способ пуска асинхронного двигателя
Классы МПК: | H02P1/26 одиночных многофазных асинхронных двигателей H02K17/14 с обмотками, допускающими переключение полюсов |
Автор(ы): | Богатырев Николай Иванович (RU), Ванурин Владимир Николаевич (RU), Вронский Олег Викторович (RU), Громыко Дмитрий Васильевич (RU), Баракин Николай Сергеевич (RU), Архипов Александр Николаевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2012-05-23 публикация патента:
20.05.2014 |
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при производстве асинхронных двигателей с пониженным пусковым током. Технический результат - снижение пускового тока путем предварительного включения обмотки в сеть по схеме треугольника с последующим переключением на две звезды, при этом переключение осуществляется без изменения числа пар полюсов статорной обмотки и без разрыва соединений фазных обмоток. Данный технический результат достигается как за счет самой схемы соединений, так и за счет увеличения индуктивного сопротивления статорной обмотки при соединении фаз в треугольник. Предлагается способ пуска асинхронного двигателя путем переключения трехфазной статорной обмотки, при осуществлении которого, согласно данному изобретению, 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, при этом осуществляют изменение ширины фазной зоны со 120 электрических градусов на 60 электрических градусов посредством переключения обмоток с треугольника на две звезды с образованием нулевой точки от середины треугольника без изменения числа полюсов и без разрыва соединений фазных обмоток. 7 ил., 1 табл.
Формула изобретения
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.
Описание изобретения к патенту
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( )/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 kоб =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 (таблица 1) не оказывают заметного отрицательного действия на пуск двигателя.
Таблица 1 | |||||||||
Относительные амплитуды гармоник МДС | |||||||||
1 | 2 | 4 | 5 | 7 | 8 | 10 | 11 | 13 | |
Fm /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 Rp основной гармоники МДС при условных Z=72 сторонах катушек (р - число пар полюсов)
полярный момент инерции пазовых точек диаграммы Гергеса
и значение коэффициента дифференциального рассеяния
.
Согласно фигуре 3 ширина фазной зоны равной 60° (kобYY=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:
;
.
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 (U - фазное напряжение) при переключении обмотки с треугольника на две звезды определяется:
;
.
При переключении пусковой ток уменьшается в 1,73/2 раза за счет самой схемы /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 /YY является простейшим в реализации, осуществляется без изменения числа пар полюсов статорной обмотки и без разрыва соединений фазных обмоток.
Класс H02P1/26 одиночных многофазных асинхронных двигателей
Класс H02K17/14 с обмотками, допускающими переключение полюсов