Трёхфазный асинхронный электрический двигатель

Изобретение относится к области электротехники, а именно к трехфазным асинхронным электрическим двигателям. Технический результат – улучшение качества напряжения в питающей сети, рабочих и эксплуатационных характеристик потребителей электрической энергии. Трехфазный асинхронный электрический двигатель содержит статор, состоящий из корпуса, полого стального шихтованного цилиндрического сердечника с пазами на внутренней поверхности, прикрепленного изнутри к корпусу, несущего в пазах сетевую и компенсационную обмотки, изолированные друг относительно друга, ротор, установленный внутри стального сердечника статора с равномерным воздушным зазором, выполненный в виде стального полого цилиндрического сердечника, насаженного на вал и несущего на наружной поверхности пазы с обмоткой, два подшипниковых щита, закрепленных на торцах статора, в которых установлен вал ротора с напрессованными на вал подшипниками, и емкостные элементы, подключенные к началам фаз компенсационной обмотки. В качестве емкостных элементов использованы емкостные элементы с нелинейной зависимостью емкости от величины напряжения на их обкладках, например вариконды. 4 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к трехфазным асинхронным электрическим двигателям, в которых осуществляется внутренняя компенсация реактивной мощности.

Известно, что основную электрическую нагрузку промышленных, сельскохозяйственных, коммунальных предприятий составляют трехфазные асинхронные электрические двигатели, которые используются в качестве привода широкого класса производственных машин и механизмов.

Известна конструкция трехфазного асинхронного электрического двигателя, в которой основными частями являются статор и ротор [1]. Статор двигателя содержит корпус, к которому изнутри закреплен полый цилиндрический сердечник, набранный из пластин стали, и несущий пазы на внутренней поверхности. В пазах статора размещаются обмотки трех фаз, оси которых смещены в пространстве на 120 градусов. Обмотки отдельных фаз соединяются между собой в схему «звезда» или схему «треугольник».

Ротор содержит полый шихтованный цилиндрический стальной сердечник, внешний диаметр которого меньше внутреннего диаметра сердечника статора. На наружной поверхности сердечника ротора выполнены пазы, в которых размещается обмотка, выполненная по типу «беличьей клетки» или в виде совокупности трех фазных обмоток со смещением осей обмоток фаз в пространстве на 120 градусов. Сердечник ротора закрепляется на валу. На вал напрессовываются подшипники. Ротор устанавливается внутри статора с равномерным воздушным зазором, для поддержания которого используются подшипниковые щиты. Щиты опираются на подшипники и закрепляются к корпусу статора по его торцам.

В асинхронных двигателях преобразование электрической энергии трехфазного переменного тока в механическую энергию осуществляется посредством вращающегося магнитного поля. Это поле возбуждается намагничивающими токами, потребляемыми из питающей сети обмотками фаз статора. Прохождение намагничивающих токов по токоведущим частям элементов питающей электрической сети и передача реактивной мощности, связанной с ними, обуславливают потери напряжения и мощности в сопротивлениях элементов. Это негативно сказывается на качестве напряжения в сети, КПД системы производства и передачи электрической энергии, рабочих, энергетических и эксплуатационных характеристиках потребителей. Негативное влияние намагничивающих токов на качество напряжения в сети особенно существенно в режимах, для которых характерна посадка напряжения, например при запуске в работу асинхронных и синхронных двигателей, аварийном отключении источников, коротких замыканиях, перегрузках. Посадка напряжения в указанных режимах сопровождается уменьшением магнитного потока в зазоре асинхронных двигателей, вследствие чего снижается вращающий момент на валу, увеличивается скольжение, токи и потери. В ряде случаев посадка напряжения может повлечь остановку работающих двигателей. Из-за посадки напряжения существенно ухудшается работа приборов освещения и т.д.

Известны также трехфазные асинхронные двигатели, работа которых осуществляется практически без потребления намагничивающего тока из питающей сети переменного напряжения [2, 3].

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому двигателю является трехфазный асинхронный электрический двигатель с внутренней компенсацией реактивной мощности, конструкция которого защищена патентом России №2478249 [3]. Асинхронный двигатель содержит статор, ротор, два подшипниковых щита и конденсаторы.

Статор двигателя представляет корпус, к которому изнутри крепится полый стальной шихтованный цилиндрический сердечник с пазами на внутренней поверхности, в которых размещаются секции двух трехфазных обмоток. Одна из обмоток является сетевой и подключается к питающей сети трехфазного переменного напряжения. Вторая обмотка является компенсационной. Компенсационная обмотка изолирована от сетевой обмотки. Соединение фаз сетевой и компенсационной обмоток может осуществляться по схеме «звезда» или схеме «треугольник». Ротор устанавливается внутри статора с равномерным воздушным зазором и представляет конструктивно полый стальной цилиндрический сердечник, закрепленный на валу. На наружной поверхности сердечника ротора выполнены пазы, в которых размещается обмотка ротора. На валу ротора напрессованы подшипники. Подшипниковые щиты опираются на подшипники и закреплены к корпусу статора на его торцевых поверхностях. Конденсаторы, которые размещаются, например, в коробке для выводов обмоток статора, подключаются к началам фаз компенсационной обмотки. Емкость конденсаторов постоянна и не зависит от величины напряжения на их обкладках.

Асинхронные электрические двигатели [3] при соответствующем выборе величины емкости конденсаторов работают с коэффициентом мощности, значение которого равно или близко к единице. При этом из питающей сети трехфазного переменного напряжения намагничивающий ток не потребляется.

Недостатком трехфазных асинхронных электрических двигателей, конструкция которых описана в [3], является низкая эффективность цепи компенсационной обмотки, особенно в режимах работы сети, для которых характерна посадка напряжения (пуск синхронных и асинхронных двигателей, аварийные отключения параллельно работающих источников, короткие замыкания, перегрузка). Данный недостаток объясняется тем, что при посадке напряжения в питающей сети, независимо от причины, по которой она произошла, происходит уменьшение магнитного потока в зазоре асинхронных двигателей. Это приводит к уменьшению электродвижущей силы в фазах компенсационной обмотки. Так как емкость и емкостное сопротивление конденсаторов являются постоянными и не зависят от величины напряжения на обкладках, то уменьшение величины электродвижущей силы в фазах компенсационной обмотки обуславливает уменьшение в них намагничивающего тока до значения, при котором в сетевой обмотке устанавливается соответствие напряжения в сети, противо-ЭДС и падения напряжения. В ряде случаев может оказаться, что величина намагничивающего тока в компенсационной обмотке недостаточна для обеспечения указанного выше соответствия, что приведет к потреблению намагничивающего тока сетевой обмоткой. Генерация намагничивающего тока в питающую сеть отсутствует, что не позволяет увеличить напряжение в питающей сети, следовательно, и улучшить рабочие и эксплуатационные характеристики потребителей электрической энергии, в частности асинхронных двигателей.

Задачей изобретения является повышение эффективности цепи компенсационной обмотки в режимах, при которых наблюдается посадка напряжения в питающей сети, улучшение за счет этого качества напряжения в питающей сети, рабочих и эксплуатационных характеристик потребителей электрической энергии.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в трехфазном асинхронном электрическом двигателе, содержащем статор, ротор, два подшипниковых щита и емкостные элементы, где статор выполнен в виде корпуса, к которому изнутри закреплен полый стальной шихтованный цилиндрический сердечник с пазами на внутренней поверхности, в которых размещены трехфазная сетевая и трехфазная компенсационная обмотки, изолированные друг от друга, где ротор установлен внутри статора с равномерным воздушным зазором и представляет собой посаженный на вал стальной цилиндрический сердечник с пазами на наружной поверхности, в которых размещена обмотка ротора, где подшипниковые щиты установлены в подшипниках, напрессованных на вал ротора, и закреплены к корпусу статора по его торцам, а емкостные элементы размещены, например в коробке для выводов обмоток статора, и подключены к началам фаз компенсационной обмотки, в качестве емкостных элементов применены емкостные элементы с нелинейной зависимостью емкости от величины напряжения на их обкладках, например вариконды.

Заявляемый двигатель в схематичном виде изображен на фиг. 1. На фиг. 2, 3 приведены схемы электрических соединений обмоток фаз статора и емкостных элементов, а на фиг. 4 - зависимость емкости вариконда от величины напряжения, приложенного к его обкладкам.

Двигатель (фиг. 1) содержит корпус статора 1, к которому изнутри закреплен, например, с помощью соединения «ласточкин хвост», полый стальной шихтованный цилиндрический сердечник 2 с пазами 3 на внутренней поверхности. В пазах 3, количество которых в общем случае кратно шести, размещаются секции трехфазной сетевой обмотки 4 и секции трехфазной компенсационной обмотки 5. Фазы С14, С25, С36 сетевой обмотки 4 соединены в схему «звезда» (фиг. 2). Начала фаз C1, С2, С3 сетевой обмотки 4 подключены в питающую сеть трехфазного переменного напряжения. Фазы Cк1-Cк4, Ск2к5, Ск3-Ск6 компенсационной обмотки 5 также соединены в схему «звезда» (фиг. 3). Начала фаз Ск1, Ск2, Ск3 компенсационной обмотки 5 подключены к емкостным нелинейным элементам 6, которые соединены в схему «треугольник». Ротор установлен внутри статора с равномерным воздушным зазором 7 и представляет полый стальной цилиндрический сердечник 8 с пазами 9 на наружной поверхности. В пазах 9 размещается обмотка ротора 10. Через центральное отверстие 11 сердечника 8 проходит вал ротора, на который напрессованы подшипники. Подшипники установлены в подшипниковых щитах, закрепленных по торцам корпуса статора (вал ротора, подшипники и подшипниковые щиты на фиг. 1 не показаны).

Работа предлагаемого асинхронного двигателя осуществляется следующим образом.

При номинальном напряжении в питающей сети магнитный поток в зазоре двигателя также является номинальным и возбуждается намагничивающим током компенсационной обмотки 5. Выбором параметров нелинейных емкостных элементов 6 достигается режим работы, при котором намагничивающий ток в сетевой обмотке 4 равен или близок к нулю, а коэффициент мощности двигателя равен или близок к единице.

При возникновении посадки напряжения в питающей электрической сети, вызванной включением в работу синхронных или асинхронных двигателей, аварийными отключениями одного или нескольких параллельно работающих источников, короткими замыканиями, перегрузками, происходит уменьшение магнитного потока в зазоре 7 двигателя, вследствие чего уменьшается электродвижущая сила, наводимая в фазах компенсационной обмотки 5. Однако величина намагничивающего тока в компенсационной обмотке 5 не только не уменьшается, а наоборот возрастает. Объясняется это тем, что с уменьшением напряжения на обкладках нелинейных емкостных элементов 6 существенно возрастает величина их емкости (фиг. 4), вследствие чего происходит уменьшение емкостного сопротивления. Рост величины намагничивающего тока в компенсационной обмотке 5 обуславливает генерацию реактивной мощности в питающую сеть трехфазного переменного напряжения, увеличение напряжения в сети, улучшение рабочих и эксплуатационных характеристик потребителей.

Изобретение рекомендуется к использованию предприятиями электромашиностроительной отрасли для серийного производства высокоэффективных энергосберегающих асинхронных электрических двигателей, генерирующих реактивную мощность в питающую сеть в режимах, для которых характерна посадка или значительные потери величины напряжения.

Источники информации

1. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин Ю.Н. Электротехника. Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 402-404, рис. 10.1, 10.3, 10.4.

2. Патент России №2422967, МПК H02J 3/18. Опубликовано 27.06.2011, бюл. №18.

3. Патент России №2478249, МПК H02K 17/28, H02K 17/12. Опубликовано 27.03.2013, бюл. №9.

Трехфазный асинхронный электрический двигатель, содержащий статор, состоящий из корпуса, полого стального шихтованного цилиндрического сердечника с пазами на внутренней поверхности, укрепленного изнутри к корпусу, несущего в пазах сетевую и компенсационную обмотки, изолированные друг относительно друга, ротор, установленный внутри стального сердечника статора с равномерным воздушным зазором, выполненный в виде стального полого цилиндрического сердечника, насаженного на вал и несущего на наружной поверхности пазы с обмоткой, два подшипниковых щита, закрепленных на торцах статора, в которых установлен вал ротора с напрессованными на вал подшипниками, и емкостные элементы, подключенные к началам фаз компенсационной обмотки, отличающийся тем, что в качестве емкостных элементов применены емкостные элементы с нелинейной зависимостью емкости от величины напряжения на их обкладках, например вариконды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электродвигателям, в частности к подвижным постоянным магнитам и/или немагнитным проводящим шунтирующим частям в роторе для преобразования двигателя из асинхронного индукционного двигателя при запуске в синхронный двигатель.

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в электроприводе. Технический результат заключается в повышении надёжности.

Изобретение относится к области электромеханики. Технический результат: снижение энергопотребления в режиме холостого хода.

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к электрическим машинам переменного тока широкого применения. .

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения регулируемых электрических машин переменного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и электромашиностроения, в частности к регулируемым электрическим машинам переменного тока. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в погружных электродвигателях. .

Изобретение относится к области электротехники, а именно к асинхронным двигателям. .

Изобретение относится к тяговым электроприводам транспортных средств. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электровозам и моторным вагонам. Электропоезд содержит головной и прицепной вагоны с 3-11 тяговыми электродвигателями постоянного или переменного тока мощностью до 500-1800 кВт, питаемыми от контактной сети.

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

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 транспорта и может быть использовано в тяговом приводе трамваев, троллейбусов, электровозов, электромобилей. Техническим результатом является повышение эффективности процесса преобразования частоты, расширение функциональных возможностей, области использования и уменьшение массогабаритных показателей частотного привода. Тяговый электропривод содержит входные зажимы A, B, C для подключения питающей сети постоянного тока, коммутирующие элементы и электродвигатель, включающий ротор, окруженный статором, содержащим трехфазные обмотки. Трехфазные обмотки выполнены с возможностью обеспечения совместно с соответствующими им коммутирующими элементами модулирования параметров электроэнергии постоянного тока питающей сети. Статор имеет три одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль короткозамкнутого ротора. Каждая из частей статора включает две трехфазные обмотки. В каждой из частей начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки и концы фазных обмоток другой трехфазной обмотки подключены к соответствующим входным зажимам A, В и C, а другие выводы каждой из трехфазных обмоток подключены к соответствующему этой трехфазной обмотке коммутирующему элементу. Один из входных зажимов подключен к плюсовому выводу питающей сети, а два других - к минусовому выводу последней. Коммутирующий элемент выполнен в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока. Фазные обмотки трехфазных обмоток одной части статора последовательно подключены соответственно к входным зажимам A, B, C, а фазные обмотки трехфазных обмоток других частей статора последовательно подключены соответственно к входным зажимам B, C, A и C, A, B. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к трехфазным асинхронным электрическим двигателям. Технический результат – улучшение качества напряжения в питающей сети, рабочих и эксплуатационных характеристик потребителей электрической энергии. Трехфазный асинхронный электрический двигатель содержит статор, состоящий из корпуса, полого стального шихтованного цилиндрического сердечника с пазами на внутренней поверхности, прикрепленного изнутри к корпусу, несущего в пазах сетевую и компенсационную обмотки, изолированные друг относительно друга, ротор, установленный внутри стального сердечника статора с равномерным воздушным зазором, выполненный в виде стального полого цилиндрического сердечника, насаженного на вал и несущего на наружной поверхности пазы с обмоткой, два подшипниковых щита, закрепленных на торцах статора, в которых установлен вал ротора с напрессованными на вал подшипниками, и емкостные элементы, подключенные к началам фаз компенсационной обмотки. В качестве емкостных элементов использованы емкостные элементы с нелинейной зависимостью емкости от величины напряжения на их обкладках, например вариконды. 4 ил.

Наверх