Гаврилюк, Роман Богданович2012-06-212012-06-212012Гаврилюк Р. Б. Теоретичні основи симетричних двошарових схем обмоток електричних машин змінного струму : автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук : 05.09.01 – електричні машини і апарати / Роман Богданович Гаврилюк ; Національний університет "Львівська політехніка". - Львів, 2012. - 38 с.https://ena.lpnu.ua/handle/ntb/13369Дисертація присвячена розв’язанню сукупності важливих науково-практичних проблем: математичного синтезу (проектування) всіх теоретично можливих структур як симетричних, так і асиметричних схем обмоток електричних машин змінного струму, аналізу й оптимізації показників багатофазних симетричних схем двошарових обмоток як для одношвидкісних, так і для двошвидкісних асинхронних двигунів, пошуку оптимальних схем обмоток для заданого проектантом асинхронного двигуна. Виведено рівняння для визначення кількості всіх теоретично можливих структур симетричних багатофазних і двофазних схем обмоток і створено алгоритм їх побудови, що усунуло нерозв’язане в історії розвитку теорії схем обмоток запитання відносно кількості можливих структур і їх утворення. Зібрано відому сукупність показників, які характеризують схему обмотки та додано нові показники. Розроблено методику визначення всіх показників схем обмоток. Для кожного показника задано умову, коли він кращий – бажано максимізувати значення, чи мінімізувати. Для всіх структур схем двошарових обмоток створено алгоритми за якими визначають чи теоретично можлива оптимізація показників схеми за рахунок зміни кількості витків у елементах різних симетричних кілець елементів і забезпечення постійної кількості провідників у всіх пазах якоря, чи – неможлива. Якщо оптимізація петлевої схеми обмотки можлива, то з використанням таблиці логіки, за якою визначають, у яких котушках обмотки можна змінювати кількість витків (за умови, що кількість витків у кожному пазі є постійною), проводять оптимізацію, зазвичай, шляхом мінімізації коефіцієнта диференційного розсіяння методом “координатного спуску”. Надалі петлеву схему обмотки перетворюють на концентричну та за зміненою таблицею логіки знову мінімізують коефіцієнт диференційного розсіяння. Порівнюють показники обох варіантів і вибирають кращий. Таку стратегію можна застосовувати для різних функцій мінімізації як для оптимізації одношвидкісних, так і для двошвидкісних схем обмоток. Диссертация посвящена решению совокупности важных научно-практических проблем: математического синтеза (проектирование) всех теоретически возможных структур как симметричных, так и асимметричных схем обмоток электрических машин переменного тока, анализа и оптимизации показателей многофазных симметричных схем двухслойных обмоток, как для односкоростных, так и для двухскоростных асинхронных двигателей, поиска оптимальных схем обмоток для заданных проектантом режимов работы электродвигателя. В первом разделе рассмотрены тенденции развития и современное состояние теории проектирования симметричных схем обмоток электрических машин переменного тока. Проведен обзор основных источников литературы сверх столетнего развития мировой и украинской, теорий синтеза и анализа симметричных и асимметричных схем обмоток асинхронных, как односкоростных, так и двухскоростных, двигателей. На основании проведения анализа методов и полученных показателей в процессе проектирования схем симметричных обмоток классическим методом, методами ПАМ, ФМ и др. можем утверждать, что полученные схемы обмоток с разными показателями не надают возможности совершить оптимальный выбор схемы обмотки из всех теоретически возможных вариантов распределения фазных зон в пазах. Во втором разделе разработаны теоретические основы применения теории подстановок и групп для решения проблемы расчета количества как симметричных, так и асимметричных многофазных неэквивалентных структур схем слоев обмоток электрических машин переменного тока, которые теоретически и практически можно выполнить, в частности впервые: – рассчитаны теоретически возможные количества симметричных многофазных структур, образованных из симметричных колец элементов (СКЭ) первого порядка, для количества пазов z и фаз m (m = 3, z = 3, 6, …, 60; m = 4, z = 4, 8, …, 76; m =5, z = 5, 10, …, 80; m =6, z = 6, 12, …, 84; m = 7, z = 7, 14, …, 98; m =8, z = 8, 16, …, 80; m =9, z = 9, 18, …, 90; m =10, z = 10, 20, …, 100; m =11, z = 11, 22, …, 88; m =12, z = 12, 24, …, 96; m =13, z = 13, 26, …, 104; m =14, z = 14, 28, …, 110; m =15, z = 15, 30, …, 90; m = 21, z = 21, …, 126; m = 27, z = 27, 54, …, 162; m = 33, z = 33, 66, …, 188; m =39, z = 39, 78, …, 195; m =45, z = 45, 90, …, 225; m =51, z = 51, 102, …, 245; m =57, z = 57, 114. …, 285); – созданы все теоретически возможные структуры симметричных трехфазных схем слоев обмоток для количества пазов z = 3, 6 ., 36; – доказано, что количество полностью заполненных симметричных слоев схем обмоток, созданных из СКЕ первого порядка, зависит только от количества пазов и количества фаз; – рассчитаны количества симметричных многофазных структур, образованных из обобщенных СКЭ (УСКЕ) первого порядка, для разного количества пазов и фаз; – установлено понятие цифрового индекса схемы слоя обмотки (ЦИСШО), которое делает возможным создание мирового классификатора многофазных симметричных и асимметричных схем обмоток; – сформулировано понятие класс структур, в который входят все структуры схем обмоток, каждая из которых имеет (если структуру превратить в структуру, записанную через УСКЕ) одинаковый ЦІСШО. Например, симметричные схемы обмоток aaacbbbacccb и aaccbbaaccbb входят в один класс структур, в котором, записанный через УСКЕ, ЦІСШО равен 100100. В третьем разделе – сформировано множество критериев (параметров) методику их расчета для электрической асинхронной машины с любой структурой токового слоя обмотки статора в воздушном промежутке между статором и ротором асинхронной машины; – усовершенствованы законы, которые связывают разные параметры оценки схем обмоток с обмоточными коэффициентами и количеством витков в каждом СКЭ; – предложена методика выбора подмножества доминантных (лучших хотя бы за единым параметром от всех других), выполнимая за методикой просеивание совокупности критериев через “решето” Парето; – предложенные критерии можно применить для оценки любых симметричных многофазных схем обмоток. В четвертом разделе на основании созданных структур и анализа параметров схем обмоток с количеством пар полюсов p = 1 и p = 5, p = 7 и p = 13 сделаны выводы: – впервые продемонстрирована методика анализа показателей всех возможных структур двухслойных симметричных петлевых схем обмоток для заданного количества пазов, фаз и диапазона шагов укорочения обмоток; – показано, что синтез схем обмоток на основании теории СКЭ делает возможным создание неизвестных ранее доминантных структур с уникальными параметрами максимальных амплитуд паразитных гармоник, обмоточного коэффициента и коэффициентов дифференциального и пазового рассеяния. В пятом разделе: – изложено методику улучшения показателей петлевых и концентрических односкоростных обмоток за счет изменения количества витков катушек при сохранении постоянства количества проводников в каждом пазу; – доказано, что все показатели схем обмоток, в которой количество проводников в пазе является одинаковым, зависят от количества проводников в пазу; – раскрыты закономерности повторения относительных амплитуд паразитных гармоник для определенных количеств проводников в пазу; – доказано, что количество вариантов оптимизации схемы обмотки зависит от количества проводников в пазу. В шестом разделе разработаны теоретические основы синтеза и оптимизации структур обмоток для двухскоростных двигателей и: – доказано, что выбор оптимальной схемы обмотки значительно зависит от соотношения времени работы на каждой из скоростей, необходимых номинальных мощностей или моментов и требования обеспечения максимального сбережения энергетических ресурсов; – показано, что существуют схемы с минимальными относительными значениями амплитуд паразитных гармоник при условии изменения (иногда уменьшения) значений эффективности относительно к их максимальным величинам; – предложена стратегия синтеза является фундаментальной и единственной для поиска всех возможных вариантов создания двухскоростных симметричных двухслойных схем обмоток электрических машин переменного тока, поскольку делает возможным получение и сравнение всех известных и неизвестных схем обмоток электрических машин переменного тока с количеством выводов 6 или 9 (9 выводов для значения C = 5 (Y/Y)). Dissertation is devoted the decision aggregate important scientific and practical problems: mathematical synthesis (planning) of all in theory possible structures, both symmetric and asymmetric charts of windings of alternating current electric machines, analysis and optimization of indexes of many phase symmetric schemes two-layers windings, both for one-speed and for two-speed asynchronous motors, search of optimum schemes windings. Equalization for determining the amount of all of in theory possible structures of layers windings is shown out. The structures of symmetric much-phase schemes of winding and algorithm of their construction are created. A problem in history of development theory of charts of windings in relation to the amount of possible structures and their education is decided. The aggregate of indexes which characterize the schemes of wind written in and new indexes are added is known. The method of determination of all of indexes of schemes windings is developed. Terms, whether every index must be greater or more small set. For all of structures of schemes of two-layer windings it is created, algorithms after which determine or in theory optimization indexes of scheme is possible due to the change of amount of coils in elements and in what symmetric rings of elements winding it is possible to carry out.uaсхема обмоткипоказникикритерії виборуоптимізаціясхема обмоткипоказателикритерии выбораоптимизацияschemes of windingindexescriteria of choiceoptimizationAutoreferat