Способ пуска асинхронного двигателя

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.

 

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)

$$R_p=\frac{Z{k}_{об}}{2\pi p}=\frac{72\cdot \mathrm{0,80}}{2\cdot \mathrm{3,1416}\cdot 1}=\mathrm{9,1648}$$

полярный момент инерции пазовых точек диаграммы Гергеса

$$\begin{array}{l}{R}_d^2=[2({10}^2+1^2-2\cdot 10\cdot 1\cdot \cos 120°)+2(7^2+1^2-2\cdot 7\cdot 1\cdot \cos 120°)+\\ +2(5^2+5^2-2\cdot 5\cdot 5\cdot \cos 120°)+2(7^2+4^2-2\cdot 7\cdot 4\cdot \cos 120°)+\\ +2(9^2+3^2-2\cdot 9\cdot 3\cdot \cos 120°)+2(3^2+6^2-2\cdot 3\cdot 6\cdot \cos 120°)]/12=\\ =(222+114+150+186+234+126)/12=86\end{array}$$

и значение коэффициента дифференциального рассеяния

$${\tau }_{\partial }=\frac{R_{\partial }^2}{R_{р}^2}-1=\frac{86}{{\mathrm{9,1648}}^{{}_2}}-1=\mathrm{0,024}$$ .

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:

$$R_p=\frac{Z{k}_{об}}{2\pi p}=\frac{72\cdot \mathrm{0,924}}{2\cdot \mathrm{3,1416}\cdot 1}=\mathrm{10,5832}$$ ;

$$\begin{array}{l}{R}_d^2=[2(7^2+5^2-2\cdot 7\cdot 5\cdot \cos 120°)+2(9^2+3^2-2\cdot 9\cdot 3\cdot \cos 120°)+\\ +2({10}^2+1^2-2\cdot 10\cdot 1\cdot \cos 120°)]/6=\mathrm{112,3333}\end{array}$$ ;

$${\tau }_{\partial 0}=\frac{R_{\partial }^2}{R_{р}^2}-1=\frac{\mathrm{112,3333}}{{\mathrm{10,5832}}^2}-1=\mathrm{0,00294}$$ .

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:

$$\frac{w_{\Delta }}{w_{YY}}=\frac{U_{\Delta }{k}_{обYY}{Ф}_{YY}}{U_{YY}{k}_{об\Delta }{Ф}_{\Delta }}=\frac{380\cdot \mathrm{0,924}\cdot {Ф}_{YY}}{220\cdot \mathrm{0,80}\cdot {Ф}_{\Delta }}=2$$ ;

$$\frac{{Ф}_{\Delta }}{{Ф}_{YY}}=1$$ ;

$$\frac{B_{\delta \Delta }}{B_{\delta YY}}=1$$ .

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.