Результат интеллектуальной деятельности: Способ пуска асинхронного двигателя

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при производстве асинхронных двигателей.

Известен способ пуска асинхронного двигателя переключением статорной обмотки со звезды на треугольник - Y/Δ (Вольдек А. Электрические машины. Л.: Энергия, 1978. С. 570, рис. 28.1 г). При переключении пусковой ток и пусковой момент уменьшаются в три раза.

Недостаток способа в разрыве цепи питания двигателя и относительно сложной схеме переключения статорной обмотки со звезды на треугольник.

Известен способ пуска асинхронного двигателя переключением статорной обмотки с треугольника на две звезды - Δ/YY без разрыва цепи питания и без изменения пар полюсов (патент RU 2516255, опубл. 27.11.2013). Снижение пускового тока двигателя происходит за счет изменения ширины фазной зоны статорной обмотки со 120⁰ эл. (Δ) на 60⁰ эл. (YY) без разрыва цепи питания. Патент RU 2516255 принимаем за прототип изобретения.

Недостаток способа в значительном отрицательном действии четных высших гармоник на пуск двигателя по схеме Δ.

Техническим результатом изобретения является снижение пускового тока асинхронного двигателя без разрыва цепи питания и без отрицательного действия высших гармоник на пуск двигателя.

Поставленная цель достигается тем, что в способе пуска асинхронного двигателя переключением статорной обмотки без разрыва цепи питания и без изменения пар полюсов для исключения влияния высших гармоник на пуск двигателя включается одна из двух раздельных частей трехфазной статорной обмотки по схеме Y с последующим после разбега двигателя подключением другой части по схеме Δ. Для этого статорная обмотка выполнена из двух частей с соединением одной части в звезду (Y), другой в треугольник (Δ) с расположением в одних и тех же пазах статора.

На фигуре 1 показана схема двухполюсной обмотки, на фигуре 2 - схема соединения катушечных групп частей обмотки, на фигуре 3 - схема токов и гармонический состав МДС каждой их двух частей трехфазной обмотки (стороны катушек фазы U обозначены квадратами, фазы V - треугольниками, фазы W - кругами), на фигуре 4 - схема включения в сеть частей обмотки, на фигуре 5 - вид токов и моментов при пуске двигателя, на фигуре 6 - схема четырехполюсной обмотки.

Согласно фигурам 1-3 статорная обмотка содержит 18 катушечных групп. Нечетные катушечные группы соединены в треугольник, четные соединены в звезду. Соотношение витков в катушках звезды и треугольника 1/1,73. Катушечные группы обеих частей уложены в одни и те же пазы статора. Расположение сторон катушек каждой части в пазах эквивалентно расположению сторон катушек однослойной двухполюсной обмотки максимального распределения, следовательно, магнитодвижущая сила (МДС) каждой части и обмотки в целом не содержит заметных амплитуд высших гармоник.

Согласно фигуре 4 в сеть включаются выводы U1, V1, W1 (Y) с последующим подключением к ним после разбега двигателя выводов U, V, W(Δ).

Согласно фигуре 5 при включении в сеть частей обмотки по схеме Y+Δ из провода одинакового сечения соотношение пусковых токов ≈2/3 и моментов ≈(2/3)². Данные на фигуре 5 соответствуют приведенному ниже расчету.

Расчет пусковых токов и моментов двигателя с переключением Y+Δ на базе 4А112М2. В катушке в части треугольника 31 виток, в катушке в части звезды 18 витков. Провод диаметром 0,95 мм. Активное сопротивление частей обмотки R_1Y=2,3 Ом и R_1Δ=4 Ом. При преобразовании треугольника в эквивалентную звезду R_1Yэ=1,33 Ом. Активное сопротивление обмотки при включении по схеме Y+Δ составляет R_1Y+1Yэ=R₁=0,835 Ом. Другие параметры соответствуют серийному двигателю 4А112М2: индуктивное сопротивление статорной обмотки х₁=1,0 Ом, приведенное индуктивное сопротивление роторной обмотки x₂=1,35 Ом; приведенное активное сопротивление роторной обмотки R₂=0,42 Ом (Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская – М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.). Согласно параметрам при пуске того же справочника активное сопротивление роторной обмотки уменьшается по закону (1+0,22s), а индуктивное сопротивление короткого замыкания увеличивается по закону (1-0,36s), где s - скольжение. Токи и моменты двигателя в процессе пуска:

;

.

Таким образом, способ пуска асинхронного двигателя переключением статорной обмотки по схеме Y+Δ с расположением частей в одних тех же пазах является простейшим в реализации, осуществляется без разрыва цепи питания и без изменения пар полюсов. МДС частей обмотки и обмотки в целом не содержит заметных амплитуд высших гармоник. При одинаковом сечении провода снижение пускового тока составляет практически 33%, что подтверждается осциллограммами пусковых токов двигателя при предлагаемом способе пуска.

Согласно фигуре 6 четырехполюсная статорная обмотка из 24 однотипных катушечных групп с выводами U1, V1, W1 от части звезды и с выводами U, V, W от части треугольника при включении в сеть по схеме Y+Δ будет характеризовать двигатель практически тем же соотношением пусковых токов и качеством гармонического состава МДС, что и двигатель с двухполюсной обмоткой.

Очевидно, что изменением сечения проводов в частях обмотки можно влиять на степень снижения пускового тока.