Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПУСКА ОДНОФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроинструменте и бытовой технике, например в холодильных компрессорах, имеющих существенную нагрузку на валу в момент пуска.

Известен способ пуска асинхронного электродвигателя (RU 2235410 С1, МПК 7 Н02Р 1/26, опубл. 27.08.2004), включающий подачу напряжения на статорные обмотки электродвигателя первоначально с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети, а затем последовательно во времени, через определенный промежуток времени от начала подачи напряжения, ^π/3 эл. град., при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с электродвигатель отключают от питающей сети и переводят в режим динамического торможения на такое же время, равное ^π/3 эл. град., при частоте сети 50 Гц - 0,0033 с, после чего на обмотки статора вновь подают напряжение с амплитудой, равной амплитуде напряжения сети.

Этот способ обеспечивает ограничение тока и электромагнитного момента при пуске электродвигателя в тех случаях, когда моменты нагрузки на его валу невелики (например, при вентиляторном характере нагрузки).

Известен способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя (Кацман М.М. Справочник по электрическим машинам: Учебное пособие для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - С. 106), заключающийся в подаче переменного напряжения на основную и вспомогательную обмотки статора и отключении вспомогательной обмотки после запуска электродвигателя.

Недостатком этого способа, выбранного в качестве прототипа, является ограничение по величине пускового момента при заданных габаритах электродвигателя, что в ряде случаев приводит к чрезмерно длительному пуску электродвигателя и перегреву его вспомогательной обмотки (например, при снижении величины напряжения питания либо при нештатном увеличении момента нагрузки на валу).

Задачей изобретения является повышение величины пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя.

Предложенный способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя, также как в прототипе, включает подачу переменного напряжения на основную и вспомогательную обмотки статора и отключение вспомогательной обмотки после запуска электродвигателя.

Согласно изобретению одновременно с подачей переменного напряжения на основную и вспомогательную обмотки статора подают или переменное, или постоянное напряжение на дополнительные обмотки статора, которые создают насыщение участков ярма статора в зонах расположения магнитных осей основной обмотки, а затем, после запуска электродвигателя, отключают вспомогательную и дополнительные обмотки статора.

Благодаря подаче напряжения на дополнительные обмотки статора в начале пуска электродвигателя происходит дополнительное подмагничивание участков ярма статора электродвигателя в зонах магнитных осей основной обмотки до состояния насыщения материала магнитопровода. В результате увеличения магнитного сопротивления для магнитного потока поперечной реакции ротора происходит уменьшение индуктивного сопротивления фазы ротора и, соответственно, повышение пускового момента электродвигателя, поскольку момент критический и скольжение критическое при этом возрастают (Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 196). После пуска электродвигателя вспомогательная и дополнительные обмотки отключают, что сопровождается снижением магнитного сопротивления для магнитного потока поперечной реакции ротора до естественного уровня, без эффекта подмагничивания участков ярма статора электродвигателя в зонах магнитных осей основной обмотки. При этом величина критического момента возрастает, а величина критического скольжения уменьшается, что обеспечивает энергетически эффективную работу электродвигателя на рабочем участке механической характеристики.

Таким образом, предлагаемый способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя позволяет повысить пусковой момент, что обеспечивает надежный пуск электродвигателя при наличии нагрузки на валу, близкой по величине к номинальной или даже превышающей ее, а также при снижении напряжения питающей сети относительно номинального значения.

На фиг. 1 приведена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя с дополнительными обмотками, размещенными в закрытых пазах статора, с отображением силовых линий магнитного поля ротора Ф_р', и Ф_рʺ при включенной дополнительной обмотке статора, создающей магнитный поток Ф_до.

На фиг. 2 изображена активная часть однофазного асинхронного электродвигателя с дополнительными обмотками, размещенными в закрытых пазах статора, а также отображены силовые линии магнитного поля ротора Ф_р при отключенной дополнительной обмотке статора.

На фиг. 3 представлены расчетные пусковые механические характеристики для однофазных асинхронных электродвигателей с пусковой обмоткой, где кривая 1 - соответствует электродвигателю, выполненному в соответствии с конструкцией прототипа, кривая 2 - соответствует электродвигателю, выполненному в соответствии с заявленной конструкцией, где М* - момент, отнесенный к номинальному моменту; S - скольжение.

Способ пуска однофазного асинхронного электродвигателя осуществлен для конструкции (фиг. 1), содержащей ротор 1 с валом 2, статор 3 с пазами 4, в которых уложена основная обмотка 6, и с пазами 5, в которых уложена вспомогательная обмотка 7, которая либо имеет большее соотношение активного и индуктивного сопротивлений в сравнении с основной обмоткой 6, либо включена последовательно с конденсатором. В области пазов 5 вспомогательной обмотки 7, расположенных в зонах магнитных осей основной обмотки 6 (магнитные оси совпадают с осью ординат), размещены дополнительные обмотки 8 в сквозных аксиальных пазах 9 статора 3. Магнитные оси дополнительных обмоток 8 направлены радиально и совпадают с вертикальной осью симметрии электродвигателя.

Пуск однофазного асинхронного электродвигателя начинают с включения основной фазы с основной обмоткой 6 и вспомогательной фазы с вспомогательной обмоткой 7 в сеть переменного напряжения, а также с подачи напряжения на дополнительные обмотки 8. Напряжение, подаваемое на дополнительные обмотки 8 в момент пуска, может быть как переменным, так и постоянным. Основной обмоткой 6 и вспомогательной обмоткой 7 создаются два пульсирующих магнитных потока, сдвинутых в пространстве и во времени. Суммарное магнитное поле статора 3, действующее на ротор 1, вращается в пространстве и наводит в короткозамкнутой обмотке ротора 1 ЭДС, под действием которых в короткозамкнутой обмотке ротора 1 протекают токи и создается магнитный поток ротора 1 - Ф_р (фиг. 2). Взаимодействие магнитных потоков статора 3 и ротора 1 создает вращающий момент на роторе 1.

Включение одновременно с основной 6 и вспомогательной 7 обмотками дополнительных обмоток 8 (фиг. 1) позволяет создать магнитный поток Ф_до, который приводит к насыщению участков магнитной цепи на путях его протекания. При этом магнитный поток поперечной реакции ротора практически не протекает через насыщенные участки и представляет совокупность двух магнитных потоков Ф_р' и Ф_рʺ. Причем каждый из указанных магнитных потоков почти в два раза меньше магнитного потока Ф_р (фиг. 2), поскольку они создаются уменьшенной (ориентировочно в два раза) магнитодвижущей силой ротора 1. Соответственно, каждый из магнитных потоков Ф_р' и Ф_рʺ охватывает ориентировочно в два раза меньшее число проводников короткозамкнутой обмотки ротора 1. Это приводит к уменьшению индуктивного сопротивления обмотки ротора 1, что сопровождается изменениями во взаимодействии магнитных потоков статора 3 и ротора 1 и увеличением пускового момента однофазного асинхронного электродвигателя. Таким образом, дополнительные обмотки 8 (фиг. 1) создают участки насыщения в ярме статора 3, ограничивающие прохождение потоков поперечной реакции ротора 1. В результате, пуск электродвигателя осуществляют либо с увеличенной нагрузкой на валу 2, либо за более короткий промежуток времени с заданной нагрузкой на валу 2. После выхода электродвигателя в рабочий режим вспомогательная обмотка 7, а также дополнительные обмотки 8 отключают, поскольку при рабочей скорости вращения обеспечивается достаточный вращающий электромагнитный момент при работе лишь основной обмотки 6.

Сравнение расчетных пусковых механических характеристик пуска однофазного асинхронного двигателя предложенным способом и способом-прототипом (фиг. 3) подтверждает повышение пускового момента на ≈ 11%.