Багатофазна машина

Реферат: Багатофазна машина належить до області електроенергетики, яку використовують як двигун або генератор, наприклад, у вітрових електричних генераторах та електромеханічних перетворювачах, зокрема в асинхронізованій машині змінного струму для зв'язку двох енергетичних систем з неспівпадаючими частотами; для використання як генератора в пересувних бензинових або дизельних електростанціях, а також у корабельних електростанціях. Багатофазна машина містить магнітопроводи статора та ротора, обмотки та затискачі лінійних та нульової фаз. До багатофазної машини додатково приєднаний стабілізатор фаз, в якому суміщені обмотки багатофазної машини з обмотками багатофазного стабілізатора фаз, які приєднані до затискачів багатофазної машини. Багатофазна машина містить електромагнітні зв'язки між обмотками статора, при цьому принаймні дві силові обмотки розміщені у кожному пазу статора. За допомогою запропонованого винаходу досягається підвищення надійності та відмовостійкості роботи багатофазної машини при: обриві проводу однієї або декількох лінійних фаз живильної трифазної мережі; при перегоранні однієї з обмоток двигуна; при фазному короткому замиканні . UA 110433 C2 (12) UA 110433 C2 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Багатофазна машина призначена для використання в електроенергетиці як двигун або генератор, наприклад, у вітрових електричних генераторах та електромеханічних перетворювачах, зокрема в асинхронізованих машинах змінного струму для зв'язку двох енергетичних систем з неспівпадаючими частотами; для використання в пересувних бензинових або дизельних генераторах; у двигунах шахтних та ліфтових підйомників; для використання у багатомашинному приводі технологічних ліній, наприклад прокатних станів; у приводі відповідальних механізмів, наприклад головних циркуляційних насосів АЕС, водопостачання та газопостачання, або як двигун автомашини, яка живиться від акумулятора.Відома багатофазна машина [3, 8-10, 37], шість обмоток статора якої ввімкнені або послідовно або паралельно у два трикутники, або трикутник-зірку, або у шестикутник. Перемикання обмоток з послідовного з'єднання обмоток у паралельне і навпаки здійснюється за допомогою контакторів. Це дає можливість регулювати співвідношення між швидкістю обертання ротора та обертовим моментом. Недолік багатофазної машини: зниження надійності роботи машини через підгоряння силових контактів. Відома багатофазна машина [4, 13, 21, 23, 24-26, 28, 36], шість обмоток статора якої ввімкнені у дві зірки або у зірку (Y) та трикутник (). При цьому обмотки двох зірок зсунуті між собою по фазі на кут 30° (/6). При використанні схеми з'єднання зірка-трикутник (Y/) обмотки двох зірок зсунуті між собою по фазі також на кут 30°. Таке ввімкнення обмоток статора багатофазної машини дає можливість усунути вищі гармоніки струму з порядковим номером, кратним трьом, в обмотках генераторів та двигунів змінного струмую. Такі обмотки зменшують вищі гармоніки струму, а також шум та вібрацію в підшипниках багатофазної машини. Такі дві системи обмоток не мають спільного виходу за винятком роботи на випрямляч, де кожна з них може виконувати роль "гарячого резерву". Недолік багатофазної машини: неможливість паралельної роботи двох трифазних систем обмоток, за винятком живлення випрямлячів; типова недостатня надійність багатофазної машини. Відома багатофазна машина [11, 12, 14, 20, 22, 27, 29, 35], обмотки статора якої ввімкнені у одну, дві або три з'єднання трифазних обмоток за схемами, кожна з яких є комбінацією або зірки з трикутником, або трикутника із зиґзаґом, або зірки з гальванічним зв'язком, з обмотками зірки з електромагнітним зв'язком, або трьох зірок. Таке ввімкнення обмоток статора багатофазної машини дає можливість краще фільтрувати вищі гармоніки струму з порядковим номером, кратним трьом, в обмотках генераторів та двигунів, а також зменшити шум та вібрацію в підшипниках багатофазної машини. На відміну від раніше названих аналогів комбіновані трифазні схеми обмоток можуть бути приєднані паралельно до живильної мережі. Недолік багатофазної машини: типова недостатня надійність багатофазної машини, яка полягає у виході з ладу багатофазної машини при витковому короткому замиканні або при обриві однієї з обмоток. Відома багатофазна машина [18, 31, 33, 38, 39], обмотки статора якої ввімкнені у дві або три, або у декілька гальванічно розв'язаних з'єднань трифазних обмоток за схемами, у кожній з яких трифазні обмотки з'єднані або у зірку, або трикутник, або у багатокутники. Кожна гальванічно розв'язана система трифазних напруг, генерованих, наприклад, генератором, являє собою незалежне джерело живлення. При виході з ладу одного з таких джерел решта виступає у ролі резервних, що підвищує надійність роботи багатофазних машин. Багатофазна машина даного класу аналогів має підвищену кількість свобод, які допускають різноманіття режимів. Яскравим прикладом цього є багатофазна машина, описана в [18]. Така машина містить принаймні дві статорні та дві роторні обмотки, причому останні ввімкнені в паралель. Збільшення моменту при малій швидкості обертання валу двигуна досягається шляхом введення дисбалансу у колі паралельно з'єднаних обмоток ротора, що приводить до утворення короткозамкнутих контурів, найпростішим представником яких є з'єднання обмоток у трикутник. Недоліки багатофазної машини: подвійна встановлена потужність обмоток такої багатофазної машини; у такої машини допускається введення однофазного струму у коло ротора багатофазної машини, в результаті чого у підшипниках машини виникають недопустимі вібрації та шуми, характерні для несиметричних режимів; крім того, така машина має малу надійність. Відома багатофазна машина [15], у якій кожні дві обмотки полюсів однієї фази статора оточені короткозамкненим витком для уникнення міжфазного електромагнітного зв'язку. Недолік багатофазної машини: поява струмів вищих гармонік, порядковий номер яких кратний трьом; низькі надійність та живучість багатофазної машини. Відома багатофазна машина [40], у якій, на противагу попередній багатофазній машині [15], міститься декілька міжфазних електромагнітних зв'язків. Недолік багатофазної машини: відсутність міжфазних електромагнітних зв'язків в обмотках багатофазної машини; неповнота 1 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 міжфазних електромагнітних зв'язків викликає додаткове нагрівання обмоток, втрати електричної енергії. Зниження надійності та живучості. Відома багатофазна машина [16, 34], у якій обмотки виконані із вимогою зменшення пунктів перерізу виводів обмоток машин, оскільки багатофазні машини часто виходять з ладу через перетирання та кришення ізоляції проводів, які є виводами обмоток, при їх доторкуванні. Недолік багатофазної машини: мала надійність та живучість. Відома багатофазна машина [1, 2, 5-7, 17, 19, 30, 34, 38, 39], яка живиться від інверторів частоти для регулювання швидкості обертання вала багатофазної машини. Такі машини мають велику кількість обмоток, яка налічує кілька десятків. У таких машинах при збільшенні частоти обертання вала збільшують кількість полюсів; ці машини вимагають пропорційного збільшення напруги, підведеної від інвертора. Отже інвертор, приєднаний до багатофазної машини, забезпечує його трифазною симетричною напругою регульованої частоти. Такі машини мають багато переваг перед багатофазними машинами, які живляться безпосередньо від живильної мережі 50 Гц або 60 Гц, і велику перспективу застосування. Недолік багатофазної машини: низький діапазон зміни швидкостей вала двигуна; низька надійність через місцеві перегріви магнітопроводу статора; збільшення втрат енергії при збільшенні частоти обертання вала; низька надійність та живучість багатофазного двигуна в цілому. Відома багатофазна машина Едельсона - прототип [17, 30, 34], яка містить множину обмоток, основні з яких ввімкнені у рівнобедрений трикутник з гострим кутом 20° у випадку дев'ятифазної обмотки статора. Обмотки і-того трикутника належать трьом суміжним фазам з порядковим номером і, і+1 та і-1 дев'ятифазної напруги живлення, причому і-та обмотка належить і-тій фазі. Машина Едельсона на даний час є найбільш досконалою. Недоліки багатофазної машини - прототипу: відсутність повної компенсації магнітних полів розсіювання, викликаних симетричними складовими струмів нульової послідовності, які намагнічують магнітопровід навколо паза і викликають пульсації магнітного обертового поля, яке викликає пульсації обертового моменту, вібрації підшипників, додаткові шуми; генерування вільних складових у перехідних електромеханічних процесах, що викликає коливання напруг та струмів у фазах машини; наявність трьох ступенів свободи у електромеханічних перехідних процесах; недостатня надійність та живучість багатофазної машини, які обумовлені зайвою симетричною складовою нульової послідовності напруг та струмів. У зв'язку з виявленими недоліками багатофазної машини-прототипу нами поставлена задача - усунути недоліки багатофазної машини-прототипу. Тому задачею винаходу є: 1) компенсація магнітних полів розсіювання, викликаних симетричними складовими струмів нульової послідовності, які намагнічують магнітопровід навколо пазу і викликають пульсації магнітного обертового поля, яке спричиняє пульсації обертового моменту, вібрації підшипників та додаткові шуми багатофазної машини. 2) збільшення надійності і живучості (відмовостійкості) роботи багатофазної машини з нульовою фазою або без неї при перегоранні однієї з обмоток або при обриві однієї з фаз живлення як в режимі генератора, так і в режимі двигуна, так і в режимі електромеханічного перетворювача з наступним відстроченим ремонтом до усунення вказаних пошкоджень та відновлення повної придатності. 3) збільшення живучості (відмовостійкості) роботи електричної багатофазної машини не менш ніж у 10 разів за рахунок збільшення кількості лінійних фаз напруги живлення до 7-ми - 15ти і т.і. для забезпечення працездатності багатофазної електричної машини при відмові силового елемента в одній або декількох фазах напівпровідникового перетворювача частоти або багатофазного інвертора з керованою частотою. 4) подовження роботи багатофазної машини: після перегорання однієї або декількох обмоток; після декількох обривів кола живлення; після виходу з ладу частини силових елементів інвертора. Подовження триває від початку аварії до настання моменту повного відновлення багатофазної машини. Повне відновлення може настати після підготовки машини або до її заміни, або до заміни комплектуючих інвертора і т.і.. Тобто, такій машині не потрібний негайний ремонт, а відстрочений. Це дає можливість виграти час і підготуватись до такого ремонту. Тривалість такої підготовки може тривати від одної доби до одного місяця. За цей час багатофазна машина може виконувати свої функції, що дає можливість різко скоротити час, відведений на відновлення життєдіяльності машини. 5. Зменшення вільної складової напруг та струмів в обмотках багатофазної електричної машини у перехідних комутаційних процесах, які виникають у моменти комутації силових напівпровідникових компонентів. Указана мета досягнута шляхом введення міжфазних електромагнітних зв'язків, об'єднання обмоток статора двигуна або генератора з обмотками стабілізатора фаз, зокрема фільтра 2 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 струмів нульової послідовності, а також завдяки частковому використанню нульової фази як резервного проводу, а саме тим, що: до багатофазної машини (генератора або двигуна або електромеханічного перетворювача), яка приєднана до багатофазного джерела змінних напруг через лінію мережі, або через інвертор з акумуляторною батареєю, або через перетворювач частоти, і яка містить статор і ротор, статор устаткований магнітопроводом та множиною основних обмоток, розміщених у пазах статора, а також затискачами принаймні лінійних фаз, а ротор має довільне виконання, вибране з ряду: короткозамкнутий, з фазним ротором, з обмоткою підмагнічування постійним струмом, з постійними магнітами, причому фазний ротор може бути виконаним як двофазним, так і трифазним, додано стабілізатор фаз, який містить тристрижневий магнітопровід, обмотки і їх виводи, які приєднані до затискачів багатофазної машини. До багатофазної машини введено затискач нульової фази, до якого приєднані виводи обмоток статора. Магнітопровід та обмотки багатофазної машини, з одного боку, та тристрижневий магнітопровід та обмотки стабілізатора фаз, з другого боку, суміщені між собою так, що в утвореній суміщеній багатофазній машині у кожному пазу статора розміщено принаймні дві обмотки, які виконують роль міжфазних електромагнітних зв'язків, і які є ознакою стабілізатора фаз. Обмотки багатофазної машини ввімкнені за радіальною схемою у багатопроменеву зірку з ламаними променями, а спільний вузол зірки приєднаний до затискача нульової фази джерела живлення. Обмотки багатофазної машини ввімкнені за кільцевою схемою у багатокутник. Обмотки багатофазної машини ввімкнені за змішаною радіально-кільцевою схемою. Кожна одна q1-ша фаза статора з'єднана з кожною наступною q2-oю фазою статора багатофазної машини за допомогою послідовного з'єднання обмоток, де q1 та q2 порядкові номери фаз, між якими встановлено міжфазний електромагнітний зв'язок. Міжфазний електромагнітний зв'язок утворений послідовним з'єднанням трьох або двох обмоток. В N-фазну багатофазну машину введено трифазний електромагнітний зв'язок, утворений за допомогою послідовного з'єднання не більше як трьох обмоток, наприклад, Wa, Wв та Wс, при цьому кількість витків в обмотках Wa, Wв та Wс кожного міжфазного електромагнітного зв'язку між наступною q2 та попередньою q1 фазами визначена порядковим номером фази відповідно до виразів, причому осі обмоток Wa, Wв та Wс зсунуті між собою на кути 2/3 радіан (120°) та 4/3 радіан (240°) відповідно: Wa=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+), (1) Wв=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+4/3+), (2) Wc=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+2/3+), (3) де: R - стала величина кількості витків обмоток для всіх пазів статора; N - загальна кількість лінійних фаз статора; кількість затискачів лінійних фаз електричної багатофазної машини також дорівнює N; n - порядковий номер фази статора, причому n=1, 2, 3,... N;  - фазний кут між вектором напруги першої фази U1 багатофазної машини та вектором напруги першої фази Ua трифазної системи обмоток стабілізатора фаз. У кожному пазу розміщено не менше двох обмоток, кожна з яких ввімкнена у коло різнойменних фаз за порядковим номером. Кожен провідник однієї обмотки оточений з усіх боків провідниками інших обмоток і навпаки, кожен провідник іншої обмотки оточений провідниками першої обмотки. Проводи лобових частин обмоток різних фаз зближені між собою для зменшення магнітних полів розсіювання. Кільцеві, радіальні або змішані радіально-кільцеві обмотки статора поділені на групи, кожна з яких утворена двома обмотками, приєднаними до затискачів багатофазної машини, причому кожна група обмоток має самостійні комутатори струму та органи управління. Обмотки багатофазної машини виконані із надпровідного сплаву і охолоджені до температури виникнення надпровідності в указаному сплаві. Для наочного сприйняття суті винаходу подані креслення на фіг. 1-фіг. 14. На фіг. 1 подана блок-схема багатофазної машини 1, до якої ввели стабілізатор фаз (СФ) 5. На фіг. 2 дана принципова схема двигуна або генератора, у якого обмотки статора суміщені із обмотками стабілізатора фаз і ввімкнені за схемою зиґзаґ. На фіг. 3 представлена перша трифазна врівноважена система, яка містить: симетричну систему напруг (фіг. 3,а) та трифазну симетричну систему струмів (фіг. 3,б). 3 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 4 зображена друга трифазна врівноважена несиметрична система, яка містить: несиметричну систему напруг (фіг. 4,а) з коефіцієнтом несиметрії напруг K2U за зворотною послідовністю K2U=-1/3 та трифазну несиметричну систему струмів (фіг. 4,б) з коефіцієнтом несиметрії струмів К2І за зворотною послідовністю К2І=-1/3. На фіг. 5 показана принципова схема трифазних мотора або генератора, суміщених із стабілізатором фаз, виконаним за схемою лямбда. Мотор і генератор можуть працювати у двох врівноважених режимах: в симетричному та несиметричному відповідно до визначення, встановленого на фіг. 3 та фіг. 4. На фіг. 6 показана принципова схема дев'ятифазної машини з радіальною схемою обмотки, суміщеною із дев'ятифазним стабілізатором фаз. На фіг. 7 показана принципова схема дев'ятифазної машини із кільцевою обмоткою, суміщеною із дев'ятифазним стабілізатором фаз. На фіг. 8 дана принципова схема дванадцятифазної машини із кільцевою обмоткою, суміщеної із дванадцятифазним стабілізатором фаз. На фіг. 9 показана принципова схема дванадцятифазної машини із кільцевою обмоткою, суміщеною із дванадцятифазним стабілізатором фаз та зменшеною кількістю обмоток. На фіг. 10 показаний один з варіантів розташування двох або/та трьох обмоток у пазу багатофазної машини. На фіг. 11 показаний один з варіантів розташування двох обмоток в спільному пазу багатофазної машини та принципова схема з'єднання обмоток за схемою зиґзаґ. На фіг. 12 дано топографічне зображення однієї обмотки багатофазної машини у вигляді вектора; обмотка не суміщена із стабілізатором фаз. На фіг. 13 показний спосіб розкладу зображень векторів напруги Uі першої фази багатофазної машини на складові напруг стабілізатора фаз, а також показаний спосіб розкладу обмотки Wi на складові обмоток стабілізатора фаз Wa, Wв, Wс. На фіг. 14 показане початкове топографічне зображення однієї обмотки Wi багатофазної машини (фіг. 14,а) та результат перетворення (фіг. 14,б) цієї обмотки у три обмотки, кожна з яких створює міжфазний електромагнітний зв'язок між фазами багатофазної машини. На фіг. 1 позначені: 1 - багатофазна машина змінного струму; 2 - один із затискачів багатофазної машини; 3 - ротор багатофазної машини; 5 - стабілізатор фаз (СФ); 4 та 6 - вивід стабілізатора фаз, приєднаний до багатофазної машини; На фіг. 2 позначені: 7 - статор багатофазної машини; 8-11, 13, 14 - обмотки багатофазної машини, суміщені із стабілізатором фаз і виконані за схемою зиґзаґ; 12 - заземлення; А, В, С та 0 - затискачі фаз трифазної мережі;  - кут між вектором напруги першої фази багатофазної машини та вектором напруги стабілізатора фаз. На фіг. 3,а позначені: UA(сим), UВ(сим), UC(сим) - фазні напруги першої врівноваженої трифазної системи; на фіг. 3,б позначені: ІА(сим), ІВ(сим), ІС(сим) - струми першої врівноваженої трифазної системи. На фіг. 4,а позначені: UА(вр), UB(вр), UC(вр) - фазні напруги другої врівноваженої несиметричної трифазної системи; на фіг. 4,б позначені: ІА(вр), ІВ(вр), ІС(вр) - струми другої врівноваженої несиметричної трифазної системи. На фіг. 5 позначені: 15 - статор багатофазної машини; 16-21 - обмотка статора багатофазної машини, суміщена із стабілізатором фаз і виконана за схемою лямбда; А, В, С та 0 - затискачі фаз трифазної мережі. На фіг. 6 позначені: 1ф - 9ф - затискачі дев'ятифазної системи обмоток багатофазної машини, суміщеної із стабілізатором фаз; 22-27 - обмотки дев'ятифазної системи обмоток; q1 та q2 - попередня та наступна фази дев'ятифазної системи обмоток; 0 - нульова фаза дев'ятифазної системи напруг; U(ф1) - вектор напруги першої фази дев'ятифазної системи обмоток;  - кут МПК вектором U(ф1) напруги першої фази обмоток машини та вектором напруг U1(сф) першої фази обмоток стабілізатора фаз. На фіг. 7 позначені: 28-30 та 31-33 - обмотки, які утворені в наслідок розкладу обмотки машини між затискачами 1ф та 2ф, а також між затискачами 3ф та 4ф багатофазної машини відповідно; решта позначень фіг. 7 співпадають з позначеннями фіг. 6. На фіг. 8 позначені: 34-36 - обмотки, які утворені в наслідок розкладу обмотки машини між затискачами 4ф та 5ф багатофазної машини; решта позначень фіг. 8 співпадають з позначеннями фіг. 6. На фіг. 9 позначені: 37-39 - обмотки машини, які утворені в наслідок розкладу обмотки між затискачами 11ф та 12ф багатофазної машини; решта позначень фіг. 9 співпадають з позначеннями фіг. 6. 4 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 На фіг. 10 позначені: 40-57 - обмотки, вкладені у пази статора багатофазної машини; р порядковий номер пазу; 58 - магнітопровід статора багатофазної машини. На фіг. 11 позначені: А, В, С та 0 - затискачі обмоток трифазної машини; 59, 61, 62, 64, 66, 68 - пази статора трифазної машини з нульовою фазою; 60, 63 - лобові частини обмоток статора на передньому плані; пунктирні лінії - лобові частини обмоток статора на задньому плані; 65 та 67 - дві обмотки, розмішені у кожному пазу статора. На фіг. 12 позначені: Wi - векторне позначення обмотки у топографічному зображенні елементів електричних кіл; G та Н - виводи обмотки, кожний з яких позначений потовщеною крапкою; Uі - векторне позначення напруги обмотки Wi. На фіг. 13 позначені: U1 та UА(сф) - вектори перших фаз напруг обмоток статора машини та стабілізатора фаз відповідно; +1,0 та +j - осі координат комплексної площини; UA(сф), Uв(сф), Uс(сф) - осі напруг стабілізатора фаз;  - кут між векторами U1 та віссю дійсних значень комплексної площини +1,0;  - кут між віссю дійсних значень комплексної площини +1,0 та вектором напруги UА(сф) першої фази стабілізатора фаз; Ua, Uв, -Uc - проекції вектора напруги U1 обмотки статора несуміщеної багатофазної машини на осі напруг UА(сф), UB(сф) та UС(сф) стабілізатора фаз. На фіг. 14,а позначення співпадають з позначеннями фіг. 12. На фіг. 14,б позначено: Wa, Wв, Wc - проекції вектора Wi, які лежать на осях А, В та С відповідно, модуль яких відповідає кількості витків Wa, Wb, We в обмотках, позначених як Wa, Wв, Wс відповідно. Склад і будова багатофазної машини. Вдосконалення багатофазної машини полягає в утворенні міжфазного електромагнітного зв'язку між обмотками машини. Наші дослідження показали, що кожна машина (двигун, генератор, електромеханічний перетворювач або трансформатор) має найбільшу надійність та живучість при виникненні повноцінного електромагнітного зв'язку між обмотками окремих фаз. Такий зв'язок створює рух енергії між фазами мережі і є характерним для стабілізаторів фаз. Для досягнення надійності та живучості багатофазної машини запропоновано приєднати до неї стабілізатор фаз (фіг. 1). Але при цьому була удвічі збільшена встановлена потужність та маса багатофазної машини. Через це виникла потреба в утворенні електромагнітних зв'язків між обмотками фаз всередині багатофазної машини. Ця задача була розв'язана шляхом суміщення магнітопроводів та обмоток багатофазної машини з магнітопроводом та обмотками стабілізатора фаз. Результати такого суміщення показані на фіг. 2, фіг. 5 - фіг. 11. Найбільш універсальний електромагнітний зв'язок між фазами багатофазної машини створюється за допомогою двополюсників (конденсаторів та дроселів), ввімкнених між фазами мережі, але такий зв'язок має велику встановлену потужність, має малу надійність (стосується конденсаторів) і йому не властиві параметричні перетворення. Тому запропоновано у багатофазній машині створити електромагнітний зв'язок між фазами багатофазної машини аналогічно зв'язкам у стабілізаторі фаз. Випробування перших зразків багатофазних машин з міжфазним зв'язком дали позитивні результати. Далі опишемо фізичну суть електромагнітного зв'язку між обмотками фаз у багатофазних машинах. Такий зв'язок створено за допомогою принаймні двох або трьох короткозамкнутих контурів. У відомих багатофазних машинах такі контури є, але ці контури не мають повноцінного електромагнітного зв'язку між контурами, придатного для передачі енергії між контурами без втрат. З метою створення повноцінного електромагнітного зв'язку послідовно з кожним контуром ввімкнена принаймні одна обмотка. Всі обмотки контурів, зв'язаних між собою, мають взаємний індуктивний зв'язок, причому відомий коефіцієнт магнітного зв'язку повинен бути близьким до одиниці (Кзв1,0). Основною умовою виконання цієї вимоги є усунення осьових та радіальних складових магнітних полів розсіювання. Відомо, що при усуненні магнітних полів розсіювання Кзв=1,0. Відповідно до закону Ленца збурення магнітного поля одного контуру приводить до виникнення струмів другого магнітнопов'язаного з ним контуру, який перешкоджає зміні магнітного потоку першого контуру. Тому миттєві та усталені збурення магнітного потоку машини усуваються параметрично (без участі персоналу або автоматики). Крім цього, електромагнітний зв'язок повинен задовольняти п'яти умовам: 1. Опір симетричним складовим напруг та струмів нульової послідовності дорівнює нулеві. 2. Поздовжня компенсація ампер-витків струмів нульової послідовності у обмотках кожного пазу статора. 3. Сумарне значення поперечних миттєвих складових ампер-витків багатофазної машини дорівнює нулю. 4. Опір симетричним складовим напруг та струмів прямої та зворотної послідовності дорівнює нескінченості. 5 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 5. Кількість намагнічуючих ампер-витків струмів нульової послідовності дорівнює кількості розмагнічуючих ампер-витків нульової послідовності. Ці умови унеможливлюють виникнення пульсацій кругового магнітного поля, зменшують магнітні поля розсіювання і знижують ступінь свободи режимів багатофазної машини. Вказаним вище умовам задовольняють міжфазні електромагнітні зв'язки стабілізатора фаз. На фіг. 2 подана принципова схема обмоток багатофазної машини з міжфазними зв'язками, побудованими за аналогами стабілізатора фаз. У кожному пазу розміщена не одна обмотка, а пара обмоток. Кожна з пар обмоток 8 та 10, 9 та 14, а також 11 та 13 розміщені в одному окремому пазу. Обмотки у пазах мають ізоляцію як між собою, так і між статором. Для утворення міжфазного зв'язку кожна обмотка без міжфазного зв'язку перетворюється у три або дві обмотки. Після суміщення обмоток багатофазної машини та стабілізатора фаз схема багатофазної машини перетворилась із зірки з нулем у зиґзаґ з нулем (фіг. 2). На фіг. 5 подана принципова схема обмоток багатофазної машини, яка також задовольняє вказаним п'яти умовам. В результаті система обмоток без міжфазного зв'язку, яка була з'єднана у зірку з нулем, перетворилась у схему лямбди з нулем, яка має міжфазний зв'язок. Після суміщення кількість обмоток подвоєна (фіг. 2 та фіг. 5). На фіг. 6 представлена принципова схема суміщеної дев'ятифазної обмотки багатофазної машини з міжфазним зв'язком, утвореним двадцяти чотирма обмотками. Суміщена система обмоток укладена при початковому куті =20°, де  - початковий куту розкладі (21)-(23). На фіг. 7 зображена суміщена принципова схема дев'ятифазної обмотки багатофазної машини з міжфазним зв'язком, утвореним двадцяти сімома обмотками. Суміщена система обмоток укладена при початковому куті =120°. На фіг. 8 наведена суміщена принципова схема дванадцятифазної обмотки багатофазної машини з міжфазним зв'язком, утвореним тридцяти шістьома обмотками. Суміщена система обмоток укладена при початковому куті =135°. На фіг. 9 показана суміщена принципова схема дванадцятифазної обмотки багатофазної машини з міжфазним зв'язком, утвореним тридцятьма обмотками. У порівнянні із схемою обмоток фіг. 8 схема фіг. 9 має меншу кількість обмоток на шість одиниць. Розміщення дванадцятифазної обмотки статора у пазах багатофазної машини показане на фіг. 10. У кожному р-ому пазі, де р - порядковий номер від 1-го до 12-ти у магнітопроводі статора 58, розміщено по дві або по три обмотки. У пазі р=1 розміщені обмотки з позначками 40-42; у пазі р=2 розміщені обмотки з позначками 43 та 44; у пазі р=3 розміщені обмотки з позначками 45-47; і т.і. Одна основна обмотка багатофазної машини, наприклад, обмотка 40 суміщена із двома внесеними додатковими обмотками 41 та 42; три обмотки 40, 41 та 42 розміщені у одному пазу р=1 і гальванічно розв'язані між собою. Обмотки 40, 41 та 42 пов'язані між собою електромагнітним (трансформаторним) зв'язком і ввімкнені у різнойменні сумарні послідовні з'єднання не однойменних фаз. Ознакою або елементом міжфазного електромагнітного зв'язку у описі даного патенту є наявність трансформаторного зв'язку між фазами. На фіг. 11 показана схема з'єднання обмоток трифазної машини з нульовою фазою. У пазу 66 розміщені зворотні проводи обмоток 65 та 67, а у пазу 61 розміщені прямі проводи цих обмоток. Обмотка 65, яка розміщена у пазу 66, приєднана до фази 0 початковим виводом, а своїм кінцевим виводом приєднана до кінцевого виводу обмотки фази А. З'єднання обмоток кінцевими виводами позначені суцільною дуговою лінією, а з'єднання початкових виводів обмоток показані суцільними прямими лініями. Початкові виводи позначені додатково зірочкою *. А друга обмотка 67, яка теж розміщена у пазу 66 і належить фазі С, своїм кінцевим виводом приєднана до кінцевого виводу обмотки фази В, а початковий вивід обмотки 67 приєднаний безпосередньо до фази С мережі. Міжфазний електромагнітний зв'язок в багатофазній машині відбувається двома шляхами. Перший шлях - це трансформаторний зв'язок. Він відбувається у пазу, наприклад, 66 між обмотками 65 та 67. Другий шлях - це гальванічний зв'язок, який полягає у послідовному з'єднанні двох обмоток наприклад: обмоток 8 та 9 (зв'язок між фазами В та С); обмоток 10 та 11 (при зв'язку між фазами С та А); обмоток 13 та 14 (при зв'язку між фазами А та В). Гальванічний зв'язок відбувається при циклічній зміні нумерації з'єднаних обмоток (фіг. 2, фіг. 5, фіг. 11). На фіг. 12 - фіг. 14 показано спосіб суміщення обмоток багатофазної машини із обмотками стабілізатора фаз. Для зменшення встановленої потужності магнітопровід та обмотки багатофазної машини, з одного боку, та тристрижневий магнітопровід та обмотки стабілізатора фаз, з другого боку, суміщені між собою так, що в утвореній суміщеній багатофазній машині у кожному пазу статора розміщено принаймні дві вказані обмотки, зокрема 65 та 67 (фіг. 11), які одночасно виконують 6 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 роль міжфазних електромагнітних зв'язків, які притаманні (властиві) стабілізатору фаз. При збільшенні кількості фаз багатофазної машини збільшується встановлена потужність кільцевої обмотки і досягає граничного значення при асимптотичному наближенні приблизно при 15-24 фазах, а збільшення встановленої потужності радіальної обмотки досягає граничного значення при значно більшій кількості фаз. При виборі кільцевої обмотки, як більш легкої, слід враховувати те, вона вимагає більшої кількості силових напівпровідникових комутаторів. При виборі радіальної обмотки, як важчої за кільцеву і більш надійну за кільцеву, кількість фаз має бути обмежена на рівні 12-15 фаз. Але найбільшої надійності та живучості при меншій масі та кількості силових комутаційних елементів багатофазна машина набуває при змішаній радіально-кільцевій формі виконання обмоток машини. Робота електричної багатофазної машини (генератора, двигуна або електромеханічного перетворювача) полягає у наступному. Після приєднання електричної багатофазної машини до електричної розподільчої мережі машина може працювати у трьох режимах: двигуна, генератора або електромеханічного перетворювача. При усталеному симетричному та синусоїдному режимах, тобто у стаціонарних режимах, електричні процеси заявленої машини не відрізняється від таких процесів у відомих машинах, які не оснащені міжфазними електромагнітними зв'язками. Міжфазні електромагнітні зв'язки вступають у дію тільки при нестаціонарних режимах, викликаних перехідними, несиметричними та нелінійними процесами. Необхідність введення міжфазних електромагнітних зв'язків назріла. Симетричний синусоїдний режим машин змінного струму трапляється рідко, як випадок. Такий режим стосується тільки усталених стабілізованих режимів. У процесі реального виробництва у напругах живлення з'являються симетричні складові напруги зворотної та нульової послідовностей, вищі гармоніки напруг, перехідні процеси, комутаційні перенапруги, і т.і. При всякому відхиленні режиму багатофазної машини від симетричного синусоїдного усталеного режиму в ній виникають перехідні режими, пов'язані з накопиченням магнітної енергії у контурах багатофазної машини. А якщо до цього додати ще й вимоги швидкого реагування машини при зміні швидкості обертання вала у випадку живлення машини від інверторів частоти, то накопичена енергія в обмотках багатофазної машини може викликати не тільки збої у роботі інвертора, а і гальмування перехідних процесів. Крім цього, одна обмотка, вкладена у паз і оточена феромагнітним металом, при струмі в ній створює не тільки робочий магнітний потік у прорізу між статором та ротором, а і навколо обмотки у пазу машини. Магнітний потік, утворений навколо обмотки у пазу є не що інше як магнітний (перший) потік розсіювання. Подібний (другий) магнітний потік розсіювання утворюється у такої обмотки поза пазом, а саме в лобових частинах обмотки. Але вплив другого магнітного потоку розсіювання значно (у десятки разів) слабший через віддаленість феромагнітного оточення. Для часткової компенсації першого магнітного потоку розсіювання в кожному пазу обмотки розміщені принаймні дві обмотки, які ввімкнуті в різні контури. Тому поява струму в одній обмотці параметрично викликає генерацію струму у другій обмотці, причому відповідно до закону Ленца напрямок струму у другій обмотці протилежний до напрямку струму першої обмотки. При однакових витках обмоток сумарний магнітний потік розсіювання у десятьдванадцять разів менший від некомпенсованого магнітного потоку розсіювання. Другим способом компенсації першого магнітного потоку розсіювання є спосіб розміщення провідників двох обмоток у шахматному порядку: кожен провідник однієї обмотки оточений провідниками другої обмотки, а кожен провідник другої обмотки оточений провідниками першої обмотки. Подальше зменшення магнітного потоку розсіювання пов'язане із застосуванням проводів меншого діаметра, що співпадає з вимогою розташування провідників надпровідних матеріалів в електричних машинах. При цьому одночасно повинні бути враховані вимоги транспозиції провідників у пазу. У перехідних та неврівноважених процесах, дякуючи вказаній компенсації магнітного потоку, істотного розсіювання магнітного потоку у заявленій багатофазній машині не виникає; не виникають також втрати енергії і місцеві перегріви, вказані в [19]. При вміщенні трьох обмоток у паз статора спостерігається ще вищий ступінь компенсації магнітних полів розсіювання у пазу багатофазної машини, оскільки кожна з трьох обмоток знаходиться у електричному колі свого контуру. Таким чином, між контурами обмоток паза існує жорсткий електромагнітний зв'язок. Кількість таких зв'язків дорівнює трьом у одній фазі. Кожен контур пов'язаний з однією з фаз багатофазної системи живлення. В загальному випадку кількість електромагнітних зв'язків у одній фазі може дорівнювати кількості N фаз багатофазної машини, але в цьому випадку кількість обмоток багатофазної машини дорівнює N!, що неприпустимо. Для зменшення кількості обмоток багатофазної машини 7 UA 110433 C2 5 до неї введено трифазний стабілізатор фаз, який одну фазу машини пов'язує з іншою за допомогою двох або трьох обмоток. У даному патенті кількість електромагнітних зв'язків зменшена до оптимального мінімуму. Спосіб введення властивостей стабілізатора фаз у багатофазну машину. Запропонована багатофазна машина відповідає двом умовам, розглянутим нижче і які стосуються суміщення стабілізатора фаз [41] з багатофазною машиною. За першою умовою зайві електромагнітні поля не виникають, якщо робочі струми в обмотках електричних машин не викликають цих полів. Тобто має дотримуватись умова iN  Wi * i(Ii)  0 , (1) i 1 10 15 де Ii - струм в і-тій обмотці електричної машини; i - вектор магнітного потоку і-тої обмотки; Wi - кількість витків і-тої обмотки; N - кількість фаз багатофазної машини. До робочих струмів не належать струми, які намагнічують (збуджують) статор та ротор, наприклад, в режимі неробочого ходу. Дотримання умови (1) викликає певні труднощі через різноманіття несиметричних та несинусоїдних режимів. Дотримання умови (1)повинно виконуватися параметрично, тобто без використання ручного або автоматичного регулювання, оскільки застосування таких засобів створює додаткові труднощі. За другою умовою має виконуватись рівність (2) для досягнення параметричного врівноваженого режиму iN  Ui * Ii  0 , (2) i 1 20 25 30 35 40 45 50 55 де: Ui - вектор напруги в і-тій обмотці електричної машини; Ii - вектор струму в і-тій обмотці електричної машини. Умови (1) та (2) у відомих електричних машинах виконуються лише в симетричних та синусоїдних режимах. Але прогресуюче масове застосування несиметричних та нелінійних приймачів електричної енергії змушує виробників вживати заходи до вдосконалення електричних машин. В основу винаходу покладене твердження про те, що поділ однієї окремо взятої обмотки на дві або на три частини дозволяє виконати умови (1) та (2). Звернемо увагу на те, що в (1) та (2) входять: - суми множини добутків кількості витків Wi - і-тої обмотки на його магнітний потік; - множини магнітного потоку Фі(Іі), створені і-тими обмотками при проходженні по них і-тих струмів І(і); - множини напруг Ui та множини струмів Ii в і-тих обмотках. Операції з цими параметрами в багатофазних системах вимагає значних зусиль для сприйняття і розуміння електромагнітних процесів, які відбуваються в багатофазній машині. Тому аналіз слід починати з однієї обмотки. І саме такий аналіз пропонується читачеві. Як вказувалось раніше, ефект підвищення надійності та живучості багатофазної машини, а це має місце при N>3, (3) досягнуто завдяки внесенню стабілізатора фаз і приєднанню його до електричної машини звичайного виконання. Але ця операція пов'язана із значним використанням електротехнічної сталі та міді, маса яких співмірна із масою електричної машини (їх відношення складає від 0,8 до 1,0). Для зменшення встановленої потужності заявленої машини запропоновано сумістити магнітопроводи та обмотки стабілізатора фаз та багатофазної машини. Завдяки цьому досягнуто зменшення частки внесених активних матеріалів (сталі та міді) від 30 % до 40 % від суми мас цих матеріалів відомої машини та стабілізатора фаз при окремому їх виконанні. Отже у заявленій багатофазній машині враховані вимоги побудови стабілізатора фаз, який виконується на основі магнітопроводу трифазного симетричного автотрансформатора. У стабілізаторі фаз обмотки розташовані за напрямками напруг симетричної триосьової системи координат А, В, С, осі яких зсунуті на кути 2/3 та на 4/3 між собою відповідно. Принцип поділу однієї обмотки на дві або три складові пояснимо так. Із множини обмоток електричної машини виберемо тільки одну і-ту обмотку (фіг. 12). Цю і-ту обмотку, яка має кількість витків Wi і до якої прикладена векторна напруга Ui, розкладемо у загальному випадку на три складові: Wa, Wв та Wc. Літера W означає скалярну величину (кількість витків обмотки). У зв'язку з тим, що обмотки Wa, Wв та Wc розташовані на різних стрижнях магнітопроводу, надамо цим обмоткам статус векторних величин Wa, Wв та Wс відповідно до назви осей системи координат стабілізатора фаз. Векторна кількість витків стосується орієнтації осей витків 8 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 і обмоток у просторі. При цьому враховується перехід від дискретної кількості стрижнів магнітопроводу стабілізатора фаз до довільного кута розташування обмотки на магнітопроводі статора багатофазної машини (фіг. 13). Розклад однієї обмотки на частини у загальному випадку залежить від кількості фаз N багатофазної системи напруг машини. У загальному способі розкладу обмотки на частини їх кількість рівна N: W1, W2, W3, … WN. Тобто, якщо кількість фаз обмотки генератора рівна 9, одну обмотку слід розкладати на дев'ять частин (W1, W2, W3, … W9). Але така система розкладу мало придатна для технології виробництва. Аналіз цього розкладу показав, що результати розкладу кожної однієї обмотки на три складових цілком задовольняє поставленій задачі; властивості стабілізатора фаз при цьому не втрачаються, а кількість обмоток у тисячі разів зменшуються. Тому далі розглянемо методику розкладу однієї обмотки Wi за трифазною системою координат А, В, С та знаходження кількості витків у кожній з трьох частин (Wa, Wв та Wс) розкладу однієї обмотки Wi. Установимо, що: - осі обмоток Wa, Wв та Wс по одному співпадають з осями триосьової системи координат А, В, С стабілізатора фаз; різниця кутів напрямку осей складає 120° або 240.° - система координат А, В, С стабілізатора фаз має бути орієнтована на комплексній площині відносно до вектора напруги Uі обмотки Wi електричної машини. Введемо опосередкований зв'язок між напругою Uі обмотки Wi та напрямком відліку осей А, В, С стабілізатора фаз через систему координат комплексної площини (+1; +j). Кут між вектором Uі обмотки Wi та ординатою (+1,0) комплексної площини позначимо через кут , а кут між ординатою комплексної площини та напрямком фази А триосьової системи координат А, В, С стабілізатора фаз позначимо через . Кут між вектором напруги Uі обмотки Wi електричної машини та напрямком фази А системи координат А, В, С становить суму кутів +; цю суму позначимо через . Методика розкладу обмотки Wi багатофазної машини на складові обмоток стабілізатора фаз Wa, Wв та Wс полягає у наступному. Скалярним значенням кількості витків у обмотках Wi, Wa, Wв та Wс приписуємо векторні значення, які пропорційні за модулем величинам Uі, Uа, Uв та Uс з коефіцієнтом пропорційності К. Фазні кути векторів значень кількості витків у кожній з обмоток Wa, Wв та Wс по одному рівні кутам напруг триосьової системи координат А, В, С стабілізатора фаз, осі якої зсунуті на кут 120° (фіг. 13). Якщо сумістити початок відліку кутів від напрямку вектора напруги Uі і-тої обмотки електричної машини та початком відліку кутів комплексної площини, то величину вектора напруги Uі і-тої обмотки електричної машини запишемо у вигляді (фіг. 13): j0° Uі=Ui*e =Ui; (4) З врахуванням (4) дамо визначення векторів напруг на обмотках Wa, Wв та Wс по відношенню до вектора Uі. При цьому напруги на обмотках Wa, Wв та Wc стабілізатора фаз є проекціями напруги Uі і-тої обмотки електричної машини на осі триосьової системи А, В, С стабілізатора фаз; j(+) Uа=Кu*е ; (5) j(4/3++) Uв=Кu*e ; (6) j(2/3++) Uc=Кu*e ; (7) де Кu - коефіцієнт пропорційності напруг стабілізатора фаз до напруг електричної машини. Модулі напруг, які є проекціями Uі на дійсні осі триосьової системи координат А, В, С, запишемо у вигляді. Ua=Ku*cos(+); (8) Uв=Ku*(cos(4/3++); (9) Uc=Ku*(cos(2/3++); (10) Виразимо напругу Ui на і-тій обмотці електричної машини через її проекції на осі координат А, В, С стабілізатора фаз. j0 j(+) j(4/3++) j(2/3++) Ui*е =Uа*е +Uв*e +Uс*е = j(+) j(4/3++) =Ku*cos(+)*e +Кu*соs(4/3++)*е + j(2/3++) +Ku*cos(2/3++)*e ; (11) Спроектуємо кожний член рівняння (11) на дійсну вісь (ординат) комплексної площини. При цьому покладемо +=. (12) 2 1/2 2 Ui=Ku*(Cos y+((-1/2)*Cos+(((3) /2)*Sin) + 1/2 2 +((-1/2)*Cos+((-1)*(3) /2)*Sin) )= 9 UA 110433 C2 =Ku*(Cos +(1/4)*Cos +(3/4)*Sin -((3) /2)*Sin*Cos+ 2 2 1/2 +(1/4)*Cos +(3/4)*Sin +((3) /2)*Sin*Cos)= 2 2 =Ku*((Cos )*(3/2)+(Sin )*(3/2))=(3/2)*K. (13) Із (13) визначаємо Ku: Ku=(2/3)*Ui (14) З врахуванням Ku опишемо напруги на обмотках стабілізатора фаз при відомому значенні напруги обмотки звичайної багатофазної машини. j Uа=(2/3)*Ui*e ; (15) j(4/3+) Uв=(2/3)*Uі*e ; (16) j(2/3+) Uc=(2/3)*Ui*e , (17) де =+. За даними напруг на частинах розкладеної обмотки Wi знаходимо кількості витків та фазні кути частин Wa, Wв та Wс розкладеної обмотки Wi електричної машини при умові постійності відношення кількості витків на 1 вольт прикладеної напруги. Ці обмотки Wa, Wв та Wс створюють жорсткі електромагнітні зв'язки між фазами А, В та С у багатофазній машині. Оскільки кількості витків обмоток пропорційні прикладеним до них напругам при круговому обертовому магнітному полі, то шляхом поділу значень (15), (16) та (17) на кількість витків на 1 вольт одержимо: j Wa=R*(2/3)*Wі*е ; (18) j(4/3+) Wв=R*(2/3)*Wi*e ; (19) j(2/3+) Wc=R*(2/3)*Wi*e , (20) де: R - стала величина кількості витків на вольт для всіх обмоток статора. Модулі кількості витків в розкладених обмотках дорівнюють: Wa=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+); (21) Wв=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+4/3+); (22) Wc=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+2/3+); (23) де: N - загальна кількість лінійних фаз статора; кількість затискачів лінійних фаз електричної багатофазної машини також дорівнює N; n - порядковий номер фази статора, причому n=1, 2, 3,. … N;  - фазний кут між вектором напруги першої фази U1 багатофазної машини та вектором напруги UА(СФ) першої фази трифазної системи обмоток стабілізатора фаз. Запропонована система встановлення повного електромагнітного зв'язку між фазами електричної машини скорочує кількість необхідних обмоток. Якщо встановлювати міжфазні електромагнітні зв'язки, які діють лише між двома фазами, наприклад, дев'ятифазної системи, то при девятифазній системі напруг з нульовим проводом кількість необхідних обмоток багатофазної машини мала б бути (N)!=362880. Запропонована система вказаних зв'язків скорочує кількість обмоток до 24 (фіг. 6). В окремих випадках є можливість подальшого скорочення кількості обмоток. Так, використання з'єднання обмоток у зиґзаґ дає можливість зменшити кількість обмоток трифазної машини з дев'яти до шести (фіг. 2, фіг. 5). На фіг. 12 та фіг. 14,а показане топографічне зображення обмотки Wi, яке за допомогою описаного вище методу в загальному випадку може бути перетворене у три обмотки Wa, Wв та Wс (фіг. 13 та 14,б). Із креслень цих рисунків випливає, що позитивні напрямки осей знаходяться під кутом 120°. Нагадаємо, що у топографічному методі обмотка позначається вектором. Сума ампер-витків у кожному пазі при наявності струмів нульової послідовності дорівнює нулю. Цей принцип влаштування міжфазного електромагнітного зв'язку виражений у рівності (24) і справедливий для всіх видів багатофазних машин: сума витків-векторів обмоток у кожній котушці пазу багатофазної машини дорівнює нулеві. Wa+Wв+Wc=0. (24) Виняток із (24) становлять ті обмотки, у яких кількість витків одного з додатку рівна нулеві, наприклад, обмотки Wс (фіг. 2, фіг. 5). У цьому випадку (24) перетворюється у (25). Wa+Wв=0. (25) Вирази (24) та (25) мають друге тлумачення: для струмів нульової послідовності, наприклад, між фазами q1 та q2 напруга нульової послідовності дорівнює нулю. Це тлумачення має статус закону. Звідси висновок: напруга нульової послідовності та опір нульової послідовності всіх нерозгалужених ділянок кола багатофазної машини дорівнюють нулеві. Вкажемо на ряд важливих особливостей заявленої багатофазної машини. Навіть у випадку перегорання однієї з обмоток статора такий двигун забезпечує безаварійну роботу двигуна, що є ще одним внеском у додаткову надійність. У разі обриву проводу лінійної фази мережі живлення такий двигун також забезпечує безаварійну роботу, тривалість якої необмежена якимись приписами, що є внеском у живучість багатофазного двигуна. При цьому потужність на 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2 2 1/2 10 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 валу не знижується. Пускові характеристики не змінюються за винятком тривалості пуску, який збільшується на 18 %-20 %. У всіх варіантах ротор може мати будь-яке відоме виконання: короткозамкнуте, з явними та неявними полюсами, з прямим та скошеним пазом, гаковидними полюсами, з постійно намагніченими полюсами тощо. Не всі несиметричні режими є небезпечними. Авторами знайдені несиметричні режими, які при певних умовах виходять на параметрично врівноважений режим. Тепер є два параметрично врівноважених режими. Перший з них пов'язаний із симетричним режимом, а другий - з несиметричним режимом. На фіг. 3 представлена перша трифазна врівноважена система, яка містить: симетричну систему напруг (фіг. 3,а) та трифазну симетричну систему струмів (фіг. 3,б). А на фіг. 4 зображена друга трифазна врівноважена, але несиметрична система, яка містить: несиметричну систему напруг (фіг. 4,а) з коефіцієнтом несиметрії напруг K2U за зворотною послідовністю K2U=-1/2 та трифазну несиметричну систему струмів (фіг. 4,б) з коефіцієнтом несиметрії струмів К2І за зворотною послідовністю К2І=+1/2. У багатьох несиметричних, але параметрично врівноважених режимах багатофазних машин використані співвідношення між симетричними складовими напруг та струмів, які аналогічні до показаних на фіг. 3 та фіг. 4. У всіх варіантах ротор може мати будь-яке відоме виконання: короткозамкнуте, з явними та неявними полюсами, з прямим та скошеним пазом, раковидними полюсами, з постійно намагніченими полюсами тощо. Багатофазна машина може працювати у двох врівноважених режимах роботи: робочому та аварійному. Розглянемо аварійний режим трифазного генератора при перегоранні однієї з обмоток (фіг. 5). В аварійному несиметричному режимі, пов'язаному з обривом проводу однієї з обмоток, наприклад, фази А, на затискачах лінійних фаз В, С та 0 стан генератора опишемо виразами: j240° j120° UA0=0; UВ0=Uф*e ; UC0=Uф*e ; (26) 1/2 j210° 1,2 j150° Іа=0; Iв=Ін*(3) *е ; Ic=Ін*(3) *e ; (27) U1=2/3; U2=-1/3; U0=-1/3, (28) I1=2; I2=1; I0=0, (29) Інуля=3, (30) де: UА0, UВ0, UС0 - вектори фазних напруг Uф генератора; ІА, IВ, IС - вектори лінійних струмів генератора; Ін - номінальний струм генератора; U1, U2, U0 - вектори симетричних складових напруг прямої, зворотної та нульової послідовності відповідно; І1, І2, І0 - вектори симетричних складових струмів прямої, зворотної та нульової послідовності відповідно; І нуля - струм у нульовій фазі. Режим роботи генератора при обриві однієї з лінійних фаз є несиметричним, але врівноваженим. Для оцінки ступеня врівноваженості роботи генератора при обриві фази А обчислимо величину пульсуючої потужності Sп, яка рівна: Sп=3(U1*І2+U2*I1+U0*I0)=3((2/3)*(1)+(-1/3)*2+(-1/3)*(0))=0. (31) Із (31) можна встановити важливий висновок про те, що режим генератора при обриві однієї із лінійних фаз залишається врівноваженим. На основі даних (26)-(30) обчислимо потужність генератора після обриву однієї з лінійних фаз; як це свідчить (32) потужність генератора після обриву однієї з лінійних фаз не змінилась, а саме: Sp=3(U1*І’1+U2*I’2+U0*I’0)=3((2/3)*(2)+(-1/3)*(1)+(-1/3)*(0))=3. (32) де: I'1, І'2, І'0 - комплексні спряжені значення струмів симетричних складових прямої, зворотної та нульової послідовності відповідно; U1, U2, U0 - комплексні значення напруг симетричних складових прямої, зворотної та нульової послідовності відповідно. За рівністю (32) можна зробити другий важливий висновок про те, що потужність генератора до і після обриву проводу однієї з лінійних фаз є однаковою. Відсутність пульсуючої потужності свідчить про можливість параметричного перетворення несиметричного режиму у симетричний у найближчому живильному трансформаторі. Для порівняння роботи заявлених генератора, двигуна та електромеханічного перетворювача із відомими електричними багатофазними машинами при несиметричних режимах розглянемо найбільш характерний випадок - обрив однієї з фаз. Серед електромеханічних перетворювачів слід окремо виділити асинхронізований трифазнодвофазний або трифазно-трифазний перетворювач, який у даний час у зв'язку з прийняттям США та іншими 40-ка країнами світу програми Smart Grid, набув широкого поширення і застосовується для зв'язку енергосистем з несинхронізованими частотами та фазами. При 11 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 обриві навіть однієї фази у відомих електричних трифазних машинах їх робота терміново зупиняється через: - різке нагрівання обмоток, яке обумовлене виникненням 5-7-кратних струмів в обмотках порівняно з номінальними значеннями; - пульсації обертового механічного моменту на валу машини та виникнення вібрацій, які становлять небезпеку для підшипників. У заявлених машинах відбувається параметрична (некерована людьми та автоматикою) зміна одного врівноваженого режиму на другий (симетричного на несиметричний); тому не виникає потреби відмикати таку машину від мережі: у ній відсутні надструми та пульсації обертового моменту. Багатофазна машина продовжує нормальну роботу з деяким зниженням потужності на валу. Нагадаємо, що заявлені машини мають сумарну кількість лінійних та нульової фаз, яка більша трьох. У заявлених машинах вносять додаткові фази: або нульову фазу або декілька лінійних фаз. У параметрично врівноваженому режимі, який виникає у заявлених машинах після обриву фази, коефіцієнт несиметрії напруг за зворотною послідовністю стає рівним -0,5, а коефіцієнт несиметрії струмів за зворотною послідовністю дорівнює +0,5. Сума цих коефіцієнтів дорівнює нулеві, що свідчить про виникнення другого параметрично врівноваженого режиму. Прохідна потужність у другому (несиметричному) врівноваженому режимі, який виникає після обриву проводу однієї лінійної фази, складає 82 % порівняно з першим (симетричним) врівноваженим режимом. У домінуючих випадках електричні машини працюють у недовантаженому стані, через що зниження прохідної потужності у другому врівноваженому режимі є технічно допустимим. Звернемо увагу на те, що у параметрично врівноважених режимах несиметрія напруг та струмів параметрично компенсуються в силових трансформаторах, виконаних з міжфазними електромагнітними зв'язками. Для прикладу, відомий генератор вітрової електростанції після обриву однієї з фаз має бути відключеним після обриву однієї фази. Але при використанні заявленого генератора при обриві фази виникають несиметрії напруг та струмів, які можуть бути компенсовані з допомогою стабілізатора фаз автотрансформаторного типу, встановлена потужність якого у 6 разів менша встановленої потужності генератора вітрової електростанції. Слід підкреслити, що в електромеханічних перетворювачах, наприклад, в асинхронізованих перетворювачах несиметрія напруг та струмів не передається в електричне коло обмоток ротора, через що напруги та струми на виході такого перетворювача залишаються симетричними як до обриву так і після обриву проводу фази на його вході. Отже, несиметричні режими, включно з обривом вхідної або вихідної фази, які виникають у заявлених електричних багатофазних машинах: - не приводять до виникнення надструмів та нагрівання обмоток; - не приводять до пульсації обертового моменту та до виникнення вібрації валу електричної машини. Корисність, яка виникає від використання заявлених машин, свідчить про підвищення їх живучості як при трифазному їх виконанні з нульовою фазою, так і при збільшенні лінійних фаз більше трьох. При дев'ятифазному та дванадцятифазному виконанні допустима кількість обривів фаз зростає до шести та дев'яти відповідно. У стільки ж разів зростає живучість заявлених машин. Подібні результати нами одержані при перегоранні однієї з обмоток заявленої машини, що збільшує надійність роботи таких машин на порядок (у 10 разів). Допустима кількість обривів проводів фаз дорівнює сумарній кількості фаз N виконання електричної машини, зменшеній на три одиниці. При такій кількості фаз живлення надійність роботи заявлених машин пропорційно зростає. Продовження роботи заявленої машини при обриві декількох фаз живлення або при перегоранні декількох обмоток цієї машини не вимагає негайної зупинки машини і надає споживачеві можливість відстроченого ремонту машини або мережі живлення. Таке виконання електричної машини особливо корисне для багатофазних машин з регульованою швидкістю обертання вала машини і живленні від багатофазного інвертора або багатофазного безпосереднього перетворення частоти (від 50 Гц до 500 Гц) та кількості фаз від трьох до 9-15. Використання інверторів та конверторів створює можливість збільшити надійність та живучість електричних машин у десятки разів у тому разі, коли обмотки машини облаштовані міжфазним електромагнітним зв'язком. Отже, після обриву проводів фаз заявлена машина залишається у робочому стані і може продовжувати свою роботу при необмеженій тривалості такого режиму. За наявності проводу нульової фази заявлені генератор або двигун практично зберігають рівномірність індукції обертового магнітного поля. При обриві проводу фази багатофазна машина переходять у новий 12 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 режим роботи, для якого характерним є врівноважений режим, критерієм якого є рівність нулеві пульсуючої потужності. Можливість продовження роботи машини без обмежень по часу в аварійному режимі не вимагає негайного припинення роботи машини; позитивний ефект полягає у продовженні технологічного процесу або роботи технологічної лінії та у можливості відстроченого по часу ремонту або заміни електричної багатофазної машини, що може виконати власник такої машини після підготовки засобів ремонту або заміни заявленої машини. Відстрочений ремонт дає можливість скоротити перерви технологічних процесів при можливих аваріях, що дає значний економічний ефект. Вище дано порівняння відомих та заявлених багатофазних машин при несиметрії напруг та струмів. Далі порівняємо роботу заявленої машини з аналогами або прототипом при появі несинусоїдних режимів, тобто при спотворенні форми кривої напруги та струму. В аналогах та прототипі зроблена спроба взаємної компенсації струмів вищих гармонік з допомогою ввімкнення трьох обмоток статора у трикутник. Симетричні гармоніки, порядкові номери яких кратні трьом, співпадають по фазі (тобто виникають одночасно у всіх фазах), замикаються у таких трикутниках і викликають додаткове нагрівання і значні втрати енергії в активних опорах обмоток та магнітопроводі. Крім того, такі гармоніки струмів викликають спотворення кругового магнітного поля, чим створюють провали обертового моменту механічної характеристики. Згадаймо класичний приклад утворення провалу обертового моменту при виникненні третіх гармонік струму. Особливо небезпечний провал, який утворюється при пуску асинхронного двигуна. Дія третіх гармонік струму приводить до припинення розгону валу ротора на частоті третьої гармоніки і унеможливлює досягнення підсинхронної швидкості. Крім того, треті гармоніки струму при найменшому зміщенню вала ротора відносно статора викликають вібрацію валу та шкодять підшипникам. У заявленій машині струми гармонік, порядковий номер яких кратний трьом, та інші симетричні гармоніки струму не створюють магнітних полів через взаємну компенсацію намагнічуючих сил. Тому у заявленій машині практично не виникають втрати електричної енергії, провали механічного моменту та вібрації від струмів вищих гармонік. Далі порівняємо роботу заявленої машини з аналогами або прототипом при появі перехідних або коливних процесів, пов'язаних з комутацією струмів в обмотках статора. У прототипі частина одмоток ввімкнена у рівнобедрений трикутник з гострим кутом при основі, який рівний 20°. Лише одна і то менша обмотка трикутника має опосередкований і малий міжфазний зв'язок з найближчою фазою багатофазної електричної машини. При цьому загальна кількість обмоток, які мають вказаний міжфазний зв'язок становлять біля 25 % від загальної кількості обмоток. Внаслідок цього опір фазного короткого замикання кожної фази машини-прототипу має приблизно у 7-9 разів більший активно-індуктивний опір. Це приводить до накопичення енергії у магнітному полі розсіювання значної енергії, яка виділяється або накопичується при комутаційних процесах, які здійснює інвертор або контактор або іншого типу комутатор. При розриві кола у такій обмотці через значну вільну складову виникають високі напруги перехідних процесів, які викликають іскрові та дугові процеси у механічних комутаторах та викликають високі імпульсні напруги у напівпровідникових комутаторах інверторного або конверторного типу. Такі високі напруги перехідних процесів у обмотках електричної машинипрототипу здатні пробити ізоляційний проміжок у напівпровідникових комутаторах. Згадаймо, що напівпровідникові комутатори мають недостатній запас напруги та струму, який не перевищує 40 %-60 % від номінальних значень напруг та струмів, вказаних у паспорті комутатора. Тому сплески напруг та струмів при перемиканні комутаторів не допускаються. А для виконання цієї умови необхідно подавити (компенсувати) індуктивну складову опору фазного короткого замикання затискача та/або затискачів електричної багатофазної машини. Таке зменшення вільної складової перехідних процесів властиве заявленим багатофазним машинам. У протилежність прототипу заявлена багатофазна електрична машина побудована на зближенні провідників у просторі; зближені провідники розміщені в одному пазу; зближені провідники гальванічно не зв'язані між собою; у зближених провідниках обмоток протікають струми, які при дії струмів нульової послідовності рівні за величиною та протилежні за напрямком. В результаті такого розміщення провідників у пазу статора їх індуковані магніті потоки розсіювання компенсуються при появі струмів нульової послідовності; індуктивний опір проводів обмоток різко знижується до 7 %-15 % від величини активного опору обмотки статора машини. Через це у кожній з обмоток накопичується менша енергія в магнітних полях розсіювання. У наслідок компенсації магнітних полів розсіювання імпульсні перенапруги знижуються у десятки разів, що істотно підвищує надійність роботи живильного інвертора і підвищує живучість електричної багатофазної машини. 13 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Всі основні та всі додаткові обмотки багатофазної машини утворюють один багатофазний стабілізатор фаз, який має високу надійність та живучість. Ефективність застосування багатофазної машини з міжфазними електромагнітними зв'язками. Заявлена багатофазна машина зменшує кількість власних свобод власних режимів і тому проявляє такі нові властивості: 1. Підвищену надійність. 1.1. При обриві однієї або декількох обмоток або при їх перегоранні багатофазна машина забезпечує нормальну роботу двигуна або генератора і забезпечує їх відстрочений ремонт. 1.2. При обриві кола кільцевої обмотки в одному пункті або перегоранні однієї або декількох обмоток у декількох пунктах багатофазна машина забезпечує нормальну роботу двигуна або генератора і забезпечує їх відстрочений ремонт. 1.3. При розпаді або нарочитому розкладі кільцевої обмотки на частини, кожна з яких має принаймні дві неушкоджені обмотки, приєднані до трьох неушкоджених фаз мережі, багатофазна машина забезпечує нормальну роботу двигуна або генератора і забезпечує їх відстрочений ремонт. 1.4. При короткому замиканні між обмотками багатофазна машина з допомогою автоматики підтримує нормальну роботу двигуна або генератора і забезпечує їх відстрочений ремонт. 1.5. Багатофазна машина при несиметричних режимах має властивість передавати активну та реактивну енергію між фазами багатофазної машини, чим забезпечує відсутність складових напруг та струмів зворотної та нульової послідовності. 1.6. Багатофазна машина має властивість генерувати напругу та струм прямої, зворотної та нульової послідовності. 1.7. Багатофазна машина має властивість короткочасно ефективно обмежувати фазні напруги при виникненні фазного короткого замикання у живильній мережі. 2. Багатофазна машина має підвищену живучість: 2.1. - при обриві проводів однієї або декількох лінійних фаз багатофазної мережі. 2.2. - при нарочитому або аварійному поділі кільцевих, радіальних або змішаних радіальнокільцевих з'єднань обмоток статора на групи, кожна з яких утворена двома обмотками, приєднаними до трьох затискачів багатофазної машини. 2.3. - при взаємній компенсації струмів нульової послідовності основної гармоніки. 2.4. - при взаємній компенсації струмів нульової послідовності всіх вищих симетричних гармонік, порядковий номер яких кратний або некратний трьом. Експериментальна перевірка роботи багатофазної машини. Випробування експериментальних зразків багатофазної машини підтвердило основні характеристики заявленої машини. Сфера застосування. Заявлену багатофазну машину доцільно використовувати у взаємозв'язаних, складних і важливих технологіях, у тому числі і стратегічних. Двигун може використовуватись у військовій та медичній техніці, у насосах, ліфтах, складських холодильниках, у технологічних лініях, наприклад, у прокатних та збагачувальних лініях металургії, де вихід з ладу одного механізму може стати причиною зупинки всього виробництва і завдати значних збитків. Заявлена багатофазна машина може бути використана в ролі двигуна для головних циркуляційних насосів АЕС, які працюють у комплексі з пристроями неперервного живлення. Двигун призначений для приєднання до низьковольтних 0,4 кВ, а також інверторів та конверторів, які живляться або від акумуляторних батарей, або від мережі загального призначення. Як генератор змінного струму, заявлена багатофазна машина може бути використана у вітрових електричних генераторах змінного струму; в електромеханічних перетворювачах, зокрема, в асинхронізованих машинах змінного струму для зв'язку двох енергетичних систем з неспівпадаючими частотами; у пересувних бензинових або дизельних генераторах; у корабельних генераторах змінного струму, тощо. Супутня користь застосування багатофазних машин: покращення спектрального складу споживаного струму; захист багатофазної машини від високовольтних імпульсів; захист від високочастотних коливань напруги; від електромагнітного імпульсу (ЕМІ) та від наведених струмів геомагнітних бур. Загальний висновок. Для заявленої багатофазної машини характерне зменшення свобод поведінки і можливих режимів, яке приводить до появи нових властивостей багатофазних машин. Для розуміння суті фізичних процесів у заявленій машині пошлемось на механічний аналог. Таке зміцнення електромагнітних зв'язків в багатофазних машинах аналогічне накладанню ободу на шпиці колеса, що зміцнює (стабілізує) їх положення, що не дає можливості при ударах колеса 14 UA 110433 C2 змінювати відстані між шпицями. Звідси походить назва "стабілізатор фаз". Втрата однієї шпиці не приводить до виходу велосипеда з ладу, оскільки обід зміцнює всі шпиці та деталі колеса. В заявленій багатофазній машині роль ободу виконує стабілізатор фаз. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Перелік посилань 1. Liska M. Brushless DC motor having multiple stator windings. Patent USA N 3930190, МПК Н02К 23/00. 30.12.1975. 2. Stich F.A., Schwantes G.W. Electronic commutation system having motor stator windings in push-pull. Patent USA N 3931553, МПК Н02К 29/00. 6.01.1976. 3. Btatoljic T. -connected two-layer, three-phase winding for an electric machine. Patent USA N 4200817, МПК Н02К 3/00. 29.04.1980. 4. Hamilton D.C., Fleming J.W. Dual, three-phase, inverter-driven motor. Patent USA N 4220881, МПК Н02К 3/00. 02.09.1980. 5. Lee I.S. et al. D.C. multi-phase brushless motor. Patent USA N 4730150, МПК H02K 29/08. 08.03.1988. 6. Auinger H. Armature winding for a static converter-ved electrical induction machine. Patent USA N 4751448, МПК Н02Р 1/38. 14.06.1988. 7. Ando A. Microangle drives system for stepping motor and microangle drive circuit therefore. Patent USA N 4755732, МПК Н02Р 8/00. 05.07.1988. 8. Watkins W.J., Oyster R.A. Stator winding for two-pole dynamoelectric induction machines. Patent USA N 4947072, МПК Н02К 3/00. 07.08.1990. 9. Nakamura K., Numai K. Spindle drive control apparatus for a machine tool. Patent USA N 5068587, МПК Н02Р 1/26. 26.11.1991. 10. Woodson H.H., Hau J.S. Method and apparatus for improving performance of AC machines. Patent USA N 5053689, МПК Н02Р 5/00. 01.10.1991. 11. Kusase S., Bansal K., Hayashi S. Alternating current generator having a plurality of independent three-phase windings. Patent USA N 5122705, МПК Н02К 11/00. 16.05.1992. 12. Shichijyo A., Kusase S., Kajiura H. Rotary electric machinery. Patent USA N 5449962, МПК Н02К 3/00. 12.09.1995. 13. Yalovega N.V., Yalovega S.N., Belanov K.A. Stator of AC electric machine. Patent USA N 5559385, МПК Н02К 3/28. 24.09.1996. 14. Slavik C.J., Rhudy R.G., Bushman R.E. Reduced vibration motor winding arrangement. Patent USA N 5686774, МПК Н02К 1/00. 11.11.1997. 15. Kolomeitsev S. Switched reluctance motor with low mutual inductance between phases. Patent USA N 5777416, МПК Н02К 17/42. 07.07.1998. 16. Trago B.A., Lordo R.E. Fault tolerant electric machine. Patent USA N 5929549, МПК Н02К 3/00. 27.07.1999. 17. Edelson J. Polyphase induction electrical rotting machine. Patent USA N 6054837, МПК Н02Р 5/34. 25.04.2000. 18. Judson J. A.C. electrical machine and method of transducing power between two different systems. Patent USA N 63267135, МПК Н02К 47/00. 04.12.2001. 19. Palma R., Cooper J.C. Method of winding motor and other electric machines to reduce AC losses. Patent USA N 6455971, МПК Н02К 3/00. 24.09.2002. 20. Fogarty J.M. Combined delta-wye armature winding for synchronous generators and method. Patent USA N 6455974, МПК Н02К 1/00. 24.09.2002. 21. Asao K, , Adachi K., Morishita A. Alternator. Patent USA N 6501205, 31.12.2002. 22. Liang F.L., Swales S.H., Miller J. Low noise automotive alternator. Patent USA N 6570289, МПК Н02К 1/00. 27.05.2003. 23. Takizawa Т., Oohashi A., Asao Y. Automotive alternator. Patent USA N 6713928, МПК Н02К 3/487. 30.02.2004. 24. Asao Y., Adachi K., Morishita A. Alternator and method of manufacture therevor. Patent USA N 6717316, МПК Н02К 3/00. 6.04.2004. 25. Ooiwa T. Rotary electric machine. Patent USA N 6822362, МПК Н02К 3/30. 23.11.2004. 26. Buening D.J., Krefta R.J. Stator winding pattern for reduced magnetic noise. Patent USA N 6864667, МПК Н02Р 9/00. 8.03.2005. 27. Umeda A. Rotary electric machine having partially -connected stator winding. Patent USA N 6940201, МПК Н02К 11/00. 6.08.2005. 28. Chen H.B., Neet K.E. Electrical machine having a stator winding with a plurality of filars. Patent USA N 6940202, МПК Н02К 3/28. 6.09.2005. 29. Umeda A. Rotary electric machine. Patent USA N 7030533, МПК Н02К 1/00. 18.04.2006. 15 UA 110433 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 30. Edelson J.S. Nesh connected electrical rotting machine with span changing. Patent USA N 7116019, МПК Н02К 37/24. 3.10.2006. 31. Saban D.M., Ahmad R.H., Pan Z. Electromechanical energy conversion system. Patent USA N 7710081, МПК Н02Р 9/00. 4.05.2010. 32. Alexander W.C. Universal power conversion method. Patent USA N 7778045, МПК Н02М 7/66. 17.080.2010. 33. Paterson S.C. Fault tolerant generator or starter/generator with low torque ripple. Patent USA N8040113, МПК Н02Р 11/00. 18.10.2011. 34. Edelson J.S. Motor winding. Patent USA N 8258665, МПК Н02К 3/00. 4.09.2012. 35. Tanaka A., Taniguchi M. Electric rotating machine drivable with a three-phase inverter. Patent USA N 8487499, МПК Н02К 3/04. 16.07.2013. 36. Hirihata H. Power generator with improved controllability of phase current. Patent USA N 8618776, МПК Н02Р 9/04. 31.12.2013. 37. Tunzzini M., Chemin M. Power supply device for motor vehicle alternator and alternator employing such device. Patent USA N 8659196, МПК Н02К 11/00. 25.02.2014. 38. Tripathi A., Opina G.L., Gupta A.K., Karuppanan Y., Ang Z.Y. Power conversion system and method. Patent USA N 8624437, МПК H02J 1/00. 7.01.2014. 39. Li Y., Meyer J.R., Kirby R.P, Mactia T.J. Electric motor and electric generator. Patent USA N 8749192, МПК Н02Р 23/00. 10.06.2014. 40. Huang H., Jia X., Karipides D.D. Apparatus for generating power from a turbine engine. Patent USA N 8723349, МПК F01D 15/10. 13.05.2014. 41. Музиченко О.Д., Музиченко Ю.О. Стабілізатор фаз та його властивості. // Технічна електродинаміка. - НАНУ. - Інститут електродинаміки. Київ, 2014, № 1, - С. 57-66. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Багатофазна машина змінного струму, яка є генератором або двигуном, або електромеханічним перетворювачем, та яка приєднана до багатофазного джерела змінних напруг через лінію мережі або через інвертор з акумуляторною батареєю, або через перетворювач частоти, і яка містить статор та ротор, статор устаткований магнітопроводом та множиною основних обмоток, розміщених у пазах статора, а також затискачами лінійних фаз, а ротор має довільне виконання, вибране з ряду: короткозамнутий, з фазним ротором, з обмоткою підмагнічування постійним струмом, з постійними магнітами, причому фазний ротор може бути виконаним як двофазним, так і трифазним, яка відрізняється тим, що введений стабілізатор фаз, який містить тристрижневий магнітопровід з обмотками, при цьому їх виводи з′єднані з затискачами лінійних фаз. 2. Багатофазна машина за п. 1, яка відрізняється тим, що додатково введено затискач нульової фази, до якого приєднані виводи обмоток статора. 3. Багатофазна машина за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що магнітопровід та обмотки статора, з одного боку, та тристрижневий магнітопровід та обмотки стабілізатора фаз, з другого боку, суміщені між собою так, що в кожному пазу статора розміщено принаймні дві обмотки, які виконані з можливістю створення міжфазних електромагнітних зв'язків. 4. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що обмотки статора ввімкнені за радіальною схемою у багатопроменеву зірку з ламаними променями, а спільний вузол зірки приєднаний до затискача нульової фази джерела живлення. 5. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що обмотки статора ввімкнені за кільцевою схемою у багатокутник. 6. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що обмотки статора ввімкнені за змішаною радіально-кільцевою схемою. 7. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 3-6, яка відрізняється тим, що кожна одна q1-ша фаза обмотки з'єднана з кожною іншою q2-oю фазою статора за допомогою послідовного з'єднання обмоток, де q1 та q2 порядкові номери фаз, які виконані з можливістю встановлення міжфазного електромагнітного зв'язку. 8. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 3-7, яка відрізняється тим, що міжфазний електромагнітний зв'язок утворений послідовним з'єднанням двох або трьох обмоток. 9. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 3-8, яка відрізняється тим, що в N-фазній машині утворений міжфазний електромагнітний зв'язок за допомогою послідовного з'єднання не більше як трьох обмоток, наприклад Wa, Wв та Wс, при цьому кількість витків в обмотках Wa, Wв та Wс кожного міжфазного електромагнітного зв'язку між наступною q2 та попередньою q1 фазами 16 UA 110433 C2 5 10 15 20 визначена порядковим номером фази відповідно до виразів, причому осі обмоток Wa, Wв та Wс зсунуті між собою на кути 2/3 радіан (120°) та 4/3 радіан (240°) відповідно: Wa=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+), (1) Wв=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+4/3+), (2) Wc=R*(2/3)*Cos(2(n-1)/N+2/3+), (3) де: R - стала величина кількості витків обмоток для всіх пазів статора; N - загальна кількість лінійних фаз статора та кількість затискачів лінійних фаз дорівнює N; n - порядковий номер фази статора, причому n=1, 2, 3,... N;  - фазний кут між вектором напруги першої фази U1 та вектором напруги першої фази Ua стабілізатора фаз. 10. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 1-9, яка відрізняється тим, що у кожному пазу статора розміщено не менше двох обмоток, кожна з яких ввімкнена у коло різнойменних фаз за порядковим номером. 11. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 1-10, яка відрізняється тим, що кожен провідник однієї обмотки оточений з усіх боків провідниками іншої обмотки і навпаки, кожен провідник іншої обмотки оточений провідниками першої обмотки. 12. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 1-11, яка відрізняється тим, що проводи лобових частин обмоток різних фаз зближені між собою для зменшення магнітних полів розсіювання. 13. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 4-7, яка відрізняється тим, що кільцеві, радіальні або змішані радіально-кільцеві обмотки статора поділені на групи, кожна з яких утворена двома обмотками, приєднаними до затискачів лінійних фаз. 14. Багатофазна машина за будь-яким з пп. 1-3, яка відрізняється тим, що обмоткистатора та стабілізатора фаз виконані із надпровідного сплаву і охолоджені до температури виникнення надпровідності в указаному сплаві. 17 UA 110433 C2 18 UA 110433 C2 19 UA 110433 C2 20 UA 110433 C2 21 UA 110433 C2 22 UA 110433 C2 23 UA 110433 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 24