Трехфазный асинхронный электрический двигатель



Трехфазный асинхронный электрический двигатель
Трехфазный асинхронный электрический двигатель
Трехфазный асинхронный электрический двигатель
Трехфазный асинхронный электрический двигатель

 


Владельцы патента RU 2478249:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области электротехники, а именно к асинхронным трехфазным двигателям, осуществляющим преобразование электрической энергии переменного тока в механическую энергию. Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, состоит в повышении коэффициента мощности трехфазного асинхронного электрического двигателя. Указанный технический результат достигается тем, что в трехфазном асинхронном электрическом двигателе, состоящем из статора, включающего корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, и трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°, ротора, размещенного внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему, и подшипниковых щитов, закрепленных к корпусу статора, в которых установлен вал ротора, согласно изобретению, статор содержит дополнительную компенсирующую трехфазную обмотку, уложенную в пазы сердечника и состоящую из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°, при этом дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки, образующие ее однофазные обмотки соединены в схему «звезда», а начала фаз подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами. 4 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к асинхронным трехфазным двигателям, осуществляющим преобразование электрической энергии переменного тока в механическую энергию.

Известны синхронные трехфазные электрические двигатели. Основными конструктивными частями таких двигателей являются статор и ротор. Статор представляет собой полый стальной шихтованный сердечник, укрепленный в корпусе и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, в которых размещены обмотки трех фаз с одинаковыми параметрами. Оси обмоток фаз сдвинуты в пространстве на 120°. Обмотки фаз соединены в схему «звезда» или схему «треугольник» и подключены к питающей сети трехфазного переменного напряжения. Ротор двигателя установлен внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему. Он содержит стальной сердечник, обмотку возбуждения и два контактных кольца, установленных на валу и электрически соединенных с зажимами обмотки возбуждения. С контактными кольцами сопряжены размещенные в щеткодержателях медно-графитовые щетки, через которые обмотка возбуждения подключена к источнику постоянного тока (Брускин Д.Э. Электрические машины и микромашины. Учебное пособие для приборостроительных специальностей вузов. М., Высшая школа, 1971, с.257-263).

Недостатками известных синхронных двигателей являются трудности при их запуске из неподвижного состояния и большие по величине токи, которые они потребляют из питающей сети трехфазного переменного напряжения в этом режиме. Большие пусковые токи являются причиной значительной посадки напряжения в сети, что негативно сказывается на работе потребителей электрической энергии. Кроме того, номинальные мощности синхронных двигателей характеризуются величинами в сотни и тысячи киловатт, что ограничивает область их практического применения электроприводами большой мощности. К числу недостатков следует отнести и наличие скользящего контакта между контактными кольцами и щетками, а также необходимость использования источника постоянного тока.

Известны также трехфазные асинхронные электрические двигатели с различным конструктивным исполнением ротора (Копылов И.П. Электрические машины. Учебник для вузов. М., Энергоатомиздат, 1986, с.154-162).

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, состоящий из статора, ротора и двух подшипниковых щитов. Статор содержит корпус, изнутри к которому прикреплен полый сердечник, набранный из отдельных листов стали, с пазами на внутренней поверхности. В пазах размещена трехфазная сетевая обмотка, состоящая из трех, с одинаковыми параметрами, однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°. Однофазные обмотки соединены между собой в схему «звезда» или в схему «треугольник». Начала трехфазной обмотки выведены в коробку выводов, где осуществляется их подключение к питающей сети трехфазного переменного напряжения. Ротор установлен внутри статора с воздушным зазором по отношению к нему. Конструктивно ротор представляет собой полый стальной шихтованный цилиндр, насаженный на вал, имеющий на наружной поверхности пазы, в которых размещена короткозамкнутая обмотка. Вал ротора установлен в подшипниках подшипниковых щитов. Подшипниковые щиты закреплены к корпусу статора и предназначены для поддержания неизменным воздушного зазора между статором и ротором (Пантюшин B.C. Электротехника. Учебное пособие для вузов. Издание 2-е переработанное и дополненное. М., Высшая школа, 1976, с.413-415). Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявленным изобретением: статор, включающий корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°; ротор, размещенный внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему; подшипниковые щиты, закрепленные к корпусу статора, в которых установлен вал ротора.

К недостаткам известных трехфазных асинхронных электродвигателей следует отнести низкие значения коэффициента мощности. Особенно этот недостаток присущ асинхронным двигателям малой мощности, тихоходным асинхронным электродвигателям малой и средней мощности, а также всем асинхронным двигателям, работающим с малым коэффициентом загрузки и в режиме холостого хода. Причиной отмеченного недостатка является потребление из питающей сети реактивной мощности и реактивного намагничивающего тока, необходимого для создания в двигателе переменного магнитного поля. Реактивный намагничивающий ток, проходя по элементам системы производства, передачи, распределения и преобразования электрической энергии, вплоть до самого асинхронного электродвигателя, обуславливает дополнительную загрузку токоведущих частей, ограничивает их пропускную способность, вызывает рост потерь напряжения и мощности, приводит к ухудшению показателей качества электрической энергии и рабочих характеристик.

Задачей изобретения является повышение коэффициента мощности трехфазного асинхронного электрического двигателя.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном трехфазном асинхронном электрическом двигателе, состоящем из статора, включающего корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, и трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°, ротора, размещенного внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему, и подшипниковых щитов, закрепленных к корпусу статора, в которых установлен вал ротора, статор содержит дополнительную компенсирующую трехфазную обмотку, уложенную в пазы сердечника и состоящую из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°, при этом дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки, образующие ее однофазные обмотки соединены в схему «звезда», а начала фаз подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами.

Отличительные признаки предлагаемого устройства от прототипа - наличие дополнительной компенсирующей трехфазной обмотки, уложенной в пазы сердечника статора и состоящей из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°; дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки; однофазные обмотки, образующие дополнительную компенсирующую обмотку, соединены в схему «звезда»; начала фаз дополнительной компенсирующей трехфазной обмотки подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами.

Отличительные признаки в сочетании с известными позволяют разработать трехфазный асинхронный электродвигатель, магнитное поле в котором создается током контура, образованного дополнительной компенсирующей трехфазной обмоткой и подключенными к ней конденсаторами. Из питающей электрической сети намагничивающий реактивный ток практически не потребляется. Благодаря этому достигается заявленный технический результат: повышение коэффициента мощности трехфазного асинхронного электрического двигателя.

Изобретенный трехфазный асинхронный электродвигатель, по сравнению с известным, позволяет разгрузить от реактивного намагничивающего тока генераторы электрических станций, трансформаторы повышающих и понижающих подстанций, линии электропередач, распределительные электрические сети и другие элементы систем электроснабжения. Это приводит к увеличению пропускной способности элементов систем электроснабжения, уменьшению потерь электрической энергии и напряжения, улучшению показателей качества электрической энергии и рабочих характеристик потребителей.

Сущность изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 изображен схематический вид трехфазного асинхронного электродвигателя.

На фиг.2 - электрическая схема подключения сетевой обмотки.

На фиг.3 - электрическая схема соединения дополнительной компенсирующей трехфазной обмотки с конденсаторами.

На фиг.4 приведены экспериментальные зависимости тока I1 сетевой обмотки и коэффициента мощности cosφ от полезной мощности Р2, где сплошными линиями показаны зависимости, полученные при исследовании серийного трехфазного асинхронного двигателя типа 4А80А4У3, пунктирными линиями - те же зависимости для опытного образца заявляемого двигателя, созданного на базе серийного двигателя типа 4А80А4У3.

Трехфазный асинхронный электрический двигатель (фиг.1) содержит статор, включающий корпус 1, изнутри к которому прикреплен шихтованный из листов стали сердечник 2 с пазами 3 на внутренней поверхности. В пазах 3 размещены сетевая трехфазная обмотка 4 и дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка 5. Сетевая трехфазная обмотка 4 является симметричной, состоит из трех идентичных однофазных обмоток А-Х; В-Y; C-Z (фиг.2), оси фаз сдвинуты в пространстве на 120°. Фазы сетевой обмотки 4 включены в схему «звезда», что достигается соединением в общую точку концов фаз X, Y, Z. Возможно также соединение фаз сетевой обмотки 4 в схему «треугольник». Начала фаз А, В, С сетевой обмотки 4 подключены к питающей сети трехфазного переменного напряжения. Дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка 5 изолирована от сетевой трехфазной обмотки 4 и содержит три идентичных (с одинаковыми параметрами) однофазных обмотки АДД; ВД-YД; СД-ZД (фиг.3), оси которых смещены в пространстве на 120°. Электрические параметры обмоток фаз сетевой обмотки 4 и дополнительной компенсирующей обмотки 5 отличаются друг от друга. Однофазные обмотки, образующие дополнительную компенсирующую обмотку 5, соединены в схему «звезда» и подключены к конденсаторам 6, соединенным в схему «треугольник». Конденсаторы 6 размещены на статоре, например в коробке выводов начал и концов фаз сетевой 4 и дополнительной компенсирующей 5 обмоток (на фиг.1 коробка выводов не показана). В ряде случаев целесообразным может оказаться размещение конденсаторов 6 за пределами двигателя. Такое техническое решение может быть использовано в высоковольтных асинхронных двигателях. Ротор асинхронного двигателя расположен внутри статора и содержит стальной сердечник 7 и короткозамкнутую обмотку 8, выполненную по типу «беличьей клетки». Сердечник 7 ротора закреплен на валу 9. Ротор отделен от статора воздушным зазором 10, поддержание величины которого осуществляется с помощью подшипниковых щитов (на фиг.1 не показаны), закрепленных к корпусу 1 статора. В подшипниковых щитах установлен вал 9 ротора.

Работа заявляемого асинхронного трехфазного двигателя осуществляется следующим образом.

При подключении сетевой трехфазной обмотки 4 к питающей сети трехфазного переменного напряжения в ней возникает ток, создающий в воздушном зазоре 10 вращающееся магнитное поле. Это поле индуктирует в дополнительной компенсирующей трехфазной обмотке 5 электродвижущую силу, под действием которой в электрической цепи, образованной дополнительной компенсирующей трехфазной обмоткой 5 и конденсаторами 6, возникает ток, имеющий в основном реактивную намагничивающую составляющую. Данная составляющая тока возбуждает в воздушном зазоре 10 вращающееся переменное магнитное поле, силовые линии которого совпадают по направлению с силовыми линиями вращающегося магнитного поля сетевой трехфазной обмотки 4. Следствием этого, при постоянной величине питающего напряжения, является уменьшение реактивной составляющей тока, потребляемого сетевой трехфазной обмоткой 4 из питающей сети, а следовательно, и в целом тока сетевой обмотки 4.

Экспериментальные зависимости тока I1 фаз сетевой обмотки 4 и коэффициента мощности cosφ асинхронного трехфазного двигателя от полезной мощности Р2 приведены на фиг.4. Опытный образец заявляемого двигателя создан на базе серийного трехфазного асинхронного двигателя типа 4А80А4У3. Для этого заводская сетевая трехфазная обмотка статора, выполненная проводом марки ПЭТВ 0,67/0,73 мм, была изъята из пазов и вместо нее в свободные пазы были уложены две трехфазные обмотки: сетевая и дополнительная компенсационная. Количество витков в фазах сетевой обмотки и ее схема были сохранены; изменилось лишь сечение провода, в качестве которого принимался провод марки ПЭТВ-2 ТУ 16-705.110-79 с изоляцией по типу 1 диаметром 0,53/0,576 мм. Дополнительная компенсационная трехфазная обмотка имела схему, аналогичную сетевой трехфазной обмотке, и выполнялась проводом марки ПЭТВ-2 ТУ 16-705.110-79 с изоляцией по типу 1 диаметром 0,9/0,959 мм. Число проводников компенсационной трехфазной обмотки в пазу равнялось 13.

Анализ зависимостей показывает, что в режиме холостого хода серийный двигатель потребляет из питающей сети ток 2,3 А, а опытный образец заявляемого двигателя - ток, величина которого составляет 0,8 А. С ростом нагрузки ток в сетевых обмотках двигателей возрастает за счет увеличения активной составляющей тока. Коэффициент мощности серийного двигателя в режиме холостого хода равен 0,2, а у опытного образца - 0,9. По мере увеличения нагрузки на валу двигателей коэффициент мощности увеличивается. Однако у серийного двигателя при мощности Р2, равной 670 Вт, коэффициент мощности равен 0,57, а у опытного образца заявляемого двигателя этот показатель при той же нагрузке составляет 0,97.

Изобретенный трехфазный асинхронный электродвигатель характеризуется высоким значением коэффициента мощности и меньшими значениями токов, потребляемых из питающей сети, что позволяет широко использовать его в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте, в коммунальном хозяйстве, в быту и т.д. Положительный эффект от применения изобретения заключается в снижении токовой нагрузки генераторов электрических станций, повышающих и понижающих трансформаторов, проводов воздушных линий электропередач, кабелей заводских и цеховых распределительных сетей, сетевых обмоток самих асинхронных электродвигателей и становится особо значимым в условиях производства и дальнейшей эксплуатации десятков миллионов трехфазных асинхронных электродвигателей.

Трехфазный асинхронный электрический двигатель, состоящий из статора, включающего корпус, полый стальной шихтованный сердечник, закрепленный изнутри к корпусу и несущий на внутренней цилиндрической поверхности пазы, и трехфазную сетевую обмотку, уложенную в пазы шихтованного сердечника и выполненную в виде трех однофазных обмоток с одинаковыми параметрами и пространственным сдвигом осей в 120°, ротора, размещенного внутри сердечника статора с воздушным зазором по отношению к нему, и подшипниковых щитов, закрепленных к корпусу статора, в которых установлен вал ротора, отличающийся тем, что статор содержит дополнительную компенсирующую трехфазную обмотку, уложенную в пазы сердечника и состоящую из трех с одинаковыми параметрами однофазных обмоток, оси которых смещены в пространстве на 120°, при этом дополнительная компенсирующая трехфазная обмотка изолирована от сетевой трехфазной обмотки, образующие ее однофазные обмотки соединены в схему «звезда», а начала фаз подключены к соединенным в схему «треугольник» конденсаторам, установленным на двигателе или за его пределами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления высоковольтных вводов. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в машинах переменного тока, одно- или многофазных электродвигателях, синхронных генераторах. .

Изобретение относится к электротехнике и к электромашиностроению и может быть использовано в асинхронных и синхронных машинах. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к производству, распределению и преобразованию энергии, в частности к преобразованию электрической энергии в механическую посредством асинхронных двигателей с компенсированной обмоткой для улучшения коэффициента мощности последних.

Изобретение относится к самокомпенсированным асинхронным электродвигателям. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к низкооборотным электрическим двигателям и поворотным трансформаторам. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при конструировании асинхронных электрических двигателей, питаемых от преобразователей частоты.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам и электроприводу. .

Изобретение относится к двухфазному асинхронному сварочному генератору и может быть использовано в устройствах для ручной дуговой электросварки. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к асинхронным машинам со статором и короткозамкнутым ротором с беличьей клеткой. .

Изобретение относится к области электромашиностроения. .

Изобретение относится к области электромашиностроения. .

Изобретение относится к области электромашиностроения. .

Изобретение относится к области электромашиностроения. .

Изобретение относится к области электромашиностроения. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в любой промышленности и на транспорте, а также при создании объектов, к которым предъявляются высокие требования относительно уровня шумов и вибраций. Техническим результатом является снижение уровня акустических шумов и вибраций асинхронного двигателя, вызываемые электромагнитными силами. Малошумный асинхронный двигатель включает в себя две взаимозависимые совмещенные 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 угол в 30 эл. градусов. 7 ил.
Наверх