Способ пуска асинхронного двигателя

Способ пуска асинхронного двигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве асинхронных двигателей с уменьшенным пусковым током.

Известен способ пуска асинхронного двигателя путем переключения статорной обмотки со звезды на треугольник. Для этой цели асинхронные двигатели выпускают на напряжение 380(Δ)/660(Y) В. При таком способе пуска, по сравнении с прямым пуском, пусковой ток в сети уменьшается практически в три раза (см. стр.570: рис.28.1г; Вольдек А.И. Электрические машины / Учебник. Л.: Энергия, 1978. - 832 с. ил.).

Недостаток способа в том, что пропорционально изменению пускового тока снижается практически в 3 раза и пусковой момент двигателя, а также в сложной схеме переключений обмотки с разрывом соединений фазных обмоток.

Известен способ пуска трехфазного электродвигателя переменного тока (см. пат. №2415507, опубл. 27.03.2011. Бюл. №9, взятый авторами за прототип).

В известном способе пуска трехфазного электродвигателя переменного тока включающем соединение статорных обмоток двух электродвигателей попарно-последовательно по схеме «общая звезда» и подачу на вход полученного электрического соединения номинального напряжения, после разгона электрическое соединение статорных обмоток указанных электродвигателей разрывают, а в схему: «общая звезда» или «общий треугольник» соединяют статорную обмотку пускаемого электродвигателя и разгоняют его до рабочей скорости.

Недостаток способа в том, что для пуска применяются два двигателя соизмеримой мощности, при этом в зависимости от нагрузки пускаемого двигателя изменяется падение напряжения на обмотках заторможенного двигателя, что приводит к разной величине пускового тока и пускового момента, а переключение сопровождается разрывом соединений фазных обмоток.

Техническим результатом изобретения является снижения пускового тока асинхронного двигателя и улучшение его эксплуатационных характеристик за счет переключения статорной обмотки без разрыва соединений фазных обмоток.

Поставленная задача достигается тем, что в способе пуска асинхронного двигателя путем переключения трехфазной статорной обмотки, в фазы двухполюсной обмотки которой входят однотипные две катушечные группы с первой по шестую, в фазы четыреполюсной обмотки входят две пары катушечных групп с первой по шестую, в фазы шестиполюсной обмотки входят три тройки катушечных групп с первой по шестую, осуществляют изменение ширины фазной зоны со 120 электрических градусов на 60 электрических градусов посредством переключения обмоток с треугольника на две звезды при постоянной индукции в воздушном зазоре с образованием нулевой точки от середины треугольника без изменения числа пар полюсов и без разрыва соединений фазных обмоток.

Новизна заявляемого технического решения достигается за счет того, что для снижения пускового тока асинхронного двигателя с однотипными катушечными группами с первой по шестую, осуществляют изменение ширины фазной зоны со 120 электрических градусов на 60 электрических градусов посредством переключения обмоток с треугольника на две звезды при постоянной индукции в воздушном зазоре с образованием нулевой точки от середины треугольника без изменения числа пар полюсов и без разрыва соединений фазных обмоток.

По данным научно-технической и патентной литературы, авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.

На фигурах 1 и 2 показано направление токов в сторонах катушек шести катушечных групп двухслойной двухполюсной статорной обмотки, схема соединений катушечных групп и фаз в треугольник, вид магнитодвижущей силы (МДС) обмотки и диаграмма Гергеса. На фигурах 3 и 4 показано направление токов в сторонах катушек катушечных групп обмотки при соединении фаз в две звезды, схема соединений катушечных групп и фаз в две звезды, МДС обмотки и диаграмма Гергеса. Фигуры 5-7 иллюстрируют схемы, реализующие способ пуска асинхронных двигателей с разным числом пар полюсов обмотки.

Согласно фигуре 1 двухслойная двухполюсная статорная обмотка для реализации способа содержит 1-6 катушечных групп (стороны катушек фазы А обозначены квадратами, фазы В треугольниками, фазы С кругами, а направление токов в сторонах катушек показано точками и плюсами). Ширина фазной зоны составляет 120° (обмоточный коэффициент k_обΔ=0,80).

В сеть включены выводы обмотки 7, 9, 11, а выводы 8, 10, 12 свободны. Согласно фигуре 2 МДС содержит нечетные и четные гармоники (таблица 1), что увеличивает дифференциальное рассеяние, следовательно, и индуктивное сопротивление статорной обмотки. МДС построена для момента времени, когда ток в фазе A имеет максимальное значение. Наиболее выраженные первые четные высшие гармоники ν (таблица 1) не оказывают заметного отрицательного действия на пуск двигателя.

Таблица 1
Относительные амплитуды гармоник МДС
ν	1	2	4	5	7	8	10	11	13
Fmν/Fm	1	0,133	0,0571	0,011	0,0058	0,0152	0,006	0,01	0,008

Качество МДС оценивают по величине коэффициента дифференциального рассеяния, а его значение определяют по диаграмме Гергеса. При соединении фаз в треугольник (фигура 2) радиус R_p основной гармоники МДС при условных Z=72 сторонах катушек (р - число пар полюсов)

R p = Z k о б 2 π p = 72 ⋅ 0,80 2 ⋅ 3,1416 ⋅ 1 = 9,1648

полярный момент инерции пазовых точек диаграммы Гергеса

R d 2 = [ 2 ( 10 2 + 1 2 − 2 ⋅ 10 ⋅ 1 ⋅ cos 120 ° ) + 2 ( 7 2 + 1 2 − 2 ⋅ 7 ⋅ 1 ⋅ cos 120 ° ) + + 2 ( 5 2 + 5 2 − 2 ⋅ 5 ⋅ 5 ⋅ cos 120 ° ) + 2 ( 7 2 + 4 2 − 2 ⋅ 7 ⋅ 4 ⋅ cos 120 ° ) + + 2 ( 9 2 + 3 2 − 2 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ cos 120 ° ) + 2 ( 3 2 + 6 2 − 2 ⋅ 3 ⋅ 6 ⋅ cos 120 ° ) ] / 12 = = ( 222 + 114 + 150 + 186 + 234 + 126 ) / 12 = 86

и значение коэффициента дифференциального рассеяния

τ ∂ = R ∂ 2 R р 2 − 1 = 86 9,1648 2 − 1 = 0,024 .

Согласно фигуре 3 ширина фазной зоны равной 60° (k_обYY=0,924). В сеть по-прежнему включены выводы 7, 9, 11, а выводы 8, 10, 12 образуют нулевую точку. Согласно фигуре 4 МДС не содержит заметных амплитуд высших гармоник, что определят малое индуктивное сопротивление обмотки. Для этой схемы:

R p = Z k о б 2 π p = 72 ⋅ 0,924 2 ⋅ 3,1416 ⋅ 1 = 10,5832 ;

R d 2 = [ 2 ( 7 2 + 5 2 − 2 ⋅ 7 ⋅ 5 ⋅ cos 120 ° ) + 2 ( 9 2 + 3 2 − 2 ⋅ 9 ⋅ 3 ⋅ cos 120 ° ) + + 2 ( 10 2 + 1 2 − 2 ⋅ 10 ⋅ 1 ⋅ cos 120 ° ) ] / 6 = 112,3333 ;

τ ∂ 0 = R ∂ 2 R р 2 − 1 = 112,3333 10,5832 2 − 1 = 0,00294 .

Реализация заявляемого способа поясняется обмотками на фигурах 5-7. Согласно фигурам 5-7 в фазы двухполюсной обмотки входят две катушечные группы 1 - 2; 5 - 6; 3 - 4, в фазы четырехполюсной обмотки входят две пары катушечных групп 1, 1′ - 2, 2′; 5, 5′ - 6, 6′; 3, 3′ - 4, 4′, в фазы шестиполюсной обмотки входят три тройки катушечных групп 1, 1′, 1″ - 2, 2′, 2″; 5, 5′, 5″ - 6, 6′, 6″; 3, 3′, 3″ - 4, 4′, 4″.

Способ пуска асинхронного двигателя реализуется следующим образом: при включении в сеть выводов 7, 9, 11 фазные обмотки соединены в треугольник, а после разбега двигателя и замыкании выводов 8, 10, 12 фазные обмотки образуют две звезды. При включении двигателя в сеть 380 В соотношение витков на фазу w, потоков Ф и индукций в воздушном зазоре B_δ (U - фазное напряжение) при переключении обмотки с треугольника на две звезды определяется:

w Δ w Y Y = U Δ k о б Y Y Ф Y Y U Y Y k о б Δ Ф Δ = 380 ⋅ 0,924 ⋅ Ф Y Y 220 ⋅ 0,80 ⋅ Ф Δ = 2 ;

Ф Δ Ф Y Y = 1 ;

B δ Δ B δ Y Y = 1 .

При переключении пусковой ток уменьшается в 1,73/2 раза за счет самой схемы Δ/YY и в еще большей степени за счет изменения индуктивного сопротивления статорной обмотки. Согласно расчетам, при том же шаге обмотки, что и у стандартных двигателей средней и большой мощности, пусковой ток уменьшается на 1/3, а неизменная индукция определяет изменение пускового момента двигателя пропорционально изменению пускового тока.

Таким образом, способ пуска асинхронного двигателя переключением статорной обмотки по схеме Δ/YY является простейшим в реализации, осуществляется без изменения числа пар полюсов статорной обмотки и без разрыва соединений фазных обмоток.

Способ пуска асинхронного двигателя переключением трехфазной статорной обмотки, отличающийся тем, что в фазы двухполюсной обмотки входят однотипные две катушечные группы с первой по шестую, в фазы четырехполюсной обмотки входят две пары катушечных групп с первой по шестую, в фазы шестиполюсной обмотки входят три тройки катушечных групп с первой по шестую, осуществляют изменение ширины фазной зоны со 120 электрических градусов на 60 электрических градусов посредством переключения обмоток с треугольника на две звезды при постоянной индукции в воздушном зазоре с образованием нулевой точки от середины треугольника без изменения числа пар полюсов и без разрыва соединений фазных обмоток.