RU176753U1

RU176753U1 - Обмотка энергоэффективного асинхронного двигателя

Info

Publication number: RU176753U1
Application number: RU2017109563U
Authority: RU
Inventors: Радик Абузарович Афлетонов; Валерий Юрьевич Гордеев; Ильнур Кабирович Усманов; Ренат Раузович Валиуллин; Рубин Аглямович Гимадиев; Иван Сергеевич Чернецов; Иван Сергеевич Мухортов; Фирзар Фаридович Билалов; Владимир Юрьевич Корнилов; Азат Ильдусович Мухаметшин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ТаграС-ЭнергоСервис"
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2018-01-29

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, конструкциям статоров машин переменного тока. Данное изобретение может быть использовано в любой промышленности, где используется электрический привод.Техническим результатом является возможность модернизации существующего парка стандартных асинхронных машин, у которых соотношение угла сдвига фаз одноименных обмоток α=30 электрических градусов и пазового угла α=27πp/z не равно целому числу (α/α≠k, где k - любое целое число) с улучшением технологичности и с уменьшением трудоемкости работ по изготовлению и укладке статорных обмоток. Энергоэффективный двигатель включает в себя две взаимозависимые комбинированные обмотки, одна из которых собрана в «звезду», а вторая - в «треугольник». Эти обмотки уложены в пазы так, что результирующие векторы индукции магнитных потоков пар полюсов одноименных фаз «звезды» и «треугольника» образуют между собой в рабочем воздушном зазоре угол сдвига фаз одноименных обмоток α=30 эл. градусов, а число витков «треугольника» и «звезды» равно соотношениюдля случаев, когда отношение угла сдвига αи пазового угла αне равно целому числу (α/α≠k, где k - любое целое число).

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к электрическим машинам, конструкциям статоров машин переменного тока. Данное изобретение может быть использовано в любой промышленности, где используется электропривод, а также при создании объектов, к которым предъявляются высокие требования относительно пускового момента, КПД, уровня шумов и вибраций.

Известны однослойные схемы обмоток электрических машин с целым числом пазов на полюс и фазу (Вольдек А.И. Электрические машины, Л, 1978, с. 41б). В этих машинах статорная обмотка выполняется в виде секций из множества витков изолированного медного провода, которые соединены в звезду или треугольник. Недостатком таких обмоток являются большие потери в стали электрической машины, вызванные не синусоидальностью МДС в воздушном зазоре.

Также известны двухслойные схемы обмоток электрических машин с целым числом пазов на полюс и фазу (Вольдек А.И. Электрические машины, Л, 1978, с. 405), в которых статорная обмотка выполняется в виде секций из множества витков изолированного медного провода, уложенных в два слоя, соединенных в звезду или треугольник. Применение двухслойных обмоток позволяет выбрать более благоприятный шаг и уменьшить расход меди и изоляции и лучше допускают механизацию изготовления (И.П. Копылов, Электрические машины, Высшая школа, 2004). Недостатком таких обмоток являются большие потери в стали электрической машины, обусловленные несинусоидальностью МДС, вызванной возникающими токами высших гармоник в зубцовой зоне электрической машины.

Известны трехфазные асинхронные машины, в которых осуществлено подавление высших гармоник, препятствующих вращению, за счет применения статорной обмотки, выполненной составной в виде композиции из двух частей - двух независимых трехфазных обмоток, соединенных соответственно в треугольник и звезду, каждая из которых подключена к питающей сети, при этом начала одноименных фаз обеих обмоток смещены в пространстве относительно друг друга на угол сдвига α₀=30 эл. Градусов, и вектор магнитной индукции каждой из фаз пересекает ось магнитопровода. (RU 2507664 С2, Н02K 3/28, Н02K 17/12). Такие обмотки отличаются, прежде всего, большей удельной мощностью и повышенными энергетическими характеристиками, меньшим уровнем шумов и вибрации. При перегрузке АД с совмещенной обмоткой уменьшается частота вращения вала, но при этом ток практически не растет. При падении напряжения в цепи двигатель продолжает экономично работать не перегреваясь, но с меньшими оборотами. После восстановления напряжения питания до номинального уровня данный аналог автоматически самозапускается и выходит на установленный режим работы. При недогрузке коэффициент мощности обычного двигателя резко падает, попадая в область низких значений, а при перегрузке частота вращения вала уменьшается незначительно, ток резко растет и двигатель перегревается. На данном аналоге при недогрузке коэффициент мощности падает плавно, оставаясь в области высоких значений, за счет чего такой электродвигатель работает очень экономично. КПД обычного двигателя резко падает при понижении напряжения питания, а на данных двигателях КПД снижается плавно, сохраняя высокие показатели даже при значительных падениях напряжения (30% и более). Недостатком таких совмещенных обмоток является невозможность изготовления обмоток с соотношением угла сдвига α₀=30 эл. градусов и пазового угла α_z=2πp/z, равным дробному числу, где р - число пар полюсов, z - число пазов.

Известна обмотка, в которой частично решена данная проблема, а именно в патенте RU 2538266 С2, Н02K 17/14, Н02K З/28 10.01.2015 «СОВМЕЩЕННАЯ ОБМОТКА АСИНРОННОЙ МАШИНЫ ДЛЯ 2p=4, z=36». У данной совмещенной обмотки только 12 пазов из 36 имеют двухслойную обмотку при соотношении чисел витков треугольника и звезды, равном

.

Прототипом выбрана машина электрическая вращающаяся, статорная обмотка которой (RU 111723 U1, Н02K 3/28, Н02K 17/14, 21.12.2011) также содержит составную обмотку, обе трехфазные части которой (обмотки «треугольника» и «звезды») сравнимы по мощности, но занимают разное число пазов. Катушки обмотки «звезда» занимают 2 слоя в пазу и размещаются равносекционно, а обмотка «треугольника» имеет больший шаг обмотки и наматывается концентрическим способом. Такая обмотка получается трехслойной и укладывается во все пазы в расточке статора. Недостатками данного прототипа является значительная трудоемкость, т.к. для намотки равносекционной и концентрической обмотки нужно иметь 4 шаблона для намотки (1 для обмотки «звезда» и 3 для обмотки «треугольник»), возрастает расход изоляционных материалов, лобовые части концентрических обмоток получаются длиннее, чем у двухслойных равносекционных обмоток, что ведет к увеличению расхода меди. Также АД с данной обмоткой имеют большие токи холостого хода. Также к недостаткам концентрических обмоток относится то, что за счет укорочения шага намотки не происходит подавления ЭДС высших гармоник (Вольдек А.И. Электрические машины, Л, 1978, с. 419).

Техническим результатом является увеличение технологичности, уменьшения трудоемкости работ по изготовлению и укладке статорных обмоток в процессе модернизации существующего парка асинхронных машин, у которых соотношение угла сдвига α₀=30 эл. град. и пазового угла α_z не равно целому числу (α₀/α_z*k, где k - любое целое число).

Достигается это тем, что обмотка асинхронного двигателя выполняется двухслойной, состоит из двух обмоток, соединенных соответственно в «треугольник» и «звезду» при соотношении чисел витков в катушке «треугольника» и «звезды», равном

, при этом число секций в катушке «треугольника» n_тр, выполняется меньше на единицу, чем в катушках «звезды» (n_тр= n_зв-1, n_зв - число секций в катушке «звезды»). Это позволяет при соотношении α₀/α_z≠k, где k - любое целое число, обеспечить значение угла сдвига α₀=30 эл. град. между результирующими векторами магнитной индукции магнитных потоков катушек в рабочем воздушном зазоре (Фиг. 1). Даная обмотка может иметь число параллельных ветвей а=1 (Фиг. 2), а=2 (Фиг. 3).

Принцип работы полезной модели тот же, что и у обычного асинхронного двигателя и аналогов.

Примеры использования полезной модели.

Статорные обмотки стандартных асинхронного трехфазного двигателя BA-160-S4, Р₂=15 кВт, синхронная частота 1500 об/мин, с Zl=36, 2р=4, а=1 были перемотаны в соответствии со схемой, представленной на фиг. 2, каждая из фазных обмоток объединяет в себе две части - звезду и треугольник. Двигатель был испытан в режиме прямого включения и совместно с преобразователем частоты, при этом обеспечивали равномерное вращение при частоте питающей трехфазной сети в диапазонах от 0,5 до 50 Гц.

Таким образом, полезная модель в техническом и функциональном отношении приобрела новые качества и может быть использована, например, в установках механизированной добычи нефти («станки-качалки»), в метрополитене, жилищно- коммунальном хозяйстве и различных отраслях промышленности.

Источники информации

1. И.П. Копылов, Электрические машины 4-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2004.

2. Проектирование электрических машин. Под ред. И.П. Копылова. М., Энергия, 1980.

3. Вольдек А.И. Электрические машины, Л., 1978.

Claims

Обмотка асинхронного двигателя, состоящая из двух частей, соединенных соответственно в треугольник и звезду, при соотношении чисел витков треугольника и звезды, равном
, при соотношении угла сдвига фаз одноименных обмоток α₀=30 эл. градусов и пазового угла α_Z=2πp/z не равно целому числу (α₀/α_Z≠k, где k - любое целое число), отличающаяся тем, что число секций в катушке «треугольника» n_тр выполняется меньше на единицу, чем в катушке «звезды» (n_тр=n_зв-1, где n_зв - число секций в катушке «звезды»).