Трифазний асинхронний електродвигун

Трифазний асинхронний електродвигун, що містить первинну обмотку статора і вторинну об Винахід відноситься до області електротехніки, зокрема, до електричних машин змінного струму В якості прототипу запропонованого винаходу прийнято трифазний асинхронний короткозамкнений електродвигун (з короткозамкненим ротором), який конструктивно простий, відносно дешевий та надійний, тому він широко використовуваний на практиці (Вольдек А И Электрические машины Л Энергия, 1978 -832с) Однак одним з недоліків цього двигуна є споживання ним двох видів потужності - активної, яка визначає процес перетворення електричної енергії в механічну, і реактивної, що необхідна йому для створення магнітного поля При цьому обмін реактивною потужністю між двигуном та джерелом електроенергії завантажує двигун, мережу живлення і джерело реактивним струмом, зумовлюючи додаткові втрати електроенергії в усіх елементах електричної системи Винаходом ставиться завдання зменшити споживаний самим двигуном реактивний струм і, ВІДПОВІДНО, зменшити втрати електроенергії в обмотці статора, підвищити ККД та коефіцієнт потужності Поставлене винаходом завдання досягається тим, що у трифазному асинхронному електродвигуні, з первинною обмоткою статора і вторинною обмоткою ротора .згідно винаходу, кожна фаза обмотки статора складається з двох частин - основної і додаткової (компенсаційної) в загальному мотку ротора, який відрізняється тим, що кожна фаза обмотки статора складається з двох частин основної і додаткової (компенсаційної) з різними числами витків, закладених в одні й ті самі пази осердя статора з просторовим співпаданням їх осей, причому основна частина обмотки включена в мережу трифазної напруги живлення, а додаткова обмотка по відношенню до основної включена за схемою підвищуючого автотрансформатора, у вторинне коло якого включені конденсатори електричної ЄМНОСТІ випадку з різними числами витків, закладених в одні й ті самі пази осердя статора з просторовим співпаданням їх осей, причому основна частина обмотки включається в мережу трифазної напруги живлення, а додаткова обмотка по відношенню до основної включена за схемою підвищуючого автотрансформатора, у вторинне коло якого включаються конденсатори електричної ємності На фіг 1,2 представлена принципова електрична схема обмоток статора і ротора трифазного асинхронного короткозамкненого електродвигуна з компенсаційною обмоткою (фіг 1) та її однофазний аналог (фіг 2) На фіг 3 зображена векторна діаграма фази зведеного асинхронного електродвигуна (по фіг 2) без компенсаційної обмотки для базового стандартного двигуна - прототипу (суцільні лінії) І ДЛЯ двигуна з компенсаційною обмоткою, замкненою за схемою підвищуючого автотрансформатора на ємність (пунктирні лінії") В звичайному асинхронному двигуні - прототипі (при С = 0 на фіг 1) магнітний потік Ф, створений струмом намагнічування Іо, індукує в обмотках статора і зведеного до статора ротора однакові ЕРС Еі = Е.2 (фіг 3) В замкненому вторинному колі виникає стум Ь тоді ЕРС Ег зрівноважує спади напруги на тобто опорах Ё 2 — (г / с ~ J'2^2 = 0 3 умови рівноваги МРС елі" дує, що струм первинного кола становить О о со го (О ю 56330 І 1 = І 0 - І 2 , а напруга мережі U, прикладена до обмотки статора, дорівнює и = -(Ё-] -\fy -jl-|Xi) За наявності компенсаційної обмотки Aw, співвісної з основною обмоткою фази статора w, той самий магнітний потік Ф індукує в ній ЕРС ДЕ, що співпадає по фазі з Еі=Ег Сума ЕРС обмоток w і Aw підвищуючого автотрансформатора створює його напругу холостого ходу п С о = Е і + Д Е , при включенні якої на ємність С виникає ємнісний н а струм Ід, що випереджає напругу и с о 90° (без врахування спаду напруги в обмотках w і Aw) Ємнісний струм Ід, співпадаючи за фазою зі струмом намагнічування |"0, викликає намагнічуючу дію на двигун, створюючи в обмотках статора і ротора додаткові ЕРС взаємоіндукції ДЕ-] = Е 2 = - j k X J A , які збільшують основні ЕРС Е-і, і Ег цих обмоток Тут kXm - опір взаємної індукції між обмотками Aw і w, Xm - опір взаємної індукції між обмотками w статора і ротора Сума ЕРС і спадів напруги основної обмотки w статора зрівноважена напругою мережі U, тому збільшення ЕРС зумовлює зменшення струму h, первинної обмотки до значення І'і (фіг 3) 3 умови рівноваги МРС двигуна ['., w = l 0 w - k i A w - l ' 2 w , струм первинної обмотки дорівнює ['., = [0 - к І д - ( г а и струм намагнічування зменшується до ['0 = [ 0 - к ї д На таку ж саму величину кІд зменшується реактивний струм первинної обмотки Такий ефект відбувається за рахунок електромагнітного зв'язку між обмотками автотрансформатора, який працює на ємність, а за рахунок електричного зв'язку між ними зменшується споживаний з мережі струм на величину ємнісного струму Ід, тому загальний споживаний струм стаЗбільшення ЕРС ротора (Е2 + АЕ2) П Р И постійних його опорах зумовлює зростання струму ротора до Г2 та збільшення обертального момента при пуску та розгоні двигуна При роботі двигуна з постійним моментом навантаження на валу за рахунок цього дещо збільшується частота обертання ротора (зменшується ковзання) і для збереження ПОСТІЙНОСТІ обертального момента струм ротора зменшується, що також зумовлює зменшення струму статора Нехтуючи цими змінами в роторі при постійному навантаженні вважаємо струм ротора до компенсації і після компенсації постійним, а зміну струму в обмотці статора враховуємо тільки за рахунок компенсації його реактивної складової на величину к і д Представимо втрати потужності у фазі обмотки статора до компенсації як РМ1 = iff, = (І?а+І?р)г1, де І 1а ,І 1р - ВІДПОВІДНО активна і реактивна складові струму h, гі - активний опір фази обмотки статора, 4 а після компенсації ці втрати будуть Р'М1 = |'^ г-|, де '"і = \'?а +('ір ~ к і д ) 2 Втрати потужності в компен? +(' кі) 2 саційній обмотці складуть рМА = |дДг - при прийнятому Дг = kr Тоді загальні втрати потужності основної та результаті компенсаційної . а обмотки будуть зниження втрат в фазі двигуна в компенсації дорівнює АР = Рш -Рм = кІ 1 д [2І 1 р - ( к + 1) ІД_|Г1 Умова змен шення втрат потужності в асинхронному двигуні з відповідає компенсаційною обмоткою АР > 0 21 ІР- а максимальне зниження втрат (мінімум к + 1' втрат потужності) ДРМАКС а г, ЧрЧ має місце при к+1 Таким чином, в асинхронному електродвигуні з компенсаційною обмоткою, включеною з основною обмоткою статора за схемою підвищуючого автотрансформатора на електричну ємність, за рахунок внутрішньої електромагнітної компенсації реактивного струму намагнічування ємнісною складовою струму компенсаційної обмотки відбувається зменшення загального струму основної обмотки статора (пускового, струму холостого ходу та робочого струму) і зниження втрат потужності на нагрівання обмоток статора При цьому збільшується обертальний момент в процесі розгону двигуна при пуску та зменшення часу пуску, а при відключенні двигуна від джерела живлення створюється ефект динамічного гальмування зі зменшенням часу зупинки При роботі двигуна з постійним моментом навантаження на валу дещо збільшується частота обертання ротора, а його струм зменшується, що також призводить до зменшення втрат потужності як в роторі, так і в статорі ККД і коефіцієнт потужності двигуна порівняно з прототипом зростають Асинхронний електродвигун з компенсаційною обмоткою за автотрансформаторною схемою дає поєднання внутрішньої і зовнішньої компенсації реактивної потужності За рахунок електромагнітного зв'язку між обмотками автотрансформатора здійснюється внутрішня компенсація зі зменшенням струму намагнічування основної обмотки, а зовнішня компенсація електричного зв'язку між обмотками додатково зменшує реактивний струм мережі Збільшення ємнісного струму порівняно з умовою мінімуму втрат потужності призводить до подальшого збільшення обертального момента при розгоні двигуна та активного впливу на механічну характеристику двигуна 56330 *•*• ^.А W ФІГ 2. ФігХ Підписано до друку 05 06 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24