ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК H02K17/04 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при изготовлении трехфазных асинхронных двигателей, работающих при включении в однофазную электрическую сеть.

Известны трехфазные асинхронные двигатели, которые приходится применять, когда имеется только однофазная сеть.

При этом однофазный асинхронный двигатель получается из трехфазного путем отключения одной фазы статора (А.И.Вольдек. Электрические машины. Издательство "Энергия", Ленинградское отделение, 1974, с.605).

Однако такой двигатель (с одной, по сути дела, обмоткой на статоре) не развивает пускового момента и не способен придти во вращение. Для создания пускового момента необходимо применять пусковую обмотку с фазосдвигающей цепочкой (там же, с.609).

Фазосдвигающая цепочка, в качестве которой используется резистор или конденсатор или то и другое вместе, приводит к созданию эллиптического вращающегося магнитного поля (Н.Н.Александров. Электрические машины и микромашины, Москва, Колос, 1983 г., с.357).

Недостатком указанных решений является то, что они не учитывают пространственного положения эллипса вращающегося магнитного поля, что является важным при фактически имеющих место несовпадениях осей ротора и статора.

В реальных условиях всегда имеется неравномерность воздушного зазора между ротором и статором, которая приводит к необходимости учитывать величину силы магнитного притяжения между ротором и статором (Н.Н.Александров. Электрические машины и микромашины, Москва, Колос, 1983 г., с.251).

Последняя пропорциональна величине воздушного зазора. Чем больше зазор, тем меньше сила взаимного магнитного притяжения. И наоборот. Чем меньше зазор, тем больше сила взаимного магнитного притяжения, которую наряду с силами трения приходится преодолевать при запуске двигателя. Чтобы ее преодолеть и обеспечить наибольший пусковой момент, необходимо приложить в данной точке и максимальный крутящий момент, создаваемый магнитным полем фазных обмоток статора. Чем меньше сила взаимного магнитного притяжения между ротором и статором, тем легче запустить двигатель, привести ротор во вращение.

Основная масса выпускаемых двигателей имеет заниженный пусковой и рабочий вращающие моменты вследствие "случайного" расположения эллипса вращающегося магнитного поля относительно минимального воздушного зазора между ротором и статором.

Наиболее близким техническим решением является трехфазный асинхронный двигатель, работающий в однофазном режиме, в качестве пусковой обмотки которого применяют свободную фазу (Б.Ф.Токарев, Москва, Энергоатомиздат, 1990, с. 317). Однако и здесь не учитывается расположение максимального вращающегося вектора магнитного поля вдоль окружной поверхности статора, что отрицательно сказывается на значении пускового и рабочего крутящих моментов.

Технический результат изобретения - увеличение пускового и рабочего крутящих моментов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что фазосдвигающая цепочка выполняется с той фазной обмоткой, с которой обеспечивается для данного конкретного двигателя наибольший пусковой и рабочий крутящий моменты, что равноценно величине угла между большой полуосью эллипса вращающегося магнитного поля и кратчайшей прямой, соединяющей ось вращения ротора с внутренней поверхностью статора, не более π/6 радиан.

На фиг.1 представлен трехфазный асинхронный двигатель по однофазной схеме включения в сеть; фиг.2 - эллипс индукции вращающегося магнитного поля статора при разных включениях фазосдвигающей цепочки. В двигателе имеются три фазные обмотки 1, 2 и 3, расположенные в пазах статора 4 под у углом 120 град. по отношению друг к другу, и фазосдвигающая цепочка С, внутри статора 4 находится ротор 5. Оси ротора Ор. и статора Ост. не совпадают, что приводит к возникновению неравномерного воздушного зазора между ротором и статором.

Наименьшая величина воздушного зазора равна величине м.

Подключение фазосдвигающей цепочки поочередно к разным обмоткам будет приводить каждый раз к повороту больших полуосей эллипса n и k на угол 120 град.

Условно считаем емкость С неподвижной. "Крутим" систему фазных обмоток по часовой стрелке. Поворот всей системы необходим, чтобы не менять направление вращения магнитного поля, а следовательно, и ротора двигателя.

Варианты а) на фиг.1 и 2 являются начальными. После поворота на 120 град. имеем схему подключения и положение эллипса магнитного поля, показанные в вариантах b) фиг.1 и 2.

Результаты поворота системы фазных обмоток еще на 120 град. даны в вариантах с) фиг.1 и 2.

Поворот на следующие 120 град. (на 360 град. в целом) приводит в исходное состояние.

Кратчайшая прямая, соединяющая ось вращения ротора с внутренней поверхностью статора, есть не что иное как прямая, проходящая через минимальный воздушный зазор между ротором и статором.

Предлагаемым техническим решением угол α между большой полуосью эллипса вращающегося магнитного поля и кратчайшей прямой, соединяющей ось вращения ротора с внутренней поверхностью статора (проходит через минимальный воздушный зазор между ротором и статором, в котором и возникают наибольшие силы магнитного притяжения), устанавливается не более 30 град. (в имеющихся двигателях его положение не учитывается, и угол может достигать 90 град.), что обеспечивает более высокий пусковой момент.

При угле α, равном 0 град., пусковой момент будет наибольшим, соответствующим значению большой полуоси эллипса вращающегося магнитного поля, при угле, равном 90 град. (наихудший вариант), - наименьшим, соответствующим величине малой полуоси эллипса.

Предлагаемое техническое решение достигается методом поочередного подключения фазосдвигающей цепочки к разным фазным обмоткам статора с последующим измерением пускового момента. Так как с увеличением пускового момента будет увеличиваться и вращающий момент в рабочем режиме (рабочий момент), то можно производить замеры пускового момента или вращающего момента в рабочем режиме.

При поочередном (по часовой стрелке или против) подключении фазосдвигающей цепочки к разным фазным обмоткам эллипс магнитного поля будет поворачиваться каждый раз на 120 град. и делить большими полуосями n и k окружность на участки по 60 град.

Окружность будет равномерно "пройдена" за три поворота большой оси эллипса. При этом вся окружность статора будет разделена на 6 секторов по 60 град., внутри одного из которых и должен находиться минимальный воздушный зазор между ротором и статором.

Очевидно, что, находясь в секторе 60 град., минимальный воздушный зазор между ротором и статором может быть на угловом расстоянии от ближайшей большой полуоси эллипса вращающегося магнитного поля в пределах от 0 до 30 град. по окружности статора. Фазосдвигающая цепочка в окончательном виде подключается по тому варианту, который дает максимальное значение пускового (рабочего) момента.

В предлагаемом техническом решении фиксированное положение большой полуоси эллипса вращающегося магнитного поля статора под углом не более 30 град. по отношению к кратчайшей прямой, соединяющей ось ротора с внутренней поверхностью статора, является новым признаком, обеспечивающим достижение заявленной цели.

Данное решение приводит не только к увеличению пускового момента, но и к увеличению крутящего момента в рабочем режиме.

Кроме этого, предлагаемое решение приводит к снижению себестоимости трехфазных двигателей за счет:

- уменьшения емкости конденсатора (емкость без применения данного предложения выбирается из расчета наименее оптимального расположения эллипса вращающегося магнитного поля статора) или увеличения ее допуска;

- снижения требований к магнитным свойствам материалов (стоимость которых становится ниже).

Предлагаемый метод позволяет также улучшать характеристики двигателей, находящихся в ремонте и эксплуатации.

Предлагаемое техническое решение для среднего специалиста явным образом не следует из уровня техники.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности изобретения: является новым, так как не известно из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно применимо.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при изготовлении и ремонте трехфазных асинхронных двигателей, работающих по схеме однофазного включения в электрическую сеть. В трехфазном асинхронном двигателе, работающем от однофазной сети, имеется соединение фазосдвигающей цепочки с той фазной обмоткой статора, которая обеспечивает наибольший пусковой и рабочий крутящий моменты данного двигателя. Таким образом учитывается реальное пространственное положение минимального воздушного зазора между ротором и статором. Способ изготовления указанных двигателей заключается в поочередном включении фазосдвигающей цепочки со всеми фазными обмотками, измерении пускового (рабочего) момента и выборе того варианта, который обеспечивает наибольший пусковой (рабочий) момент. Техническим результатом изобретения является увеличение пускового и рабочего крутящих моментов. 3 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Трехфазный асинхронный двигатель, содержащий ротор, статор с фазными обмотками и фазосдвигающей цепочкой, создающими при включении в однофазную электрическую сеть вращающееся эллиптическое магнитное поле, отличающийся тем, что фазосдвигающая цепочка подключена к той фазной обмотке, с которой обеспечивается для данного конкретного двигателя наибольший пусковой и рабочий крутящие моменты, что равноценно величине угла между большой полуосью эллипса вращающегося магнитного поля и кратчайшей прямой, соединяющей ось вращения ротора с внутренней поверхностью статора не более π/6 радиан.2. Способ изготовления трехфазного асинхронного двигателя, работающего в однофазном режиме, включающий подключение к одной из фаз фазосдвигающей цепочки, отличающийся тем, что фазосдвигаюшую цепочку поочередно подключают к разным фазным обмоткам статора согласно схеме подключения, измеряют при этом пусковой момент и соединяют ее с той обмоткой, при которой создается максимальное значение пускового момента.3. Способ изготовления трехфазного асинхронного двигателя, работающего в однофазном режиме, включающий подключение к одной из фаз фазосдвигающей цепочки, отличающийся тем, что фазосдвигающую цепочку поочередно подключают к разным фазным обмоткам статора согласно схеме подключения, при этом измеряют рабочий момент и соединяют ее с той обмоткой, при которой создается наибольшее значение рабочего момента.