МАШИНА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ВРАЩАЮЩАЯСЯ АСИНХРОННАЯ С РАЗДЕЛЕННОЙ СОВМЕЩЕННОЙ ОБМОТКОЙ ДЛЯ 2p = 2, z = 36 И КОЛИЧЕСТВОМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЕТВЕЙ a = 2 Российский патент 2021 года по МПК H02K17/12 H02K1/28 H02P1/26 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к общепромышленному электроприводу и электроприводу транспортных средств.

Известен принцип формирования совмещенных обмоток асинхронных и синхронных электродвигателей [1]. Технология их изготовления, получившая наименование «Славянка», позволяет получить по сравнению с использованием соединения обмоток только в звезду или только в треугольник следующий технический результат [1-3]:

- существенное улучшение основных характеристик двигателя за счет снижения уровней высших гармоник, вибраций и тормозящих моментов;

- увеличение КПД и коэффициента мощности;

- достижение высоких значений КПД в широких диапазонах нагрузки;

- уменьшение уровня индукции полей от нечетных гармоник и снижение общих потерь в элементах магнитопровода;

- повышение перегрузочной способности двигателей;

- повышение кратности вращающих моментов;

- снижение уровня помех, генерируемых асинхронным приводом в сеть, меньшие искажения формы питающего напряжения, что способствует повышению надежности объектов, оснащенных сложным электронным оборудованием и вычислительными системами, а также устойчивости энергосистем;

- применимость для модернизации общепромышленных двигателей со стандартными обмотками (путем их замены на совмещенные) для разработки высоконадежных общепромышленных приводов, предполагающих возможность работы с переменной нагрузкой;

- применимость в модернизации общепромышленных двигателей со стандартными обмотками (путем их замены на совмещенные) для разработки энергоэффективных приводов транспортных средств.

Известна конструкция обмоток статора двигателя переменного тока, позволяющая осуществлять пуск с использованием части обмоток (аналог) [4]. Данный тип двигателя имеет обмотку пускателя, разделенную на две параллельные обмотки, соединенные в звезду, с 6 или 12 выводными клеммами. При запуске одна часть обмотки подключается непосредственно на полное напряжение сети. Начальный пусковой вращающий момент при таком пуске примерно в 2 раза меньше пускового момента при прямом пуске. В конце процесса пуска вторая обмотка подключается к сети без существенного и длительного броска тока (пика), т.к. двигатель не был отключен от сети питания и работал с небольшим скольжением [4].

Техническим результатом является снижение пускового тока относительно пускового тока при прямом пуске примерно в 2 раза, плавность пуска и разгона двигателя без значительного и длительного по времени броска тока в момент включения второй части обмотки, а также менее значительное снижение начального пускового момента по сравнению с пуском двигателя с переключением со звезды на треугольник, который приводит к уменьшению начального пускового момента в 3 раза по сравнению с начальным пусковым моментом при прямом пуске [6, §109. Пуск асинхронных двигателей]. Недостатком аналога является использование одинакового соединения в звезду для обеих частей обмотки без возможности параллельного включения звезды и треугольника, как в известном прототипе.

В качестве прототипа выбран малошумный энергоэффективный электропривод [5], состоящий из устройства управления и асинхронного двигателя с совмещенной обмоткой с количеством полюсов 2р=4 или более. Устройство управления содержит p контроллеров, один из которых ведущий, другие являются ведомыми. При этом каждая пара полюсов запитана от отдельного контроллера. Техническим результатом является повышение энергоэффективности и надежности привода при одновременном снижении уровня акустического шума. Недостатком прототипа является сложность и высокая стоимость системы управления, а также заявленная применимость для транспортных средств без учета других назначений.

Задачей изобретения является получение технического результата в виде:

- улучшенных характеристик энергоэффективности и моментных характеристик машины электрической вращающейся (асинхронного двигателя, далее - машина), предназначенной для пусков с использованием как части разделенной обмотки статора, так и всех частей обмотки, за счет применения совмещенных обмоток, в частности, в номинальных условиях работы машины в составе электропривода;

- возможности осуществления пусков машины, в частности, тяжелых и затяжных, с первоначальной подачей питания на одну из двух независимых обмоток и подключением второй обмотки в процессе разгона без возникновения существенного броска тока, что обеспечивает плавность пуска и разгона, а также препятствует толчку при пуске;

- возможности подключения или отключения одной из независимых обмоток как в процессе пуска, так и в процессе работы машины в зависимости от текущей нагрузки;

- универсальности применения не только в приводах транспортных средств, но и в приводах общего назначения, работающих с переменной нагрузкой;

- возможности осуществления частых повторных пусков машины со снижением вероятности перегрева обмоток за счет смены обмотки, на которую первоначально подается питание.

Указанный технический результат достигается тем, что обмотка статора машины с числом полюсов 2р=2, числом пазов статора z₁=36 и количеством параллельных ветвей обмотки статора a₁=2 разделена на две независимые обмотки (далее - обмотка 1, обмотка 2, во множественном числе - обмотки статора), каждая из которых подключена к питающей ее сети через коммутирующий аппарат (пускатель или другое устройство); тем, что эти обмотки функционируют независимо друг от друга; а также тем, что каждая из обмоток статора в отличие от аналога, является совмещенной (фиг. 1, фиг. 2), реализуя технологию «Славянка». При этом к питанию, в зависимости от текущей нагрузки машины, подключают одну или две обмотки статора.

Техническая применимость и использование изобретения

Машина электрическая вращающаяся асинхронная с разделенной совмещенной обмоткой для 2p=2 и z₁=36 может применяться в приводах инерционного оборудования; в приводах, запускаемых под нагрузкой; в приводах, требующих плавного пуска и разгона двигателя.

Изобретение может применяться для обеспечения плавного пуска асинхронных двигателей большой мощности, подключаемых к сетям питания меньшей мощности за счет ограничения величины пускового тока и отсутствия значительного броска тока при подключении второй обмотки в процессе разгона.

Изобретение может применяться в приводах с частыми повторными пусками для снижения вероятности отказов асинхронных двигателей за счет преодоления недостатка частых пусков, связанного с перегревом обмоток. Изобретение предполагает использование попеременных пусков с использованием обмотки 1 или обмотки 2 с последующим подключением, соответственно, обмотки 2 или обмотки 1. Это препятствует перегреву машин при частых пусках, а также уменьшает износ пусковой арматуры.

Изобретение может применяться в приводах, требующих повышенной надежности, а также для удешевления систем управления мощными двигателями за счет замены дорогостоящего контроллера частотного управления высокой мощности на 2 независимых контроллера более низкой мощности и соответственно, менее дорогостоящих.

Источники информации

1. Дуюнов Е.Д., Дуюнов Д.А. Совмещенные обмотки электрических машин: справочник. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. - 245 с.

2. Теплова Я., Дуюнов Е., Корхов И., Пронин А. Модернизация асинхронных машин // Изобретатель и рационализатор. - М. - 2018. - №4. - С. 22-25.

3. Дуюнов Д., Дуюнов Е., Теплова Я., Корхов И., Агриков Ю. Энергоэффективность и новые асинхронные двигатели // Изобретатель и рационализатор. - 2019. - №2. - С. 16-19.

4. Пуск и защита двигателей переменного тока. [Электронный ресурс]: https://www.electrocentr.com.ua/filea/documentation/SE/TechLibrary/SolutionGuide/4-Start_and_motor_protection.pdf (дата обращения: 10.11.2020).

5. Пат. 2568672, Рос. Федерация, МПК Н02К 17/12 (2006.01), Н02К 3/28. Малошумный энергоэффективный электропривод / Агриков Ю.М., Дуюнов Д.А., Дуюнов Е.Д., Блинов В.Л., Яковлев И.Н.; заявитель и патентообладатель ООО «АС и ПП» №2014132978/07; заявл. 11.08.2014; опубл. 20.11.2015; бюл. № 32.

6. Кузнецов М.И. Основы электротехники. - М. - Высшая школа, 1970. - 368 с.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к общепромышленному электроприводу и электроприводу транспортных средств. Электрическая вращающаяся асинхронная машина содержит разделенную обмотку с числом полюсов 2р=2, числом пазов статора z₁=36 и количеством параллельных ветвей обмотки статора a₁=2. Она разделена на 2 независимые совмещенные обмотки. Каждая из них подключена к питающей ее сети независимо от другой обмотки. Техническим результатом являются повышение энергоэффективности и момента, плавные пуски машины, в частности тяжелые и затяжные, с первоначальной подачей питания на одну из двух независимых обмоток и последующим подключением второй обмотки в процессе разгона без существенного броска тока в момент включения второй обмотки; подключение или отключение одной из независимых обмоток в зависимости от текущей нагрузки машины; применение в приводах, работающих с переменной нагрузкой; возможность частых повторных пусков машины. 2 ил.

Машина электрическая вращающаяся асинхронная с разделенной обмоткой статора, отличающаяся тем, что обмотка выполнена в виде двух независимых совмещенных обмоток (обмотка 1 и обмотка 2), каждая из которых подключена к питающей ее сети независимо от другой, при этом число полюсов 2р=2, число пазов статора z₁=36, количество параллельных ветвей обмотки статора a₁=2.