реактивной и полной мощностей двигателя и сети питания: р 3-%. ( (fi-yi- if f; -. , при этом составляющие акт.ивной и реах тивной Д ощностей зависят от угла (f ; чем больше угол , тем меньше доля активной мощности электродаигателя и тем больше реактивная мощность, потребляемая электро,двр1гателем из сети питания. ТакиА образом, после завершения первого этапа пуска электродвигатель потребляет из сети плтания, нардцу с активной .мощностью, также и реактивную мощность, загружая сеть питания дополнительным током ( Jt ; ), что приводит к увеличению потерь электроэнергии. Такое пололсение харак.терно для известных З-х фазных асинхронных электрических двигателей. Уменьшение потребления электродвигателем реактивной Лющности из сети питания достигается на втором этапе пуска после включения пускателя 26. При включении пускателя 26 конденсаторы 9,10,11 подключаются , соответственно, параллельно фазал- 4,5,6, что приводит к существенно изменению решила работы двигателя.

Известно, что геометрдческал сулиа токов в узле электрических соеданендй равна нулю (первый закон Кир огофа), вследствие чего для пре пдагаемого электродвигателя, включенного по фиг.II, имеем:

- -f-

-iJzf- f fo- о(.идя узла 13);

-Уз т Уб Л (дая узла 4), ВД.Я / - 7f (дая узла 12);

Уг (дая- узла 13);

IIг

Уз Уб (для узла 14), где

у j - токи Б фазах 1,2,3 первой тре}с|)азной обмотки; . , - в-фазах 4,5,6 второй трехфазной обхмотки;

tfe,5ffo, токи в конденсаторах 9,10,11.

В пре,длагаемом электродвигателе, включенном по :оиг.11 токи в фазах 1,2,3 первой трехфазной обмотки ( tli равны токам, протекающим в линейных провода: сети питания. Из

приведенных выше формул .для токов в узлах 12,13,14 сле,дует,

что величина и фаза токов ,з зависит от величины и фазы токов , 744 , протекающих по конденсатора 9,10,11, при этом реш-ил симметричной работы электродвигателя обеспечивается стшетрией токов в конденсаторах, что в свою очередь обеспечивается равенством емкостей конденсаторов 9,10,11. С достаточной степенью точности (без учета активных потерь

в конденсаторах) величина тока конденсатора определяется его елшос.тью и величиной напряжения той фазы, параллельно которой подключен данный конденсатор, а вектортока конденсатора должен быть перпендикулярен вектору напряжения той же фазы. Таким образом, меняя емкость конденсаторов 9,10,11 и уголУсдвига между первой и второй трехфазныгли обмоткшда, можно менять

3}f////

-tl-

I

величину ифазу тока конденсаторэв 9,10,11 и, соответственно, величину и фазу токов Ji, , 3 протекающих в линейных проводах сети питания, что позволяет регулировать потребление реактивной мощности из сети питания. Указанное выше иллюстрируется векторными диаграгжами (см.фиг. 12а, 13,14)на которых: UAO{&,(O)- напряжение питания, фазное ;

и(,3) - напряжение вывода ли фазы 1(2,3); UH(,} - напряжение между выводшдк фазы 4 (5,6);

1(2,3);

) - ток фазы 4(5,6);

конденсатора 9 (10,11)

У - угол пространственного сдвига между первой и

-. второй трехфазными обмоткаГЛи;

С угол сдвига медду вектором тока С 4 (5,6) и вектором

напряжения Иу (5,6); Cf - угол сдаига между вектором тока 7 (2,3) и

вектором фазного напрялшния /(ВО,СО);

- угол сдвига мелсду вектором тока конденсатopaJ5( 10,II)

а вектором фазного напряжения .t6/tf(BO,GO). Векторные диаграммы по фиг. 12а, 13 и 14 построены по результатам испытаний макетных образцов электродаигателей, в статор которых были уложены две 3-х фазные обмотки с пространственным сдвигом между обмотка 1я на угол 30 эл.град (фиг.12а), 60 эл.град. (фиг.13), и 90 эл.град (фиг.14), при этом оптамальная величина емкости конденсаторов 9,10,11 для калэдого значения угла Q определялась экспериментальным путем. ментальные исследования показали, что угол А пространственного сдаига между первой и второй трехг|)азны1;5и об. сущестУ / ///

-гз- . Проведенные эксперивенно влияет на параглетры предлагае.мого электродвигателя и в том числе на величину коэффщиента мощности , следовательно, на величину реактивной мощности, потребляемой электродвигателем из сети питания. Оптилчальное значение угла ,обеспечивающего минимальное потребление реактивной мощности из сети питания, зависит от паспортных данных трех1|)азного электродвигателя или серии электродвигателей, параметры которой должны быть

у.пучшены за счет испо.яьзования данного технического решения.

Шксимальная оптимизация технико-экономических показателей предлагаемого шестифазного электродвигателя достигается при выборе величины угла Jf из условия 2, где Ун - угол отставания вектора фазного тока от вектора фазного напрялюния для

номинального режшла исходного трехфазного электродвигателя. Сле,дует отметить, что при разработке новых серий электродвигателей вел:ич 1ной угла У можно варьировать в очень широких пределах (например, в пределах 120 эл.град), при этом благодаря подключению конденсаторов в соответствии с предлагаемом техническим решением, векторы токов конденсаторов по отношении к векторам соответствующих фазных напряжений сети питания всегда направлены в сторону опережения (напршлер, при расчетном значении угла Jf 120 эл.град. угол опережения составит: 30 эл.граг

что обеспечивает возможность практически полной компенсации

реак.тивной мощности электродвигателя.

Анализ векторных диаграмм (ionr.I2a, 13 и 14) показывает, что предлагаемый электродвигатель характеризуется высокшл коэффщиентом мощноетяС1&(, соответственно, малым потреблением реактивной мощности йз сети питания, при этом обе трехфазные обмотки двигателя развивают активную мощность, что является

- щественным лреихмущэством данного технического решения по отношению к известным, в которых ш тивная мощность потребляется из сети питания только одной трехфазной обмоткой, а вторая тре: фазная обмотка .используется исключительно для компенсации реактивной мощности.

Следует отметить, что предлагаемый электродвигатель харак.теризуется также А/1еньщими пусковы-мл тока:«К1 при одновременном повышении пускового момента.

Перечисленные выше преилтущества предлагаемого электродвигателя полностью обеспечивают дости:аеш1е поставленной дели повьш1ение техняко-экономических поьсазателей электрических машин переменного тока при одаовременнэм сш-шении потребления реактивной мощности из сети питания.

Работа пре,длагаемой электрической машины была рассмотрена при использовании этой .машины в качестве двигателя.

Сл-едует отметить, что данная электрическая машина является обратимой и может быть использована при работе тшлже и в качестве генератора, при этом в электрической машине по йлг.1-2 может

быть использован ротор любого известного ткпа (короткозшлкнутый, с электромагнитными полюсалш, с постоянными магнитаг.ш, из магнитотвердого материала с широкой петлей гистерезиса и т.п.),

что определяет ее т.иповые характеристики и потребительские

свойства (машина асинхронная, синхронная, реактивна., гистерезисная и т.д.).

Электрические машины по фиг.3-10 при подключении их входных клемм к 3-хфазной симметричной сети питания работают аналогично электрической машине по фиг.1,2 и отличаются от нее схемой соединения отдельных фаз и конденсаторов медду собой.

4f o4/-/

-IS- фазы размещаются на статоре кадцая в фазной зоне 60 эл.гра,ц. (см.ф-иг.1), что позволяет полностью дспользовать существующие технологические ляния по намотке двухслойных обмоток и укла,цке их в пазы статора . В случае применения однослойных обмоток предлагаемая электрическая машина может быть выполнена так, чтобы в Канадой фазной зоне шириной 60 эл.грдд были уложены попеременно секции даух фаз, одна йз которых относится к первой трехфазной обмотке, а вторая - ко второй трехфазной обглотке, например, фаз I и 4, фаз 2 и 5, фаз 3 и 6, при этом части фазной зоны, занимаемые разными фазами, могут быть как равными (по 30 эл.гра,д.) так и неравными (например, 20 и 40 эл.гра,д., 24 и 36 эл.гра,д. и т.д.). Независ.имо от ширины фазной зоны, занимаемой отдельными фазалщ, все обмотки предлагаемой машины выполняются из униф.ищрованных секций, иля катушек, нто является ее большим технологи- . ческим преимуществом перед машинами, представленными в качестве аналогов и прототипа. Такое конструктивное и технологическое решение обусловлено требованием равенства номинальных токов во всех фазах электрической машины, что в свою очередь обусловлено последовательным соединением фаз первой и второй трехфазных обмоток.

Таким образом, пре,дложение позволяет повысить техникоэкономические показатели электрической машины переменного тока при одновредгенном снижении потребления реактивной мощности из питающей электрической сети, а также упростить технологический : процесс изготовления машины и повысить ее надежность.

..

Claims (11)

1. МНОГОФАЗНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащая статор с шестью фазами 1 - 6, образующими смещенные в пространстве одна относительно другой первую (фазы 1 - 3) и вторую (фазы 4 - 6) симметричные трехфазные обмотки с одинаковым числом полюсов и одинаковой последовательностью фаз, ротор и три конденсатора, отличающаяся тем, что первая и вторая, трехфазные обмотки соединены между собой последовательно, образуя три узла электрических соединений фаз, конденсаторы подключены к узлам электрических соединений фаз первой и второй трехфазных обмоток таким образом, что входная клемма первого конденсатора соединена с концом 1К фазы 1 и началом 4Н фазы 4, входная клемма второго конденсатора соединена с концом 2К фазы 2 и началом 5Н фазы 5, входная клемма третьего конденсатора соединена с концом 3К фазы 3 и началом 6Н фазы 6, начала 1Н, 2Н, 3Н фаз 1,2,3, образующие соответственно первую, вторую и третью входные клеммы электрической машины, выведены для подключения к внешней сети питания, концы 4К, 5К, 6К фаз 4, 5, 6 и выходные клеммы конденсаторов электрически соединены, обеспечивая протекание по первой и второй трехфазным обмоткам токов, имеющих активную и реактивную составляющие, при этом угол β между векторами напряжения питания последовательно соединенных фаз и опережающего тока конденсатора составляет

эл. град, где γ - пространственный угол сдвига второй трехфазной обмотки по отношению к первой трехфазной обмотке в сторону отставания по направлению чередования фаз, при этом ток конденсатора равен геометрической сумме токов последовательно соединенных фаз в узле электрических соединений.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что концы 4К, 5К и 6К фаз 4, 5 и 6 электрически соединены в нулевую точку обмоток статора, а выходные клеммы первого, второго и третьего конденсаторов электрически соединены между собой по схеме звезды.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что концы 4К, 5К и 6К фаз 4, 5 и 6 электрически соединены в нулевую точку обмоток статора, а входные и выходные клеммы первого, второго и третьего конденсаторов электрически соединены между собой по схеме треугольника.

4. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что концы 4К, 5К и 6К фаз 4, 5 и 6 и выходные клеммы первого, второго и третьего конденсаторов электрически соединены между собой, образуя общую нулевую точку электрической машины.

5. Машина по п.1, отличающаяся тем, что концы 4К, 5К и 6К фаз 4, 5 и 6 электрически соединены в нулевую точку обмоток статора, а выходная клемма первого конденсатора соединена с началом 1Н фазы 1, выходная клемма второго конденсатора соединена с началом 2Н фазы 2 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с началом 3Н фазы 3.

6. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что начало 1Н фазы 1 соединено с концом 6К фазы 6, начало 2Н фазы 2 соединено с концом 4К фазы 4, начало 3Н фазы 3 соединено с концом 5К фазы 5, образуя соединение фаз 1 - 6 в схему шестистороннего многоугольника, а выходная клемма первого конденсатора соединена с концом 4К фазы 4, выходная клемма второго конденсатора соединена с концом 5К фазы 5 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с концом 6К фазы 6.

7. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что начало 1Н фазы 1 соединено с концом 6К фазы 6, начало 2Н фазы 2 соединено с концом 4К фазы 4, начало 3Н фазы 3 соединено с концом 5К фазы 5, образуя соединение фаз 1 - 6 в схему шестистороннего многоугольника, а выходная клемма первого конденсатора соединена с началом 1Н фазы 1, выходная клемма второго конденсатора соединена с началом 2Н фазы 2 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с началом 3Н фазы 3.

8. Машина по п.1, отличающаяся тем, что начало 1Н фазы 1 соединено с концом 5К фазы 5, начало 2Н фазы 2 соединено с концом 6К фазы 6, начало 3Н фазы 3 соединено с концом 4К фазы 4, выходная клемма первого конденсатора соединена с концом 4К фазы 4, выходная клемма второго конденсатора соединена с концом 5К фазы 5 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с концом 6К фазы 6.

9. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что начало 1Н фазы 1 соединено с концом 5К фазы 5, начало 2Н фазы 2 соединено с концом 6К фазы 6, начало 3Н фазы 3 соединено с концом 4К фазы 4, выходная клемма первого конденсатора соединена с началом 1Н фазы 1, выходная клемма второго конденсатора соединена с началом 2Н фазы 2 и выходная клемма третьего конденсатора соединена с началом 3Н фазы 3.

10. Машина по пп.1 - 9, отличающаяся тем, что фазы 1 - 6 размещены на статоре каждая в фазной зоне шириной 60 эл. град.

11. Машина по пп.1 - 9, отличающаяся тем, что фазы 1 и 4, 2 и 5, 3 и 6 соответственно первой и второй трехфазных обмоток размещены попеременно в общей фазной зоне шириной 60 эл. град.