RU217152U1

RU217152U1 - Полифазный асинхронный электрический двигатель

Info

Publication number: RU217152U1
Application number: RU2022131573U
Authority: RU
Inventors: Сергей Сергеевич Лагутин; Олег Анатольевич Головко; Сергей Анатольевич Секлюцкий
Original assignee: Сергей Сергеевич Лагутин; Тау Татьяна Анатольевна; Сергей Анатольевич Секлюцкий
Filing date: 2022-12-02
Publication date: 2023-03-21

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники в части электрических машин переменного тока и может быть использована в промышленности и на транспорте. Задачей настоящей полезной модели является создание рабочей модели двигателя со следующими преимуществами: увеличение степени надежности электрического двигателя на отказ по дефекту обмотки до величины от 2-х и более. Технический результат заключается в создании режима согласованного взаимодействия асинхронного ротора со статором - режима согласованной нагрузки, где нагрузкой статора является механически нагруженный ротор. Режим согласованной нагрузки достигается точной расчетной моделью для определения количества стержней короткозамкнутой обмотки ротора. Поставленная задача решается тем, что в полифазном асинхронном электрическом двигателе, содержащем статор и ротор с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка», в пазах статора уложены две и более фазосмещенных между собой трехфазных групп обмоток, которые не имеют между собой гальванической связи, и электрически изолированы друг от друга, согласно заявленному техническому решению, ротор выполнен с числом стержней беличьей клетки, отличающимся от числа пазов статора на число пар его полюсов в меньшую сторону - это соотношение является точной расчетной моделью для получения согласованного взаимодействия асинхронного ротора со статором - режима согласованной нагрузки, где нагрузкой статора является механически нагруженный ротор. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области электротехники в части электрических машин переменного тока и может быть использована в промышленности и на транспорте. Использование электропривода в транспорте значительно повышает требования к степени надежности и уровню энергоэффективности применяемых в нем электрических двигателей.

Известен многофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутным ротором - патент CN 1705205 A. Обмотка статора двигателя имеет несколько групп симметричных трехфазных обмоток, которые не имеют между собой электрической связи. Группы этих симметричных трехфазных обмоток имеют связь только по магнитной цепи. Все трехфазные обмотки, соединенные звездой, имеют свои собственные независимые нейтральные точки, и эти нейтральные точки изолированы друг от друга.

Приоритет патента CN 1705205 A датирован 31 мая 2004 года. Сейчас идет 2022 год и за 18 лет рабочая модель так и не была реализована и не была выпущена в серийное производство, поскольку является недоработанной, неполной. Это обстоятельство подтверждается отсутствием в патенте информации о существовании работающего прототипа, созданного по описанной модели. Недостатком описанной модели является отсутствие в патенте описания устройства ротора, который будет эффективно работать при малом угловом шаге взаимодействия вращающегося поля статора с индуцированным полем ротора, сформированным его короткозамкнутой обмоткой.

Уменьшение углового шага взаимодействия, связанное с увеличением числа фаз двигателя, повышает требования к числовому соотношению элементов ротора и статора. Существующие табличные рекомендованные значения для выбора количества стержней беличьей клетки являются приближенными, неточными, так как были выведены эмпирически и для трехфазной модели. Отсутствие расчетной модели для точного определения количества стержней ротора до сегодняшнего дня являлось препятствием для развития многофазных асинхронных машин и это же обстоятельство сводило на нет возможность создания полифазных асинхронных электродвигателей с их несомненными преимуществами перед трехфазными моделями. При наличии точной расчетной модели короткозамкнутого ротора возможно создание асинхронных моторов с числом фаз 9, 12, 15, 18 и более.

Известен патент RU 2755052 C1 с описанием асинхронного электрического двигателя, статор которого содержит две трехфазные совмещенные обмотки, электрически связанные между собой. Описанная модель двигателя является шестифазной и имеет более высокую энергоэффективность в сравнении с традиционной трехфазной, но она имеет свои недостатки. Во-первых, описанная модель не позволяет создать двигатель с числом фаз, равным 9, 12, 15, 18 и более. Во-вторых, степень надежности на отказ по дефекту обмотки у такого двигателя равна единице и не может быть увеличена ввиду наличия непосредственной гальванической связи групп обмоток между собой. Дефект любой части обмотки такого двигателя сразу приводит к его неисправности.

Задачей настоящей полезной модели является создание рабочей модели двигателя со следующими преимуществами: увеличение степени надежности электрического двигателя на отказ по дефекту обмотки до величины от 2-х и более.

Технический результат заключается в создании режима согласованного взаимодействия асинхронного ротора со статором - режима согласованной нагрузки, где нагрузкой статора является механически нагруженный ротор. Режим согласованной нагрузки достигается точной расчетной моделью для определения количества стержней короткозамкнутой обмотки ротора.

Поставленная задача решается тем, что в полифазном асинхронном электрическом двигателе, содержащем статор и ротор с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка», в пазах статора уложены две и более фазосмещенных между собой трехфазных групп обмоток, которые не имеют между собой гальванической связи, и электрически изолированы друг от друга, согласно заявленному техническому решению, ротор выполнен с числом стержней беличьей клетки, отличающимся от числа пазов статора на число пар его полюсов в меньшую сторону - это соотношение является точной расчетной моделью для получения согласованного взаимодействия асинхронного ротора со статором - режима согласованной нагрузки, где нагрузкой статора является механически нагруженный ротор.

Полезная модель поясняется чертежами: фиг. 1 - изображение практической реализации полифазного асинхронного электрического двигателя сверху; фиг. 2 - изображение практической реализации полифазного асинхронного электрического двигателя сбоку.

Полифазный асинхронный электрический двигатель содержит статор и ротор с прямой короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка», в пазах статора уложены две и более фазосмещенных между собой трехфазных групп обмоток, которые не имеют между собой гальванической связи и электрически изолированы друг от друга, отличающийся тем, что число стержней обмотки ротора отличается от числа пазов статора на число пар его полюсов в меньшую сторону. Это соотношение является точной расчетной моделью для получения согласованного взаимодействия асинхронного ротора со статором - режима согласованной нагрузки, где нагрузкой статора является механически нагруженный ротор. Для примера возьмем асинхронный полифазный двигатель с четырехполюсной обмоткой, статор которого содержит 36 пазов. Четыре полюса обмотки составляют две пары полюсов, значит, ротор должен иметь 36-2=34 паза, в которых будут помещены токопроводящие стержни короткозамкнутой обмотки ротора.

Полифазный асинхронный электрический двигатель работает следующим образом.

При подаче в обмотки двигателя переменного тока в короткозамкнутой обмотке ротора индуцируется ток электромагнитной индукции, который создает на поверхности ротора собственные магнитные полюса. Магнитные полюса ротора начинают взаимодействовать с вращающимся полем статора и таким образом ротор приходит в движение. Расчетные числовые соотношения числа пазов ротора по отношению к числу пазов статора позволяют создать максимальный магнитный поток в сердечнике статора, что дает двигателю максимальную выходную мощность и энергоэффективность.

Пример реализации. По описанной модели был сделан рабочий образец полифазного (девятифазного) асинхронного электродвигателя (Фиг. 1, Фиг. 2), который содержит три трехфазные группы обмоток, фазосмещенных между собой на 40 электрических градусов. Двигатель был выполнен путем переделки изделия серийного образца 5АИ71 В6. При переделке был перемотан статор по девятифазной схеме намотки и изменен ротор в соответствии с изложенной расчетной моделью. На клеммнике двигателя выполнены девять выводов от трех трехфазных групп обмоток. Двигатель работает как от одного трехфазного частотного преобразователя, так и от двух или от трех синхронизированных между собой трехфазных частотных преобразователей серийного образца. Также, при параллельном соединении всех групп обмоток двигатель может быть подключен напрямую к трехфазной сети. На испытаниях электродвигатель показал высочайшую степень надежности и энергоэффективности, недоступную для трехфазных электрических машин. Степень надежности переделанного двигателя на отказ по дефекту обмотки равна трем. При работе на трех фазах КПД двигателя составил 67%, на шести фазах - 87%, на девяти - 92% при выходной мощности 750 Вт. При поочередном отключении групп обмоток, имитирующих выход их из строя, двигатель продолжал свою работу без снижения оборотов с понижением момента вплоть до отключения последней группы. При работе одной группы обмоток имитация дефекта обмоток замыканием выводов незадействованных групп на корпус не вызывала изменений в работе двигателя. Этот опыт демонстрирует трехкратную степень надежности этого двигателя на полный отказ по дефекту обмотки и недостижимую для трехфазных моделей энергоэффективность. Работу действующего образца можно увидеть в Ютуб по адресу https://youtu.be/mQabvzlQlUQ.

Claims

Полифазный асинхронный электрический двигатель, содержащий статор и ротор с короткозамкнутой обмоткой типа «беличья клетка», в пазах статора уложены две и более фазосмещённых между собой трёхфазных групп обмоток, которые не имеют между собой гальванической связи, и электрически изолированы друг от друга, отличающийся тем, что ротор выполнен с числом стержней беличьей клетки, отличающимся от числа пазов статора на число пар его полюсов в меньшую сторону.