Статор синхронной электрической машины Советский патент 1982 года по МПК H02K1/16 

(54) СТАТОР СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРР{ЧЕСКОЙ МАШИНЫ

1

Изобретение относится к электрическим машинам и касается конструкции сердечника статора электрических машин.

Постоянно растущие требования к качеству генерируемой электрической энергии выдвигают необходимость принятия новых технических решений. Если ранее оноваривался только коэффициент искажения формы волны напряжения, то в настоящее время к электрическим машинам предъявляется также требования в отношении уровня коэффициента телефонных помех. Традиционные конструкции не всегда удовлетворяют новым требованиям.

Известна электрическая машина, в которой зубцовые гармонические первого и второго порядков подавляются путем установки полюсов с переменным расстоянием между магнитными осями смежных полюсов, при этом полюса ротора разделены на группы с . одинаковым и более двух числом полюсов, и угол об между осями полюсных башмаков соседних полюсов внутри каждой группы выполнен постоянным и отличен от угла между осями полюсных башмаков крайних полюсов соседних групп и

.()П-1 t

jV-a U

n

-полюсное деление;

10 где

-шаг по пазам на расточке статора;

-число полюсов в одной групnпе 1 .

Однако осуществление группового

15 сдвига полюсов потребует дополнительных штампов ,цля получения сегментов обода с различными расстояниями между пазами под хвосты полюсов. Эти сегменты имеют обычно весь20ма большие размеры, поэтому штампы очень сложны и дороги. Кроме того, требуется перенастройка уникальных прессов Д.ПЯ замены одних штампов другими,-когда число позиций сег25ментов обода не одно, как обычно, а несколько.

Известна также синхронная зле ктрическая машина, например гидрогенератор, содержащая ротор и статор

30 с шихтованным сердечником, на котором выполнены эубцовые деления с пазами для разрлещения в них проводников обмотки 21 . В данной конструкции гидрогенерат ра для П(31гучения необходимой фсрг-К) генерируемого в обмотке статора напряжения за счет снижения зубцовЕ х гармонических необходимо увеличить число пазов статора на полюс и фазу, а это при применении в современ ных гидрогенераторах стержневой обмотки с термореактивной корпусной изоляцией значительнее увеличит трудо емкость изготовления машины. Цель изобретения - улучшение кривой напряжения обмотки статора и сни жение затрат на изготовление машины Поставленная цель достигается тем, что зубцовые де.тюния статора располокены группами равномерно по окружности статора, причем в пределах кахддой группы зубп,ОБые деления одинаковы и не равны 3y6uoBOf/ry деле нию на стыке смежных групп, при это при числе пазов в группе п значения увеличенных зубцовых делений на стыке 1рупп tr, и . следуюго,их на кажд/эт из них одина :овых уменьшенных зубцо вых делений t., определяются по форм лам 4 -ill:: где t - зубцовое деление при равномерном расположении всех пазов на статоре. Кроме того, число увеличенных зу цовых делений по окружности статора кратно (разно или болыле) числу параллельных ветвей в фазах обм ки статора. На фиг. 1 изображен сердечник предлагаемого статора; на фиг,2-6 сегменты, необходиглые для сборгси се дечника статора в случае разъемной и неразъемной его конструкции. На расточке сердечника статора 1 (фйг.1)пазы 2 расположены равномерно, двумя группами .причем в пределах групп все зубцы 3 одинаковы и не равны крайни зубцам группы 4. В двух диаметральн противоположных местах сердечника зубцы выполнены более широкими, чем все остальные. Зубцовые деления на стыке групп tj больше зубцовых деле .ний в пределах группы t . Электрический угол между пазами по обе сто роны зубцов увеличенной ширины боль ше, чем межд;у другими пазами соседних пазов. Количество таких уширенных зубцов по окружности машины может быть и иным от единицы и бол ше) , но такие зубцы должны быть рав номерно расположены по расточке сер дечника, а число их не должно быть меньше числа параллельных ветвей в обмотке статора. Последнее необходимо для того, чтобы электродвижущие во всех параллел.ьных ветвях фаз оставались одинаковыми и в машинах с непостоянной шириной зубцов, а также чтобы подавление зубцовых гормонических достигалось во всех ветвях Ф аз. В зонах расположения расширенных зубцов расстояния между смежными пазами 5 для закрепления сегментов(по обе стороны этих зубцов отличаются от прочих подобных расстояний в данных .не в большую сторону (В А) . Пример выполнения сердечника стато1;а, представленный на фиг.1, может бить рекомендован, если число парал/:ельных ветвей в фазах обмотки или . Конструкция, приведенная на фиг.1 рассчитана на разъемный статор, состоящий из двух частей, причем разъеM-J сердечника располагаются по вертикальной оси на рисунке. В этом случае для сборки сердечника требуются при принятом числе пазов в большом сегменте четыре позиции сегментов сердечника; обычный сегмент, включакчц1.5й восемь зубцовых делений t j СФИ1.2), сегмент с одним зубцовым делением t и семью зубцовыми делениями t ,, (фиг.З) , сегмент с чeтыpь 4я зубцовыми .делениями t , представляющий половину сегмента фиг.2 ((Ьиг.З) и, наконец, сегмент с одним зуОцовым делением tg и тремя зубцовьями делениями t/ (фиг. 6) . Таким образом, в приведенном примере для сборки сердечника требуется четыре позиции сегментов вместо двух, которые имели бы дместо в данном случае при равномерном расположении всех з бцов, когда они оди - наковы. Две дополнительные позиции сегментов потребовались ввиду наличи,м расширенных зубцов. В любых другик случаях также потребуются дополнительные позиции сегментов (а значит и соответствующие штампы) из-за появления расширенных зубцов, причем общее ЧИСЛО позиций сегментов удваивается по сравнению с исходным числом в обычной конструкции сердечника якоря. Расположение сегментов по слоям показано на фиг.1, где сплошными линиями показаны стыки сегментов в верхнем слое сердечника статора, а пунктом стыки в следующем за ним слое, в третьем слое расположение сегментов соответствует расположению в первом верхнем слое. В случае неразъемного статора необходимости в сегментах малых размеров EieT, но для выполнения перекроя смежных слоев требуются дополнительные позиции сегментов. В данном потребовались бы, помиМО позиций фиг. 2 и фиг.З, еще сегменты включающие восемь зубцовых делений, в которых зубцовое деление tj было бы четвертым (или пятым) от края сегмента фиг.4). Здесь имеется ввиду неразъемный но сегментный сердечник статора (якоря). в машинах небольших размеров , где всего один сегмент, вообще отпадает необходимость в дополнител ных позициях. Здесь результат дости гается без какого-либо усложнения конструкции статора (якоря). Изобретение обеспечивает снижение зубцо ,вых гармонических, В то же время отпадает необходимость увеличения числа массивных и дорогостоящих штампов для сегментов обода ротора явнополюсных электрических машин. Кроме того, изобретение позволяет обеспечить подавление зубцовых гармонических не только в явнополюсных но в любых электрических машинах. Дополнительные сегменты для сердечника могут быть получены без шта пов, а путем разрезки большого сегмента на два, например, гильотинными ножницами. Как видно из чертежа, сегменты фиг.5 и фиг.6 могут быть получены разрезкой сегментов фиг.2 и фиг.З на две части. Если обозначить число пазов якоря (статора) t, , число параллельных ветвей в обмотке статора сч , число повторяющихся групп пазов по окружности сердечника с обязательным расширенным Рубцовым делением t и относительными одинак выми и меньшими зубцовыми делениями t ,то наибольшее подавление зубцовых гармонических достигается при следующих значениях зубцовых делени i 1 n-i , ,.t-, где t - то зубцовое деление, которое бы имело место, если бы, как обычно все зубцы были одинаковы и равномерно бы распологались по окружности якоря (статора). При этом естественно имеется ввиду, что число пазов z сохраняется неизменным, также, как диаметр машины. Приведенные соотноше ния соответствуют простому условию t,-t, i. В обычной электрической машине с одинаковыми зубцовымн делениями по окружности статора ЭДС зубцовой частоты складываются алгебраически, так как период гармонической зубцовой частоты равен зубцовому делению. Например, при числе пазов на полюс ифазу q, 2 угол между смежными пазами составляет в поле основной (первой) частоты 360° Збо; о 2тс 6-2 где m 3 - число фаз, а в поле зубцовой частоты 2 6 с, . 0,; б-2- 30 360 Чтобы подавить зубцовую частоту в ЭДС обмотки надо добиться того, чтобы ЭДС проводников складывались геомеЧ-рически таким образом, чтобы в сумме их-вектора образовали замкнутый многоугольник. Этого можно добиться, если зубцовые деления ст9.тора выполнить не одинаковыми, как обычно, а из нескольких равных групп, причем в пределах каждой группы зубцовое деление должно быть постоянно, а на стыке двух смежных групп зубцовое делениеt должно отличаться от t на величину, равную зубцовому делению t при равно мерном обычном расположении зубцовых -делений по окружности статора. При этом величины новых зубцовых делений должны быть , il nri. /Jl/H.iriLil J. и t,: t{l-|) ИЛИЪ.) ) или ti t(l-ii). i t f n N i J- /n /I Очевидно t j - t t В угловом выражении для частоты зубчатости соответствующие им углы состоят (-|. -2.(2-.Пусть в мшяине с числом пазов на по-, юс и фазу с, 2 и числом полюсов будет осуществлено подавление . зубцовой гармонической путем выполнения двух групп пазов (). Число пазов в машине т; 2p-q.m 4-2-3 24. Число пазов в каждой rpyi е составит . Каяодой фае при этом будет принадлежать г 24 вектора. При нормальом чередовании катушечных групп бмотки статора фазе А будут приадлежать проводники в пазах первой руппы. Вычислим углы между вектоами ЭДС этих проводников частоты убчатости. Угол между соседними пазами сосавит с 2 Ti ( 1- k/2; ) ЗЗО . Тогда векторы ЭДС указанных чеырех проводников будут иметь слеующие углы: 0°, 330 180 и 150° Сума этих векторов равна 0. То же CciMoe удет иметь место и для фаз В и С той группы пазов. Вторая группа азов идентична первой в отношении характера сложения векторов ЭДС проводников фаз, Формула изобретения 1, Статор синхронной электрической машины, например гидрогенератор содержащий шигСтованный сердечник, на котором выполнены эубцовые деления с пазами для размещения в них проводников Обмотки, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью улучшения кривой напряжения обмотки статора и снижения затрат на изгото ление машины, зубцовые деления стат ра расположены группами равномерно от окружности статора, причем в пре лах каждой группы зубцовые деления одинаковы и не равны зубцовому деле нию на стыке смежных групп,при этом значение увеличенных зубцовых делений tg на стыке групп и следующих за каждым из них одинаковых уменьшенны зубцовых делений t определяются по формулам , , пИ t2--t , , VC-1 t v -, где t - зубцовое деление при равномерном расположении всех пазов на статоре; п - число пазов в группе. 2. СтаторJнапример гидрогенератор, ПОП.1, отличающийс я тем, что число увеличенных зубцовых делений по окружности статора кратно (равно или больше) числу параллельных ветвей в фазах обмотки ст 1тора. Источники информации, приня сг е во внимание при экспертизе 1.-Авторское свидетельство СССР 1Ю заявке № 2401304, кл. Н 02 К 1/24. 2,Домбровский В.В. и др. Проектирование гидрогенераторов, ч. П. Л., Энергия, 1968, с, 24,30.