Асинхронный электродвигатель с блоком защиты Советский патент 1984 года по МПК H02K11/00 H02H7/08 

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в асинхронных трехфазных двига лях с короткоеамкнутым ротором общепр мьшшенного и специального исполнения выполняемых с защитой от перегрузок, с отключением двигателя при до стижении электромагнитного момента заданной величины (привод ручного инструмента, гайковертов и т.п.), с зищитой от обрыва фазы, обрыва стер ня короткозамкнутой клети и т.п. Известно устройство для запщты асинхронного двигателя, содержащее датчик тока, включенный в фазный проводэлектродвигателя, соединенный через Бьшрямитель с электронным ключом, и исполнительное реле с кон тактом в цепи питания катушки- магнитного пускателя t1. Данное устройство, защищающее двигатель от аномального режима работы, не защищает его от перегрузки обрьша стержня и т.п. Известны также устройства для тепловой защиты электродвигателей f2 Недостатком этих устройств являе ся их ограниченные возможности защи ты двигателя. Наиболее близким к предлагаемому является асинхронньй электродвигатель с блоком защиты, содержащий измерительный элемент в виде обмотки, уложенной на статоре в одних пазах с обмоткой двигателя, и исполнительный элемент защиты, соединенньш с измерительным элементом 33 Недостатком такого устройства яв ляется то, что оно реагирует на все высшие пространственные гармоники поля машины при ее нормальной работе, которые имеют число полюсов в нечетное число раз больше, чем число полюсов основной гармоники. Кроме того, данный измерительный элемент, выполненный в виде дополнител ной обмотки, не чувствителен к величине мощности и момента на валу двигателя. -Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей устройства защиты асинхронного двигателя при одновременном повышении его быстродействия и чувствительнос ти к контролируемому параметру. Указанная цель достигается тем, что в асинЬсронном электродвигателе с блоком защиты, содержащем измери7012тельный элемент в виде обмотки, уложенной на статоре в одних пазах с. обмоткой двигателя, и исполнительный элемент защиты, соединенный с измерительным элементом, дополнительная обмотка вьшолнена из Н I з(-1 (l-C-l))- (1) соосных концентрических катушек разного шага i-я катушка обмотки содержитWl 1X1 Iwчисло витков и выполнена с шагом у. 2t - i (l + (-1)) пазовых делений, катушки обмотки соединены последовательно согласно при положительном значении весового коэффициента XL и встречно - при отрицательном значении Xj,, удовлетворяющих следующим условиям н 5 НИНб -пИ-для К 0;t1;t2,-, ..49-; р-( iVимеет максимальное значение f:uLi где W - общее число витков обмотки измерительного элемен. та; Р - число пар полюсов обмотки электродвигателя; CJ, - число пазов на полюс и фазу обмотки электродвигателя;число пазов ротора; модуль величины весового коэффициента с-и катушки; при Х 0 1-я катушка обмотки отсутствует;Ь 2; наибольший общий делитель чисел Z2.H Р. Картушки обмоТки присваиваются номера 1 1, 2, 3,..., начиная с катушки наименьшего шага. В качестве примера рассмотрим структуру дополнительной обмотки для трехфазного асинхронного двигателя со следующими параметрами: число пазов статора 36; фисло фаз обмотки статора 3; число пар полюсов основной обмотки статора 2; число пазов на полюс и фазу основной обмотки стато ра 3 ; число пазов ротора 28. Согласно (1) обмотка содержит h I (3-3 - I (1-(-1))4 катушки. Согласно (2) катушки выполнены .со следующими шагами (в зубцовых делениях) у 2-1 - I (1 + (-1)) 2; Уг 2-2 4; УЗ 2-3 6; Ул, 2-4 В. В соответствии с (3), (4) и (5) весовые коэффициенты должны удовлет ворять следующим условиям К,0) (6) -УXlSlhSg (при К,-1) Xl-Slh/I V O (при ) U5 X Sat1l| UO (при ) Lit Xl5l«13flrO („р„к,ч-2) (10) . У Xt.SLh t: j t 51Иу-Т 1 И1ОД ,К2-1 , ). : ZIlXzl ) Система уравнений (6)-(12) выполняется при условии Таким образом, третья катушка обмотки измерительного элемента отсутствует, а остальные три имеют равное число витков, причем первые две катушки включены последовательно согласно, а четвертая - встречно по от ношению к. ним. На чертеже показано расположение измерительного элемента, выполненного в виде дополнительной обмотки, в пазах статора рассматриваемого асин хронного двигателя. Дополнительная обмотка расположена в рядом лежащих пазах 1-9 статора, начиная с произвольно взятого. Первая катушка 10 обмотки расположе на в пазах 4 и 5 и имеет шаг, равный двум; вторая катушка 11 расположена 014 в пазах 3 и 8 имеет шаг, равный четырем; третья катушка не укладывается; четвертая катушка 12 расположена в пазах 1 и 9 и имеет шаг, равный восьми. При навивке катушки в одну сторону конец первой (К) соединен с началом второй (Н), а начало второй - с концом четвертой катушки. Использование обмотки измерительного элемента согласно изобретению в качестве измерительного элемента системы защиты двигателя подтверждается следующим. Обмоточный коэффициент дополни.тельной обмотки для у-и пространст- . венной гармоники поля определяется вьфажением Kw-yi t H(.yi,j. Так как основная обмотка статора при работе двигателя в симметричном режиме создает гармоники порядка ,+1, то в соответствии с (3) в дополнительной обмотке не наводится ЭДС ни от какой гармоник;и статора, а также от первой пространственной гармоники ротора, для которой (1 тоже равна 1 -. Короткозамкнутая обмотка ротора с числом пазов z. симметричном режиме работы двигателя создает высшие гармоники порядка ) 1 К ± 1 В соответствии с (4) обмоточный коэффициент для одной из высших гармоник ротора, порядок которой не совпадает с порядком высшей гармоники статора, является максимальным. Из применяемых в асинхронных двигателях соотношений чисел Z и Zj., порядок одной из первых высших гармоник ротора никогда не совпадает с порядком высших гармоник статора. Следовательно, в дополнительной обмотке находится ЭДС только от этих высших гармоник ротора.- Величина этой ЭДС прямо пропорциональна величине тока ротора 3 2 . В диапазоне изменения скольжения от О ,05 магнитный поток двигателя практически не изменяется, а коэффициент мощности вторичной цепи прак мчески равен единице. Поэтому вехшчина ЭДС дополнительной обмотки прямо пропорциональна величине мощности двигателя и величине его

5

момента, чем и доказана возможность использования дополнительной обмотки В качестве измерительного датчика мощности и момента на валу двигателя.

При обрьте фазы статора двигателя дополнительно к составу гармоник поля статора добавляются гармоники, кратные трем, которые отсутствуют при симметричном питании. Порядок гармоники , на которую настроена обмотка измерительного элемента, всегда кратен трем, а поэтому в обмотке будет наводиться ЭДС от этих гармоник статора, для которых обмоточный коэффициент равен 0,866.

Величина этой ЭДС будет в | раз превьппать ЭДС, соответствующую номинальной нагрузке двигателя.

Обрьш стержня ротора сопровождается также появлением гармоник, кратным.трем, однако величина ЭДС в этом случае будет несколько меньш

Таким образом, если двигатель имеет систему защиты от перегрузок, в качестве измерительного элемента которой используется обмотка по предлагаемому техническому решению, то автоматически отключаться и при обрыве в цепи статора или ротора.

Дополнительная обмотка реагирует также на возникновение витковых и междуфазных замыканий.

Наличие измерительного элемента, обеспечивающего одновременную за- . щиту двигателя от перегрузок и не симметрии в цепи статора или ротора исключает необходимость использования защиты двигателя от перегрева.

297016

Ввиду большой крутизнывыходного сигнала обмотка вьтолняется из тонкого обмоточного провода с относительно небольшим числом витков, что 5 не ухудшает коэффициент заполнения паза для основной обмотки.

Технико-экономическая целесообразность использования асинхронного

10 двигателя с устройством для его запщты по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят асинхронный двигатель 4А.90Ь6БСУС, вьшускаемый отечественной промьшшен15 ностью, подтверждается следующим.

Базовый объект снабжен термозащитой, состоящей из блока управления и встроенных в двигатель т рморезис20 торов. В качестве блока управления принят аппарат защиты АЗП (ТУ 16592.102.74). В качестве терморезисторов используются полупроводниковые терморезисторы с положительным тем25 пературным коэффициентом сопротивлением типа СГ1А-2-1А5, которые встраиваются в каждую фазу обмотки витками в лобовой части.

Базовый объект обеспечивает толь30 ко тепловую защиту. Использование предложенного технического реше1шя в базовом объекте- позволяет обеспечить также защиту от кратковременных перегрузок и от обрыва фазы. Кроме

J того, ввиду достаточной мощности измерительного элемента и его высокой чувствительности в качестве аппарата защиты можно использовать более простое устройст во, например реле.

0 напряжения.

fO // 12 / / У

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С БЛОКОМ ЗАЩИТЫ, содержащий измерительный элемент в виде дополнительной обмотки, уложенной на ста, торе в одних пазах с основной обмоткой и соединенной с исполнитедьным элементом, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей защиты при одновременном повышении ее быстродействия и чувствительности, обмотка измерительного элемента выполнена из П (- I (l-(-l)jJ концент-ричных катушек, 1-я катушка сбйоткй содержит Wt (Xi.)u/число витков и выполнена с шагом Yj 2i.(-1)J пазовых делений, катушки обмотки соединены последовательно согласно при положительном значении весового коэффициента Xj. и встречно - при отрицательном значении Xj,, удовлетворяющих следукнцим условиям: п . . Zx,()V.0. при K 0;tt5i2j. ЬУ-Р r V-f jK-tP . Ч Ui имеет максимальное значение где W - общее число витков обмотки измерительного элемента ; Р - число пар полюсов обмотки электродвигателя; - число .пазов на полюс и фазу обмотки электродвигателя; число пазов fY i - |Ail - модуль величины весового коэффициента 1 -и катушки KI 1,2; Kj - наибольший общий делитель чисел Zz и Р.