RU2684898C1

RU2684898C1 - Якорь многофазной электрической машины

Info

Publication number: RU2684898C1
Application number: RU2018111892A
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Бердичевский; Евгений Геннадьевич Лопатин; Владимир Евгеньевич Недзельский; Роман Константинович Берая; Николай Владимирович Соколов; Анатолий Трофимович Пластун; Ольга Валерьевна Тихонова
Priority date: 2018-04-02
Filing date: 2018-04-02
Publication date: 2019-04-16

Abstract

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - уменьшение тормозных электромагнитных моментов, уменьшение дополнительных потерь от продольных вихревых токов в листах электротехнической стали ярма статора. Якорь выполняется из двух частей, каждая из которых имеет длину Lя и повернута вокруг оси вращения ротора относительно второй части на угол 30/р геометрических градусов, где р - число пар полюсов. В каждой из частей якоря в открытых пазах ярма якоря размещены пакеты ярмовых сердечников. Пакеты выполнены в форме бруска. В каждом листе с зубцовым сердечником по окружности выполнено q открытых пазов прямоугольной формы, где q - четное число из натурального ряда, начиная с q=2. Оси симметрии пазов повернуты относительно друг друга вокруг оси вращения цилиндра на угол в 360/2qmp геометрических градусов и симметрично размещены относительно внутренней поверхности зубцового сердечника. Пакеты с зубцовыми сердечниками повернуты в плоскости, перпендикулярной оси вращения пакета, относительно друг друга на угол 360/2mp геометрических градусов. В каждой из частей магнитной системы якоря размещено 2qmp пакетов зубцовых наконечников, имеющих форму бруска длиной 2Lя. Посередине каждого листа каждого пакета зубцового наконечника выполнен вырез. 17 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве якоря многофазного асинхронного и синхронного двигателей.

Известна конструкция якоря электрической машины, в которой якорная обмотка выполнена однофазной кольцевой одноименнополюсной 1 и разноименнополюсной обмоткой возбуждения 2, размещенной на гладком статоре 3, в котором с помощью зубчатого магнитопровода ротора 4 при движении относительно гладкого магнитопровода статора коммутируется направление униполярного потока [А.В. Иванов Смоленский. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - 928 с:. (смотри с. 185 рис. 20-8)].

Недостатками известной конструкции являются: 1) якорная обмотка выполнена однофазной, 2) наличие дополнительного воздушного зазора между щитом и валом ротора, что приводит к увеличению расхода меди на обмотку возбуждения по сравнению с одним воздушным зазором; 3) использование половины поверхности расточки статора для проведения рабочего магнитного потока, что приводит к увеличению расхода активных материалов по сравнению со случаем, когда вся поверхность расточки статора используется для проведения рабочего потока.

Известна конструкция якоря с многофазной якорной обмоткой барабанного типа со всыпными обмотками [А.В. Иванов Смоленский. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1980. - 928 с:., стр. 194, параграф 22-2]. Сегодня такая конструкция якоря является общепринятой в мире.

Якорь с многофазной якорной обмоткой барабанного типа со всыпными обмотками состоит из ярма, зубцов и якорной обмотки, уложенной в пазы через узкую щель, образованную двумя соседними зубцами. Геометрическая ось каждой катушки якорной обмотки барабанного типа перпендикулярна оси вращения. Функционально в зубцах можно выделить зубцовые наконечники и сердечники зубцов. Сердечники зубцов выполняются на полную длину зубцовых наконечников. Всегда число зубцовых сердечников равно числу зубцовых наконечников. Ярмо якоря магнитно соединяет все сердечники зубцов.

В якорной обмотке барабанного типа выделяется пазовая и лобовая части. Формы лобовой и пазовой частей обмотки различны и в общем случае указанные части находятся в различных плоскостях. Форма лобовой части каждой катушки должна быть такой, чтобы избежать пересечений в пространстве с лобовыми частями соседних катушек. Лобовые части формируются путем механического изгиба в заданную форму обмотчиком в процессе укладки обмотки в пазы якоря. Изоляция провода выполняется из органических материалов, которые допускают местные растяжения и многократные изгибы. Последующая многократная пропитка органическим лаком лечит возможные микротрещины, возникающие в результате укладки проводников чрез щель в пазы. Указанная конструкция магнитной системы и обмотки используется в машинах общепромышленного применения. Машины общепромышленного применения работают в различных условиях эксплуатации, в том числе на предприятиях по переработке ядерного топлива.

Основными недостатками известной конструкции при работе двигателя общепромышленного исполнения на предприятиях по переработке ядерного топлива в условиях воздействия высоких радиационных полей и температур являются:

1) интенсивное разрушение органической изоляции обмоток электродвигателей общепромышленного исполнения, что ведет к частым остановкам технологического оборудования для ремонта или замены электрического двигателя общепромышленного исполнения и увеличивает эксплуатационные расходы;

2) невозможность при существующей конструкции магнитной системы якоря электродвигателей общепромышленного исполнения со всыпными обмотками выполнить обмотку якоря с керамической радиационно-стойкой изоляцией провода при намотке секции и ее укладке через щель в пазы без разрушения изоляции провода электродвигателя.

Зарубежные производители электротехнической продукции: ELANTASPDG, Inc (США), Composite Technology Development, Inc (США), Baldor Electric Company (США), 3М (США), Toshiba (Япония), Hitachi (Япония) предлагают как гибридные (соединения органических и неорганических веществ), так и полностью неорганические типы изоляции. Однако срок службы электродвигателей со всыпными обмотками при работе на предприятиях по переработке ядерного топлива в условиях воздействия высоких радиационных полей и температур по открытым источникам, взятым из Интернета, не превышает одного года.

Известна конструкция якоря многофазной электрической машины с кольцевой одноименнополюсной обмоткой, патент РФ 2121207, которая позволяет использовать неорганические типы изоляции и полностью уничтожить все четные гармоники в кривой распределения магнитного поля в зазоре между якорем и ротором с целью исключения влияния на результирующий электромагнитный момент, созданного четными гармониками поля. Для чего якорь многофазной электрической машины с числом пар полюсов р выполнен из кольцевой m≥3 фазной одноименнополюсной обмотки, допускающей выполнение обмотки с керамической радиационно-стойкой изоляцией без дополнительных изгибов электрического провода с целью формирования лобовой и пазовых частей катушки, геометрические оси каждой из катушек которой совпадают с осью вращения ротора, сердечников зубцов, принадлежащих соседним зубцовым наконечникам и размещенных по разным сторонам кольцевой одноименнополюсной обмотки, причем с любой стороны любой катушки любой фазы размещены р сердечников зубцов.

Якорь выполнен так, что число катушек фаз кольцевой обмотки равно 2Qm, гле Q - число зубцовых наконечников, приходящихся на полюс и фазу, a m - нечетное число фаз, число зубцовых наконечников равно 2Qmp, число зубцовых сердечников равно (2Qm+1)р, по разным сторонам каждой катушки любой из фаз размещены сердечники, принадлежащие двум соседним зубцовым наконечникам, сдвинутым относительно друг друга на угол 360/2Qm электрических градусов, для любого нечетного числа фаз каждые Q катушек, расположенные рядом вдоль оси вала ротора, образуют катушечные группы фаз, в которых катушки соединены последовательно согласно, каждая К-я и (m+К)-я катушечные группы соединены последовательно встречно, причем отсчет катушечной группы (m+К)-й ведется от любой катушечной группы, которой присваивается номер первый, началом первой фазы является начало катушечной группы, которой присвоен номер первый, началами остальных фаз m-фазной кольцевой одноименнополюсной обмотки, а именно началом второй, третьей и т.д. фаз является начало катушечных групп последовательно с номерами катушек, равными (2Qn+1), где n - числа натурального ряда, начиная с единицы, причем n<=m.

Недостатками известной конструкции являются:

1. Наличие высших нечетных (5-ой, 7-ой, 11-ой и т.д.) гармоник в кривой распределения магнитного поля в рабочем зазоре между статором и ротором с числами пар полюсов 5р₁, 7р₁, 11p₁ и т.д., где р₁ число пар полюсов первой гармоники поля. Как известно, высшие нечетные гармоники поля с числами пар полюсов 5р₁, 7р₁, 11р₁ и т.д. перемещаясь относительно короткозамкнутого ротора, например асинхронного двигателя, создают свои токи в стержнях ротора и как следствие свои электромагнитные моменты. Результирующий электромагнитный момент есть арифметическая сумма от моментов, созданных каждой из гармоник магнитного поля. Первая гармоника поля с числом пар полюсов р₁, вращаясь с частотой вращения n₁, создает полезный рабочий момент, под действием которого вращается ротор асинхронного двигателя. Пятая гармоника поля с числом пар полюсов 5p₁ вращается с частотой вращения (1/5)n₁ встречно ротору и создает тормозной момент при частотах вращения ротора от ноля до n₁. Седьмая гармоника поля вращается в ту же сторону, что и первая гармоника поля, но с частотой вращения (1/7)n₁. При частоте вращения ротора асинхронного двигателя от ноля до (1/7)n₁ седьмая гармоника поля создает положительный двигательный момент.

При частоте вращения ротора асинхронного двигателя от (1/7)n₁ до n₁ седьмая гармоника поля создает тормозной момент, величина которого зависит от частоты вращения ротора. Наибольшая величина тормозного момента находится вблизи частоты вращения ротора (1/7)n₁. Результирующая величина электромагнитного момента в зоне так называемого «провала» меньше величины пускового момента, созданного первой гармоникой магнитного поля. При пуске асинхронного двигателя с номинальным моментом сопротивления нагрузки ротор разгонится только до (1/7)n₁. Говорят, что ротор застрял на 1/7 от номинальной частоте вращения ротора (см., например, Вольдек А.П., Электрические машины, учебник для Вузов, Л.: ЭНЕРГИЯ, 1978 г., 832 стр. (раздел 3, стр. 524-525)).

Для компенсации влияния высших нечетных гармоник поля на величину электромагнитного момента требуется либо выполнения якорной обмотки распределенной либо увеличение момента от первой гармоники поля путем увеличения расхода активных материалов (меди, электротехнической стали);

2. В случае, если ярмо и зубцы статора выполнены из листов электротехнической стали, то в части ярма статора магнитный поток протекает поперек листов электротехнической стали, вызывая дополнительные вихревые токи в плоскости листа, что приводит к возникновению дополнительных потерь в листах электротехнической стали ярма статора и увеличению тока холостого хода.

Техническими проблемами, на решение которых направлено предлагаемое техническое решение, являются:

1. Кратное уменьшение значений тормозных моментов.

2. Уменьшение дополнительных потерь от вихревых токов в листах электротехнической стали ярма статора.

Решение указанных технических проблем достигается тем, что якорь многофазной электрической машины выполнен в форме полого цилиндра с числом пар полюсов р и m-фазной одноименнополюсной якорной обмоткой кольцевого типа.

Магнитная система якоря выполнена в виде двух магнитно и электрически разделенных частей, каждая из которых выполнена из листов электротехнической стали. Каждая из частей имеет осевую длину Lя и состоит из 2m пакетов формы полого цилиндра, которые имеют осевую длину Lmя, и 2m+1 пакетов. каждый из которых имеет осевую длину Lzc и состоит из пакетов формы полого цилиндра механически и магнитно сопряженных с р пакетами зубцовых сердечников, имеющих форму сектора полого цилиндра и симметрично размещенных по внутренней стороне каждого полого цилиндра, повернутых относительно друг друга в плоскости перпендикулярной оси вращения полого цилиндра на угол в 360/р геометрических градусов.

Между двумя соседними вдоль оси полого цилиндра пакетами с зубцовыми сердечниками размещен один из 2m пакетов формы полого цилиндра и одна из 2m катушек формы полого цилиндра m-фазной одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа осевой длиной Lmя. Наружный диаметр катушки меньше внутреннего диаметра пакета формы 2m полого цилиндра. Соседние вдоль оси вращения пакеты с зубцовыми сердечниками, размещенные по разным сторонам любой катушки фазы m-фазной одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа повернуты в плоскости перпендикулярной оси вращения полого цилиндра относительно друг друга на угол 360/2mp геометрических градусов. Суммарная длина 2m и (2m+1) пакетов ярма якоря каждой из частей равна 2m*Lmя+(2m+1)*Lzc=Lя.

Одна из частей якоря повернута вокруг оси вращения полого цилиндра относительно второй части якоря на угол 30/р геометрических градусов. Катушки фаз одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа каждой из частей якоря размещены вдоль оси полого цилиндра таким образом, что оси каждой из катушек фаз, имеющей число витков Wk, совпадают между собой и осью вращения полого цилиндра, каждая K-я и (m+K)-я катушки соединены последовательно-встречно. Отсчет (m+K)-й катушки каждой из частей якоря ведется от катушки, которой присвоен номер первый.

Началом первой фазы является начало катушки, которой присвоен номер первый, началами остальных фаз одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа являются начала катушек с номерами катушек, равными (2n+1), где n - число натурального ряда, начиная с нуля, причем n<m. Одноименные фазы каждой из частей включены последовательно согласно. В каждом листе электротехнической стали каждого из 2m и (2m+1) пакетов ярма якоря с наружной стороны листа по окружности выполнены открытые пазы прямоугольной формы шириной bпя и высотой hпя. Стенки паза параллельны плоскости, проведенной через линию оси вращения цилиндра и среднюю линию на плоскости дна паза.

В каждой из частей якоря пакеты ярмовых сердечников выполнены из листов электротехнической стали в форме бруска шириной bпя, высотой hпя, длиной Lя. Пакеты размещены в открытых пазах ярма якоря, причем каждый лист электротехнической стали в пакете ярмового сердечника выполнен прямоугольной формы и размещен в открытом пазу параллельно плоскости дна паза. Наибольшая сторона листа в пакете ярмового сердечника параллельна оси вращения цилиндра. В каждом листе каждого из (2m+1) пакетов ярма якоря с зубцовым сердечником с внутренней стороны листа с зубцовым сердечником по окружности выполнено q открытых пазов прямоугольной формы шириной bzc и высотой hzc, где q - четное число из натурального ряда, начиная с q=2. Пазы повернуты относительно друг друга вокруг оси вращения цилиндра на угол в 360/2qmp геометрических градусов и симметрично размещены относительно внутренней поверхности зубцового сердечника.

В каждой из частей магнитной системы якоря размещено 2qmp пакетов зубцовых наконечников. Каждый из 2qmp пакетов зубцовых наконечников имеет форму бруска шириной bzн, равной bzc, и высотой bzн. Пакеты выполнены из листов электротехнической стали с осевой длиной 2Lя. Посередине каждого листа каждого пакета зубцового наконечника выполнен вырез, причем в пазах зубцовых сердечников пакеты с зубцовыми наконечниками размещены таким образом, чтобы грани пакетов с длиной 2Lя были параллельны оси вращения цилиндра.

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с известным показывает, что в известном решении решается задача полного уничтожения только четных гармоник в кривой распределения магнитного поля в зазоре между якорем и ротором и не решается задача уничтожения нечетных гармоник.

В предложенном техническом решении решаются следующие технические проблемы:

1. Кратное уменьшение значений тормозных моментов, вызванных существованием высших нечетных гармоник магнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что магнитная система якоря многофазной электрической машины формы полого цилиндра с числом пар полюсов р и m-фазной одноименнополюсной якорной обмоткой кольцевого типа состоит из выполненных из листов электротехнической стали двух магнитно и электрически разделенных частей.

Каждая из частей имеет осевую длину Lя и состоит из 2m пакетов формы полого цилиндра, которые имеют осевую длину Lmя, и 2m+1 пакетов, каждый из которых имеет осевую длину Lzc. Каждый из 2m+1 пакетов состоит из пакетов формы полого цилиндра, механически и магнитно сопряженный с р пакетами зубцовых сердечников, имеющих форму сектора полого цилиндра и симметрично размещенных по внутренней стороне каждого полого цилиндра.

Соседние пакеты повернуты относительно друг друга в плоскости перпендикулярной оси вращения полого цилиндра на угол в 360/2mp геометрических градусов. В каждом листе каждого из (2m+1) пакетов ярма якоря с внутренней стороны листа с зубцовым сердечником по окружности выполнено q открытых пазов прямоугольной формы шириной bzc и высотой hzc, где q - четное число из натурального ряда, начиная с q=2. Оси симметрии пазов повернуты относительно друг друга вокруг оси вращения цилиндра на угол в 360/2qmp геометрических градусов и симметрично размещены относительно внутренней поверхности зубцового сердечника.

В каждой из частей магнитной системы якоря размещено 2qmp пакетов зубцовых наконечников. Каждый из 2qmp пакетов зубцовых наконечников имеет форму бруска шириной bzн, равной bzc, и высотой hzн. Бруски выполнены из листов электротехнической стали с осевой длиной 2Lя и размещены в пазах зубцовых сердечников. Посередине каждого листа каждого пакета зубцового наконечника выполнен вырез, причем в пазах зубцовых сердечников пакеты с зубцовыми наконечниками размещены таким образом, чтобы грани пакетов с длиной 2Lя были параллельны оси вращения цилиндра.

Между двумя соседними вдоль оси полого цилиндра пакетами с зубцовыми сердечниками размещен один из 2m пакетов формы полого цилиндра и одна из 2m катушек формы полого цилиндра m-фазной одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа осевой длиной Lmя. Наружный диаметр катушки меньше внутреннего диаметра пакета формы полого цилиндра.

Соседние вдоль оси вращения пакеты с зубцовыми сердечниками, размещенные по разным сторонам любой катушки фазы m-фазной одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа, повернуты в плоскости перпендикулярной оси вращения полого цилиндра относительно друг друга на угол 360/2mp геометрических градусов.

Результирующая длина 2m и (2m+1) пакетов каждой из частей якоря равна 2m*Lmя+(2m+1)*Lzc=Lя. Одна из частей якоря повернута вокруг оси вращения полого цилиндра относительно второй части якоря на угол 30/р геометрических градусов.

Катушки фаз одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа в каждой из частей якоря размещены вдоль оси полого цилиндра таким образом, что геометрические оси каждой из катушек фаз, имеющей число витков Wk, совпадают между собой и осью вращения полого цилиндра. Каждая K-я и (m+K)-я катушки соединены последовательно-встречно, при этом отсчет (m+K)-й катушки каждой из частей якоря ведется от катушки, которой присвоен номер первый. Началом первой фазы является начало катушки, которой присвоен номер первый, началами остальных фаз одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа являются начала катушек с номерами катушек, равными (2n+1), где n - число натурального ряда, начиная с нуля, причем n<m. Одноименные фазы каждой из частей включены последовательно согласно.

2. Уменьшение дополнительных потерь в электротехнической стали ярма статора и уменьшение тока холостого хода.

Указанная цель достигается путем выполнения в каждом листе электротехнической стали каждого из пакетов ярма якоря с наружной стороны листа по окружности открытых пазов прямоугольной формы шириной bпя и высотой hпя. Стенки паза параллельны плоскости, проведенной через линию оси вращения цилиндра и среднюю линию на плоскости дна паза.

В каждой из частей якоря пакеты ярмовых сердечников выполнены из листов электротехнической стали в форме бруска шириной bпя, высотой hпя, длиной Lя и размещены в открытых пазах ярма якоря. Каждый лист электротехнической стали в пакете ярмового сердечника выполнен прямоугольной формы и размещен в открытом пазу параллельно плоскости дна паза. Наибольшая сторона листа в пакете ярмового сердечника параллельна оси вращения цилиндра.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены материалы, описывающие конструкцию и поясняющие принцип действия.

На фиг. 1 представлен в изометрии в общем виде якорь многофазной электрической машины цилиндрической формы с числом полюсов 6р с осевой длиной 2Lя.

На фиг. 2 представлен в изометрии один из 2m пакетов ярма якоря любой из половин якоря, выполненный из листов электротехнической стали.

На фиг. 3, представлен в изометрии один из 2m+1 пакетов любой из половин якоря, выполненный из листов электротехнической стали и состоящий из ярма и трех зубцовых сердечников, каждый из которых имеет осевую длину Lzc.

На фиг. 4 представлен в изометрии один из 2qmp пакетов зубцовых наконечников осевой длины 2Lя, выполненных из листов электротехнической стали.

На фиг. 5 представлен в изометрии пакет ярмового сердечника любой из половин якоря осевой длины Lя, выполненного из листов электротехнической стали в форме бруска шириной bпя высотой hпя.

На фиг. 6 представлена в изометрии катушка с выводами кольцевой многофазной одноименнополюсной обмотки любой из половин якоря.

На фиг. 7 представлен фрагмент магнитной системы якоря, состоящий из одного из 2m пакетов ярма якоря, двух из 2m+1 пакетов ярма якоря с зубцовыми сердечниками любой из половин якоря и размещенной между ними катушки якорной обмотки многофазный электрической машины.

На фиг. 8 представлен фрагмент магнитной системы якоря, состоящий из трех пакетов ярма якоря любой из половин якоря с тремя зубцовыми сердечниками, тремя пакетами ярма якоря и тремя катушками с выводами якорной обмотки многофазный электрической машины.

На фиг. 9 представлен фрагмент магнитной системы якоря, состоящий из трех пакетов ярма якоря любой из половин якоря с тремя зубцовыми сердечниками, тремя пакетами ярма якоря, тремя катушками якорной обмотки многофазный электрической машины с выводами и двумя зубцовыми наконечниками, размещенными в пазах зубцовых сердечников.

На фиг. 10 показано взаимное положение в пространстве двух крайних пакетов ярем якоря с зубцовыми сердечниками первой из двух половин якоря относительно двух крайних пакетов ярем якоря с зубцовыми сердечниками второй из двух половин якоря и одного из 2qmp зубцовых наконечников, размещенного в пазах двух зубцовых сердечников в каждой из частей якоря.

На фиг. 11 показано взаимное положение в пространстве двух крайних пакетов ярем якоря с зубцовыми сердечниками первой из двух половин якоря относительно двух крайних пакетов ярем якоря с зубцовыми сердечниками и второй из двух половин якоря. Одного из 2qmp зубцовых наконечников, размещенного в пазах двух зубцовых сердечников в каждой из частей якоря, и двух ярмовых пакетов.

На фиг. 12а, б показаны пути прохождения потоков рассеяния и потоков взаимоиндукции.

На фиг. 13 показаны вектора ЭДС в стержне короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя, наведенные полями первой, пятой и седьмой гармониками магнитного поля в зазоре.

На фиг. 14 показаны кривые электромагнитных моментов.

На фиг. 15, а показана фотография опытного образца асинхронного двигателя в сборе, На фиг 15, б магнитная система опытного образца асинхронного двигателя

На фиг. 16 а, б показаны стенд для испытания опытного образца.

На фиг. 17 показан график зависимости электромагнитного момента в функции частоты вращения ротора, построенный по экспериментальным точкам как среднеквадратичное отклонение.

Якорь многофазной электрической машины фиг. 1 цилиндрической формы с числом пар полюс р состоит из двух магнитно разделенных геометрически подобных частей с осевой длиной Lя каждой из частей.

Магнитная система каждой из частей составлена из пакетов различной конфигурации и содержит 2m пакетов ярма якоря с осевой длиной Lmя, фиг. 2, позиция 1, не сопряженных с зубцовыми сердечниками и 2m+1 пакетов ярма якоря с осевой длиной Lzc, фиг. 3, позиция 2, механически и магнитно сопряженных с р зубцовыми сердечниками трапецеидальной формы, фиг. 3. На фиг. 3 изображено для р=3 ярмо якоря с тремя зубцовыми сердечниками. Пакеты ярма якоря и пакеты с зубцовыми сердечниками, фиг. 2, фиг. 3, выполнены из листов электротехнической стали. С наружной стороны листа выполнены открытые пазы прямоугольной формы шириной bпя, высотой hпя и осевой длиной Lmя, фиг. 2. Паз выполнен так, что стенки паза параллельны плоскости, проведенной через линию оси вращения цилиндра и среднюю линию на плоскости дна паза. На фиг. 3 показано q=2 открытых пазов прямоугольной формы шириной bzc, высотой hzc и осевой длиной Lzc на каждом зуцовом сердечнике.

На фиг. 4, позиция 3, показан пакет зубцовых наконечников, выполненный в форме бруска шириной bzн, высотой hzн и осевой длиной 2Lя. Посередине каждого листа зубцового наконечника выполнены вырезы, позиция 4. Форма вырезов определяется расчетным путем для уменьшения магнитной связи двух частей якоря. Число зубцовых наконечников равно 2qmp, где q - четное число из натурального ряда, начиная с q=2.

Ярмовые сердечники, фиг. 5 позиция 5, выполнены из листов электротехнической стали в форме бруска шириной bпя, высотой hпя осевой длиной Lя.

Якорные обмотки каждой из частей состоят из катушек кольцевого типа, фиг. 6. Все катушки однотипны и состоят из тела, позиция 6 фиг. 6 и выводов, позиция 7. Число катушек любой из частей 2m. Катушки размещены в магнитной системе вдоль оси вращения цилиндра. На фиг. 7 показан фрагмент размещения одной катушки, позиция 6, между пакетами с зубцовыми сердечниками, позиция 2, между которыми размещен пакет ярма якоря, позиция 1. Пакеты с зубцовыми сердечниками, позиция 2 фиг. 7, размещенные с разных сторон любой из катушек, повернуты относительно друг друга вокруг оси вращения цилиндра, например, в направлении против часовой стрелки на угол γ в 360/2mp геометрических градусов.

На фиг. 8 показано размещение трех катушек, позиция 6, с тремя выводами, позиция 7, трех пакетов зубцовых сердечников, позиция 2, и трех пакетов ярма якоря, позиция 1.

На фиг. 9 показан фрагмент механического и магнитного сопряжения двух из 2mpq зубцовых наконечников, позиция 3, к одному из трех пакетов с зубцовыми сердечниками, позиция 2.

Поскольку в каждой из частей магнитной системы якоря число пакетов с зубцовыми сердечниками равно 2m+1, то, например, при m=3 число пакетов с зубцовыми сердечниками в каждой из частей статора равно 2m+1=2*3+1=7.

При m=3 и р=3 пространственный угол сдвига между двумя соседними пакетами с зубцовыми сердечниками составит 360/2mp=360/2*3*3=20 геометрических градусов. Это означает, что седьмой пакет с тремя зубцовыми сердечниками сдвинут относительно первого пакета с тремя зубцовыми сердечниками на ((2m+1)-1)*360/2mp=((2*3+1)-1)*20=120 геометрических градусов.

Т.к. при р=3 в пакете по окружности располагается три зубцовых сердечника, сдвинутых относительно друг друга на 120 геометрических градусов фиг. 3. то получим, что, если присвоить крайнему левому пакету фиг. 1, с зубцовыми сердечниками первый номер П1zc фиг. 10, то пакет под седьмым номером П7zc занимает то же фронтальное положение, что и пакет П1zc, позиция 2₁.

Т.к. 2m+1 пакетов зубцовых сердечников вместе с 2m пакетами ярма якоря одной из частей якоря повернуты вокруг оси вращения цилиндра относительно 2m+1 пакетов зубцовых сердечников вместе с 2m пакетами ярма якоря второй части якоря на угол в 30/р геометрических градусов, то это означает, что пакет П8zc сдвинут относительно пакета П7zc при р=3 на угол в 30/р=30/3=10 геометрических градусов, фиг. 10, т.е. на одно зубцовое деление зубцового сердечника.

Т.к. пакет П14zc сдвинут относительно пакета П8zc при m=3, р=3 на угол в (14-8)*20=120 геометрических градусов. то пакет П14zc занимает то же фронтальное положение, что и пакет П8zc, фиг. 10, и зубцовый наконечник, позиция 3 фиг. 10, разместиться в пазах четырех зубцовых сердечников. Число таких зубцовых наконечников, которые размещены в пазах четырех зубцовых сердечников, будет равно р.

Каждый из остальных (2qmp-р) зубцовых наконечников размещаются в пазах двух зубцовых сердечников, находящихся в разных половинах якоря.

В каждой из частей якоря в открытых пазах ярма якоря размещены пакеты ярмовых сердечников, позиция 5 фиг. 5 и фиг. 11, которые выполнены из листов электротехнической стали в форме бруска шириной bпя, высотой hпя, длиной Lя. Каждый лист электротехнической стали в пакете ярмового сердечника прямоугольной формы размещен в открытом пазу параллельно плоскости дна паза, фиг. 11. Наибольшая сторона листа в пакете ярмового сердечника параллельна оси вращения цилиндра. Число пакетов и их геометрические размеры bпя и hпя определяются электромагнитным расчетом.

Вокруг каждой катушки с током можно выделить р потоков рассеяния, идущих поперек листов ярма якоря, фиг. 12. В каждой части якоря 2m катушек. В двух частях якоря 4m катушек. Всего можно выделить 4mp потоков рассеяния. Например, при m=3 и р=3 число участков с потоками рассеяния равно 4mp=4*3*3=36, идущих поперек листов ярма якоря.

На фиг. 12, а) показаны силовые линии одного из 36 путей протекания магнитного потока рассеяния Ф(zн1-zн2)s. Магнитный поток рассеяния, созданный током одной катушки, например, фазы А, проходит между зубцовым наконечником Zн1, зубцовым наконечником Zн2, зубцовым сердечником, механически и магнитно сопряженным с зубцовым наконечником, Zн2, ярмом якоря, зубцовым сердечником, механически и магнитно сопряженным с зубцовыми наконечником Zн1.

В зубцовых сердечниках поток рассеяния идет вдоль листа электротехнической стали. В ярме якоря осевая составляющая вектора потока рассеяния идет поперек листа, создавая вихревые токи вдоль листа и, как следствие, создает дополнительные потери в стали и размагничивающие ампервитки, увеличивающие намагничивающую составляющую тока холостого хода асинхронного двигателя в случае, если якорь используется, например, как якорь асинхронного двигателя.

Магнитный поток взаимоиндукции Ф(zн1-zн2), rotor, фиг. 12 а, б созданный током той же катушки, например, фазы А, проходит из ротора, например, асинхронного двигателя в зубцовый наконечник Zн2, затем в зубцовый сердечник, механически и магнитно сопряженный с зубцовым наконечником Zн2, ярмо якоря, зубцовый сердечник, механически и магнитно сопряженных с зубцовым наконечником Zн1 и далее через зазор в ротор. В зубцовых сердечниках и зубцовых наконечниках поток взаимоиндукции идет вдоль листа электротехнической стали. В ярме якоря осевая составляющая потока взаимоиндукции идет поперек листа, создавая вихревые токи вдоль листа и, как следствие, создает дополнительные потери в стали и размагничивающие ампервитки, увеличивающие намагничивающую составляющую тока холостого хода, например, асинхронного двигателя.

В известной конструкции магнитная система якоря выполняется из листов электротехнической стали, которые либо покрываются лаком, имеющим высокое удельное электрическое сопротивление, либо оксидируются.

Магнитная проницаемость лака и оксидной пленки равна магнитной проницаемости воздуха. Это означает, что на пути осевой составляющей магнитного потока кроме магнитного сопротивления стали существует магнитное сопротивление воздуха. Поток в ярме якоря, состоящий из потока рассеяния Фs и потока ротора Фrotor, проходит как минимум через ярма трех пакетов, фиг. 7, а именно, одного пакета ярма якоря без зубцовых сердечников, позиция 1, и двух пактов ярем с зубцовыми сердечниками, позиция 2. Пусть каждый из трех пакетов составлен из 10 листов с толщиной каждого листа в 0,5 мм. Указанная толщина листа стали применяется при производстве электрических двигателей общепромышленного исполнения. Это означает, что рабочий поток пройдет как минимум поперек 30 листов. Пусть средняя толщина покрытия листа составляет 0,005 мм. То без учета дополнительного технологического зазора между листами ярма якоря дополнительная длина пути по воздуху ярма якоря Lδя составит Lδя=30*0.005 мм=0,15 мм. В асинхронном двигателе общепромышленного исполнения мощностью, например, в 2 кВт 1000 об./мин. расчетный механический рабочий воздушный зазор между ротором и статором составляет δ=0.3 мм. Суммарный путь по воздуху, по которому проходит поток взаимоиндукции, составит Lδя+δ=0,15+0,3=0.45 мм, что в 1,5 раза больше механического воздушного зазора между ротором и статором асинхронного двигателя общепромышленного исполнения, а следовательно, 1,5 раза увеличен ток холостого хода.

Для уменьшения дополнительных потерь от вихревых токов в листах электротехнической стали ярма статора и тока холостого хода в наружных пазах магнитной системы ярма якоря размещены пакеты ярмовых сердечников, позиция 5, фиг. 11. Ярмовые сердечники выполнены из листов электротехнической стали в форме бруска шириной bпя, высотой hпя, длиной Lя и размещены в открытых пазах ярма якоря. Каждый лист электротехнической стали в пакете ярмового сердечника прямоугольной формы размещен в открытом пазу параллельно плоскости дна паза. Наибольшая сторона листа в пакете ярмового сердечника параллельна оси вращения цилиндра. При наличии пакета ярмового сердечника рабочий поток Ф(zн1-zн2), rotor и поток рассеяния Ф(zн1-zн2)s, фиг. 12 а), выходя из зубцового сердечника, идет по двум параллельным путям, фиг. 12 б). Первый путь - поперек листов ярма якоря, по изоляции листа, технологическим зазорам между листами пакетов, в следующий зубцовый сердечник, позиция 1), фиг. 12, б. Результирующая длина прохождения потока по воздуху составляет: Lδя=0,15 мм. Второй путь, позиция 2), фиг. 12 б) - из листов ярма якоря через технологический зазор между листом ярма якоря и листом ярмового сердечника вдоль листа ярмового сердечника через технологический зазор между листом ярмового сердечника и листом ярма якоря в следующий зубцовый сердечник. Если допустить, что технологический зазор между листом ярмового сердечника и листом ярма якоря составляет 0,005 м.м., а путь по листам железа одинаков, то дополнительный воздушный зазор по пути прохождения осевого потока через ярмовой сердечник Lδяс составит Lδяс=2*0,005 мм.=0,01 мм. Длина силовой линии, проходящей по дополнительным зазорам в ярме, в известном устройстве составляет величину Lδя=0.15 мм. Длина силовой линии, проходящей по дополнительным зазорам ярмового сердечника Lяс, составляет Lяс=0,01 мм, что в 15 раз короче, чем у известного решения. Пакеты ярмового сердечника выполняют функцию магнитного шунта. А это означает, что осевой поток поперек листа уменьшится как минимум в 15 раз. Дополнительные потери в листах от вихревых токов уменьшатся как минимум в 15 раз. Ток холостого хода уменьшится как минимум в 1,5 раза.

Согласно исследованиям лабораторного образца якоря многофазный электрической машины цилиндрической формы с числом пар полюсов р и неразделенным на части якоря, представленным в описании к изобретению известного решения, с ошибкой менее 1% можно считать, что в известном решении отсутствуют четные гармоники поля и нечетные гармоники поля кратные трем, но присутствуют гармоники поля ν не кратные трем: ν=1, 5, 7, 11, 13 и т.д.

Как известно первая гармоника магнитного поля создает полезный электромагнитный момент, (Вольдек А.И., Электрические машины, учебник для Вузов, Л.: ЭНЕРГИЯ, 1978 г., 832 стр. (страница 524)). Пятая гармоника магнитного поля создает в рабочей зоне, например, асинхронного двигателя в режиме двигателя тормозной электромагнитный момент. Седьмая гармоника магнитного поля создает при разгоне асинхронного двигателя до частоты вращения 1/7n₁ положительный электромагнитный момент, а затем существенный тормозной момент, что может привести к тому, что ротор асинхронного двигателя не разгонится до рабочей частоты вращения n.

С целью кратного уменьшения влияния пятой и седьмой гармоник магнитного поля на полезный рабочий электромагнитный момент согласно предложенной формулы предмета изобретения якорь многофазный электрической машины выполнен в форме полого цилиндра с числом пар полюсов р и m-фазной одноименнополюсной якорной обмоткой кольцевого типа, магнитная система которого состоит из выполненных из листов электротехнической стали двух магнитно и электрически разделенных частей, каждая из которых имеет осевую длину Lя. Одна из частей якоря повернута вокруг оси вращения полого цилиндра относительно второй части якоря на угол 30/р=30/3=10 геометрических градусов, т.е. на одно зубцовое деление, фиг. 10. На фиг. 10 зубцовый сердечник П8zc сдвинут относительно П7zc на одно зубцовое деление.

Каждая гармоника каждой из частей якоря создает свое магнитное поле относительно магнитной системы ротора, например, асинхронного двигателя с короткозамкнутой клеткой ротора, выполненной без скоса пазов. Каждая из гармоник поля, как известно, создает свое вращающееся магнитное поле с числом пар полюсов p*ν и создает, если не учитывать зубчатость статора и ротора, в каждом стержне короткозамкнутого ротора свою синусоидальную ЭДС с амплитудным значением: Emν. Таким образом, в каждом стержне ротора каждая из гармоник магнитного поля якоря наводит две ЭДС, выраженные в комплексной форме как:

и

со сдвигом во времени на угол γ(ν).

Обозначим вектора ЭДС, созданные в стержне первой гармоникой поля первой и второй частями якоря, как

и

В том же стержне пятая гармоника магнитного поля первой и второй частями якоря создаст ЭДС, которые обозначим соответственно как:

и

Седьмая гармоника поля создаст в том же стержне ротора ЭДС:

и

Изображенные на комплексной плоскости каждая пара векторов ЭДС

будут сдвинуты друг относительно друга на свой угол γ(ν), но выраженный в электрических градусах.

В общем случае для любой ν-ой гармоники ЭДС угол сдвига γ(ν), выраженный в электрических градусах, составит γ(ν)=(30(геом.град)/р)*р*ν=30*ν электрических градусов. Так для первой гармоники ЭДС угол сдвига γ(ν) между векторами

и

составит γ(ν)=30*ν=30*1=30 электрических градусов.

Для ν=5 угол сдвига γ(ν) между векторами

и

составит γ(ν)=30*ν=30*5=150 электрических градусов. Для ν=7 угол сдвига γ(ν) между векторами

и

составит γ(ν)=30*ν=30*7=210 электрических градусов.

Т.к. якорь состоит из двух магнитно разделенных геометрически подобных частей с осевой длиной Lя каждой из частей, якорные обмотки каждой из частей подобны и состоят из кольцевой многофазной одноименнополюсной обмотки с числом витков в каждой катушке любой фазы, равной Wk, причем половины одноименных фаз разделенных частей включены последовательно согласно, то вектора ЭДС в роторе, созданные полем каждой из гармоник, на комплексной плоскости складываются геометрически, модули вектора

и

равны между собой:

модули векторов

и

также равны между собой, модули векторов

и

также равны между собой.

На фиг. 13 а), б), в) для каждой из гармоник построены вектора ЭДС для каждой из частей в стержне ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и результирующая ЭДС по каждой из гармоник.

Результирующую ЭДС в стержне для каждой из гармоник обозначим для ν=1 как:

Для ν=5 обозначим как:

Для ν=7 обозначим как:

В общем случае, как известно, когда геометрически складываются два вектора равных по модулю и сдвинутых на угол γ, модуль результирующего вектора (

будет равен

).

Для первой гармоники γ(ν)=30 электрических градусов, тогда:

Таким образом, амплитуда результирующей ЭДС в стержне ротора для первой гармоники уменьшилась в 1/0,966=1,035 раза по сравнению со случаем, когда нет сдвига на угол 30/р геометрических градусов.

Для пятой гармоники γ(ν)=150 электрических градусов. Тогда:

Таким образом, амплитуда результирующей ЭДС в стержне ротора для пятой гармоники уменьшилась в 1/0,259=3.86 раза по сравнению со случаем, когда нет сдвига на угол 30/р геометрических градусов.

Для седьмой гармоники γ(ν)=210 электрических градусов. Тогда:

Таким образом, амплитуда результирующей ЭДС в стержне ротора для седьмой гармоники уменьшилась также в 1/0,259=3.86 раза по сравнению со случаем, когда нет сдвига на угол 30/р геометрических градусов.

Токи в стержнях ротора, созданные гармониками ЭДС, уменьшились соответственно для первой гармоники 1,035 раза, для пятой и седьмой гармоник в 3.86 раза.

На фиг. 14 показаны графики изменения электромагнитных моментов для случая, когда существуют все нечетные гармоники поля без искусственного сокращения их амплитуд:

М₁ - график изменения электромагнитного момента, созданного первой гармоникой поля;

М₅ - график изменения электромагнитного момента, созданного пятой гармоникой поля;

М₇ - график изменения электромагнитного момента, созданного седьмой гармоникой поля;

М - график изменения электромагнитного момента, полученного как арифметическая сумма всех моментов: М=М₁+М₅+М₇. Указанные графики взяты из учебника Вольдек А.И., Электрические машины, учебник для Вузов, Л.: ЭНЕРГИЯ, 1978 г., 832 стр. (страница 524). Там же дополнительно в рис. 25-6 введена нами параллельно оси n₁ пунктирная линия Мп через точку пересечения кривых М и М₁, соответствующую пусковому моменту. Автором учебника на рис. 25-6 проведена пунктирная линия момента сопротивления нагрузки Мст так, чтобы пересечение пунктирной линии момента сопротивления нагрузки и кривой результирующего момента М соответствовало частоте вращения ротора, равное n=(1/7)n₁. Полученную точку пересечения автор назвал точкой «а». Нами добавлена пунктирная линия, соответствующая минимальному результирующему моменту Mmin.

При частоте вращения ротора n=(1/7)n₁ момент М₇ равен нулю, т.к. для седьмой гармоники частота вращения ротора n=(1/7)n₁ является синхронной частотой вращения: n₇.

Дополнительный тормозной момент от частоты вращения ротора, равной нолю, до частоты вращения n₁ создает только пятая гармоника М₅. Дополнительный тормозной момент М₅ в точке «а» М5(а) равен ΔМ5, фиг. 14.

Для седьмой гармоники при частоте вращения ротора n>n₇ наступает генераторный режим работы асинхронного двигателя, т.е. тормозной режим для ротора. При n>n₇ результирующий электромагнитный момент М, равный М=М₁+М₅+М₇, становится меньше Мст. Поэтому при разгоне ротора асинхронного двигателя от частоты вращения ротора n=0 с моментом сопротивления Мст ротор затормозится при n=(1/7)n₁. Увеличение частоты вращения ротора прекратится.

Как известно, (например, Вольдек А.П., Электрические машины, учебник для Вузов, Л.: ЭНЕРГИЯ, 1978 г., 832 стр. (раздел 3, стр. 510, формула (25-4))) электромагнитный момент Мэм. асинхронного двигателя есть функция тока ротора Ir в квадрате: Mэм=f((Ir)²).

Это означает, что по сравнению со случаем, когда нет сдвига второй части якоря относительно первой части якоря на угол 30/р геометрических градусов, электромагнитный момент Мэм от тока первой гармоники уменьшится в 1,035²=1,071 раза.

Электромагнитный момент Мэм от тока пятой и седьмой гармоник уменьшится в 3.86²=14,9 раза.

Самым большим дополнительным тормозным моментом является максимальный генераторный момент, созданный полем седьмой гармоники М_7г, фиг. 14, который также уменьшится в 14,9 раза.

Таким образом, при любом значении частоты вращения ротора n в двигательном режиме работы значение результирующего момента М становится больше Мст.

С целью проверки указанного результата был выполнен экспериментальный образец якоря трехфазного асинхронного двигателя цилиндрической формы с кольцевыми обмотками при питании обмоток якоря напряжением промышленной частоты для случая: m=3; р=3, q=2, частей якоря две, число катушек К=12. Фотографии экспериментального образца приведены на фиг. 15. Фотография экспериментальной установки приведена на фиг. 16.

Измерение вращающего момента экспериментального образца якоря трехфазного асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками проводились авторами согласно методике, изложенной в книге: Г.К. Жерве, Промышленные испытания электрических машин, Государственное Энергетическое Издательство, Москва-Ленинград, 1959 г., 501 стр. Методика измерения вращающего момента асинхронного двигателя изложена на стр. 90-98.

Пусковой момент Мп при n=0 определялся по способу тормоза (пункт 1, стр. 90) с помощью закрепленного на валу мерного рычага и стрелочных весов при номинальном напряжении сети, подаваемого на обмотку статора.

Длина рычага выбиралась таким образом, чтобы число показанных делений стрелкой весов было не меньше ста делений, Длина рычага составила 500 мм. При указанной длине рычага и числа делений стрелочных весов ошибка измерений составляет величину менее 1%. Значение пускового момента Мп определялось согласно пункту 1, стр. 90 указанной книги как Мп=(F₁-F₂)*L[N*m], где:

F₁ - значение силы в ньютонах, показанная стрелочными весами при подключении обмотки статора к сети;

F₂ - значение силы в ньютонах, показанная стрелочными весами при отключении обмотки статора от сети;

L - длина рычага, измеренная от оси выходного конца вала ротора опытного образца до точки опоры на весах, выраженная в метрах;

[N*m] - размерность, ньютонометры.

Измерение вращающего момента асинхронного двигателя при n>0 при вращении ротора с неизменной частотой вращения осуществлялось по способу тарированного генератора - пункт 2, стр. 91. Испытания проводились на стандартном стенде, предназначенном для испытания электрических машин малой мощности, стандартными приборами в учебной лаборатории кафедры «Электрические машины» УралЭНИН УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург. фиг. 16.

Значение вращающего момента экспериментального образца якоря трехфазного асинхронного двигателя с кольцевыми обмотками определялось согласно пункта 2 стр. 90 в книге Г.К. Жерве. Промышленные испытания электрических машин, Государственное Энергетическое Издательство, Москва-Ленинград, 1959 г., 501 стр.

Ротор асинхронного двигателя механически через полумуфту сопрягался с ротором генератора постоянного тока. В комплект генератора постоянного тока входит генератор малой мощности с возбуждением от постоянных магнитов (тахогенератор), механически сопряженный с основным генератором, т.к. напряжение на зажимах генератора малой мощности (далее - датчика частоты вращения) пропорционально частоте вращения ротора генератора. Цены делений вольтметра, измеряемого напряжение датчика, тарируются как частота вращения ротора.

К зажимам обмотки якоря тарированного генератора постоянного тока подключалось регулируемое ступенчато активное сопротивление. На зажимы обмотки статора асинхронного двигателя от индукционного регулятора подавалось номинальное напряжение. В процессе пуска асинхронного двигателя при увеличении его частоты вращения ротора момент сопротивления генератора Мг при постоянном токе возбуждения генератора, как известно, растет от нуля пропорционально частоте вращения ротора, фиг. 17.

При частоте вращения n>n_г момент сопротивления генератора Мг(n_г) становится больше результирующего момента двигателя и увеличение частоты вращения ротора двигателя прекращается. Частота вращения ротора измерялась двумя датчиками: датчиком, механически сопряженным с генератором (тахогенератором), и электронным прибором, Значение частоты вращения ротора n записывалось как среднее значение двух показаний. Для установившегося значения n измерялись значения тока якоря генератора постоянного тока Iг, протекающего по нагрузочному сопротивлению, и напряжение Uг на нагрузочном сопротивлении генератора.

Момент сопротивления, развиваемый генератором при установившемся значении n_г, определяется по стандартной формуле и равен Мг(n_г)=9570(Рнагр./n₁) [кг*м], где Рнагр. - мощность в киловаттах, развиваемая на нагрузочном сопротивлении тарированного генератора. n₁ - синхронная частота вращения ротора асинхронного двигателя в оборотах в минуту.

Результирующий электромагнитный момент М, развиваемый полем статора асинхронного двигателя, определялся по стандартной формуле как: М=Мг(n_г)+Мвент+Мподш.+Мщеток+Мстали+Мдат. частоты вращения: где

Мвент. - момент сопротивления вентилятора двигателя и генератора;

Мподш. - момент сопротивления подшипников двигателя и генератора;

Мщеток - момент сопротивления щеток генератора;

Мстали - момент сопротивления от вихревых токов в стали генератора;

Мдат. частоты - момент сопротивления от датчика частоты вращения.

В течение всех испытаний использовались одни и те же измерительные приборы. Ток возбуждения генератора в течение проведения всех опытов поддерживался постоянным. Индукционный регулятор напряжения использовался с целью поддержания напряжения на зажимах обмотки статора испытываемого асинхронного двигателя.

Перед проведением опыта и после проведения опыта по определению мощности на нагрузке генератора измерялись активные сопротивления фаз статора асинхронного двигателя и якоря генератора постоянного тока, а также температура окружающей среды. Все показания приборов фиксировались видеокамерой.

Перед проведением следующего опыта по определению мощности на нагрузке генератора температурное состояние обмоток статора асинхронного двигателя и генератора путем принудительного охлаждения приводилось в исходное состояние с ошибкой не более 5%.

На фиг. 17 по оси ординат отложены значения электромагнитного момента М в ньютонометрах, полученных как результат экспериментального исследования экспериментального образца. По оси абсцисс отложена частота вращения ротора в оборотах в минуту экспериментального образца. Построены вспомогательные дополнительные линии: пунктирная линия, проведенная параллельно оси абсцисс от точки со значением пускового момента - Мп, и пунктирная линия, проведенная параллельно оси ординат, со значением частоты вращения n=(1/7)n₁. Приведены значения экспериментально определенных результирующих моментов при установившихся значениях частоты вращения ротора экспериментального образца n_г в виде точки Мг(n_г) и кривая среднеквадратичных отклонений электромагнитного момента М экспериментального образца. Наиболее подробно исследовалась зона с частотой вращения n≥(1/7)n₁.

Выполним сравнение значений результирующего электромагнитного момента М известного решения фиг. 14 и значений электромагнитных моментов М экспериментального образца фиг. 17.

В известной конструкции в зоне значений электромагнитных моментов М, созданных первой, пятой и седьмой гармониками магнитного поля в зазоре асинхронного двигателя, от пускового момента Мп до критического момента Мкр при n>(1/7)n₁ существует зона значений электромагнитных моментов М менее значений пускового момента Мп. Согласно рисунку фиг. 14 существует зона значений электромагнитных моментов М менее Мст с величиной минимального момента Mmin. и как следствие требуется дополнительный расход активных материалов на асинхронный двигатель для компенсации влияния нечетных гармоник магнитного поля на величину полезного электромагнитного момента, созданного первой гармоникой поля.

Существенной отличительной особенностью предложенного устройства от известного является то, что в предложенном устройстве в зоне значений электромагнитных моментов М от пускового Мп до критического момента Мкр нет значений моментов менее пускового момента Мп=Мст, фиг. 17. Это означает, что решена поставленная техническая проблема по кратному уменьшению влияния высших нечетных гармоник магнитного поля на величину полезного электромагнитного момента, созданного первой гармоникой поля асинхронного двигателя, и не требуется дополнительного расхода активных материалов на подавление влияния нечетных гармоник магнитного поля на величину электромагнитного момента, созданного первой гармоникой поля.

Использование предложенного технического решения позволит существенно уменьшить потери от вихревых токов в ярме статора, уменьшить ток холостого хода, например асинхронного двигателя, и уменьшить влияние высших нечетных гармоник на кривую электромагнитного момента асинхронных двигателей.

Claims

Якорь многофазной электрической машины формы полого цилиндра с числом пар полюсов p и m-фазной одноименнополюсной якорной обмоткой кольцевого типа характеризуется тем, что магнитная система якоря состоит из выполненных из листов электротехнической стали двух магнитно- и электрически разделенных частей, каждая из частей имеет осевую длину Lя и состоит из 2m пакетов формы полого цилиндра, которые имеют осевую длину Lmя, и 2m+1 пакетов, каждый из которых имеет осевую длину Lzc и состоит из пакетов формы полого цилиндра, механически и магнитно-сопряженных с p пакетами зубцовых сердечников, имеющих форму сектора полого цилиндра и симметрично размещенных по внутренней стороне каждого полого цилиндра, повернутых относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной оси вращения полого цилиндра, на угол в 360/p геометрических градусов, при этом между двумя соседними вдоль оси полого цилиндра пакетами с зубцовыми сердечниками размещен один из 2m пакетов формы полого цилиндра и одна из 2m катушек формы полого цилиндра m-фазной одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа осевой длиной Lmя и наружным диаметром меньше внутреннего диаметра пакета формы полого цилиндра 2m, причем соседние вдоль оси вращения пакеты с зубцовыми сердечниками 2m+1, размещенные по разным сторонам любой катушки фазы m-фазной одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа, повернуты в плоскости, перпендикулярной оси вращения полого цилиндра, относительно друг друга на угол 360/2mp геометрических градусов, причем 2m*Lmя+(2m+1)*Lzc=Lя, одна из частей якоря повернута вокруг оси вращения полого цилиндра относительно второй части якоря на угол 30/p геометрических градусов, катушки фаз одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа каждой из частей якоря размещены вдоль оси полого цилиндра таким образом, что геометрические оси каждой из катушек фаз, имеющей число витков Wk, совпадают между собой и осью вращения полого цилиндра, каждая K-я и (m+K)-я катушки соединены последовательно-встречно, при этом отсчет (m+K)-й катушки каждой из частей якоря ведется от катушки, которой присвоен номер первый, началом первой фазы является начало катушки, которой присвоен номер первый, началами остальных фаз одноименнополюсной якорной обмотки кольцевого типа являются начала катушек с номерами катушек, равными (2n+1), где n - число натурального ряда, начиная с нуля, причем n<m, одноименные фазы каждой из частей якоря включены последовательно согласно, в каждом листе электротехнической стали каждого из 2m и (2m+1) пакетов ярма якоря с наружной стороны листа по окружности выполнены открытые пазы прямоугольной формы шириной bпя и высотой hпя, причем стенки паза параллельны плоскости, проведенной через линию оси вращения цилиндра и среднюю линию на плоскости дна паза, в каждой из частей якоря пакеты ярмовых сердечников выполнены из листов электротехнической стали в форме бруска шириной bпя, высотой hпя, длиной Lя и размещены в открытых пазах ярма якоря, причем каждый лист электротехнической стали в пакете ярмового сердечника выполнен прямоугольной формы и размещен в открытом пазу параллельно плоскости дна паза, наибольшая сторона листа в пакете ярмового сердечника параллельна оси вращения цилиндра, в каждом листе каждого из (2m+1) пакетов ярма якоря с зубцовым сердечником с внутренней стороны листа с зубцовым сердечником по окружности выполнено q открытых пазов прямоугольной формы шириной bzc и высотой hzc, где q - четное число из натурального ряда, начиная с q=2, оси симметрии которых повернуты относительно друг друга вокруг оси вращения цилиндра на угол в 360/2qmp геометрических градусов и симметрично размещены относительно внутренней поверхности зубцового сердечника, также в каждой из частей магнитной системы якоря размещено 2qmp пакетов зубцовых наконечников, каждый из которых имеет форму бруска шириной bzн, равной bzc, и высотой hzн, выполненного из листов электротехнической стали с осевой длиной 2Lя, посередине каждого листа каждого пакета зубцового наконечника выполнен вырез, причем в пазах зубцовых сердечников пакеты с зубцовыми наконечниками размещены таким образом, чтобы грани пакетов с длиной 2Lя были параллельны оси вращения цилиндра.