Обмотка электрической машины переменного тока

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, а именно к синхронным ветрогенераторам и генераторам для малых ГЭС, в которых используется обмотка статора с дробным числом пазов на полюс и фазу, и может быть использовано в ветростанциях и малых ГЭС. Сущность изобретения заключается в том, что обмотка электрической машины переменного тока с дробным числом пазов Q на полюс и фазу (как для Q>1, так и для Q<1) согласно данному изобретению выполнена шестифазной по схеме «две звезды под 30° эл.» и со знаменателем дробности С, соответствующим соотношению С=6·к±1, где к=1, 3, 5… Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в устранении ряда гармоник низшего и высшего порядка в кривой МДС статора, что обеспечивает снижение вибраций сердечника статора и корпуса ветрогенераторов и генераторов для малых ГЭС.

 

Изобретение относится к области электромашиностроения, а именно к синхронным ветрогенераторам и генераторам для малых ГЭС, в которых используется обмотка статора с дробным числом Q пазов на полюс и фазу, и может быть использовано в ветростанциях и малых ГЭС.

Известны трехфазные обмотки статора машин переменного тока, которые отличаются дробным числом Q пазов на полюс и фазу, причем такие обмотки выполняются только для Q>1, например, и др. (Вольдек А.И., Попов В.В. «Электрические машины», С-Петербург: Питер, 2007). Для машин переменного тока, работающих параллельно с сетью, например для генераторов, включенных в ЛЭП или двигателей, питающихся от сети, трехфазные обмотки статора с дробным Q выполняются для следующих целей:

- снижения зубцовых гармоник до уровня, который требует ГОСТ 183-74,

- снижения добавочных потерь, индуктируемых этими гармониками в контурах ротора (например, в демпферной обмотке пли беличьей клетке).

Известны (Глебов И.А., Данилевич Я.Б. «Научно-технические проблемы мощных турбогенераторов», Л., Наука, 1990; Вартаньян Г.П., Загородная Г.А., Смотров И.А., Титов В.В., Хуторецкий Г.М., под ред. Иванова Н.П. и Лютера Р.А., «Турбогенераторы», Л. Энергия, 1968) шестифазные обмотки статора с целым числом Q пазов на полюс и фазу, которые применяются в турбогенераторах большой мощности (свыше 800 МВт) для снижения высших пространственных гармоник в кривой МДС статора порядка m>p (гармоники низшего порядка m<p отсутствуют).

Известны (Богуславский И.З., «Двигатели и генераторы переменного тока: токи и потери в контурах ротора при работе в нелинейной сети», С-Петербург, СПбГПУ, 2006) также шестифазные обмотки с целым числом Q, которые применяются в асинхронных двигателях, питаемых от преобразователей частоты для снижения высших временных гармоник, возникающих при работе таких преобразователей.

В качестве прототипа выбрана трехфазная обмотка статора с дробным числом пазов на полюс и фазу . (Детинко Ф.М., Загородная Г.А., Фастовский В.М. «Прочность и колебания электрических машин», Л: Энергия, 1969)

Недостатком указанного технического решения являются значительные вибрации сердечника статора и корпуса, вызванные наличием низших гармоник в кривой МДС.

При создании ветрогенераторов и генераторов для малых ГЭС часто используются трехфазные обмотки с дробным числом пазов Q на полюс и фазу. В кривой МДС таких обмоток наряду с высшими гармониками, порядок которых m>p имеют место и низшие гармоники, порядок которых m<p (здесь m - порядок гармоники при разложении кривой МДС в ряд с периодом T=πD, D - диаметр расточки статора, p - число пар полюсов; предполагается, что порядок основной гармоники m=p) (Бергер А.Я., «Синхронные машины», Гонти, 1938) Наличие гармоник порядка m<p в кривой МДС крайне нежелательно: они могут вызывать вибрации активной стали корпуса значительно больше допустимых. При этом для трехфазной обмотки получено (Детинко Ф.М., Загородная Г.А., Фастовский В.М. «Прочность и колебания электрических машин», Л: Энергия, 1969), что уровень этих вибраций обратно пропорционален порядку низшей гармоники. Для того, чтобы избежать этих вибраций, в электромашиностроительной практике приходится увеличивать вес и габариты корпуса статора. Соответственно, снижается конкурентоспособность машины.

Изобретение направлено на решение задачи снижения вибраций сердечника статора и корпуса ветрогенераторов и генераторов для малых ГЭС.

Изобретение обеспечивает получение технического результата, заключающегося в исключении низших гармоник в кривой МДС статора.

Указанный технический результат достигается тем, что обмотка электрической машины переменного тока с дробным числом пазов Q на полюс и фазу (как Q>1, так и Q<1), выполняется шестифазной по схеме «две звезды под 30° эл.», и со знаменателем дробности с, выбираемым согласно соотношению с=6·к±1, где к - нечетное больше нуля (здесь знаменатель дробности с соответствует представлению числа Q в виде Q=a+b/c).

Примером такой обмотки является шестифазная обмотка статора, выполненная по схеме «две звезды под 30°эл.» с числом пазов z=192, числом пар полюсов p=40, и шагом по пазам у=2, имеющая дробное число пазов на полюс и фазу . В кривой МДС статора этой обмотки отсутствуют гармоники порядков ниже 40 (т.е. ниже основной), в то время как в кривой МДС аналогичной трехфазной обмотки имеется низшая гармоническая порядка 8, которая составляет 29% по отношению к основной (порядка р=40).

Снижение вибрации сердечника статора и корпуса ветрогенераторов и генераторов для малых ГЭС обеспечивается за счет ликвидации в кривой МДС статора низших пространственных гармоник, вызывающих эти вибрации (а именно, исключаются гармоники, порядок которых имеет вид , , …, , причем ).

Использование данного изобретения позволяет исключить появление дополнительных вибраций активной стали и корпуса статора, а также добавочных потерь в контурах ротора.

Шестифазная обмотка электрической машины переменного тока с дробным числом пазов на полюс и фазу, отличающаяся тем, что обмотка выполнена по схеме «две звезды под 30° эл.» и со знаменателем дробности С, соответствующим соотношению С=6·к±1, где к=1,3,5…