Асинхронний електродвигун

Асинхронний электрод вигун, що містить магнітопроводи статора і ротора з пазами для обмоток, який відрізняється тим, що виконаний відносний скіс пазів обмоток величиною Винахід відноситься до електромашинобудування, а саме до асинхронних електродвигунів з короткозамкненним чи фазним ротором, що має підвищене значення пускового моменту ВІДОМІ асинхронні електродвигуни з підвищеним значенням пускового моменту, що містять магнитопровіди статора і ротора з пазами для обмоток, виконаними з відносним скосом пазів [1] Недоліком відомого є складність конструкції обмотки ротора (двухкліткова обмотка), велика матеріалоємність Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, до пропонованого є асинхронний двигун з підвищеним значенням пускового моменту, що має магнитопровіди статора і ротора з пазами, виконаними з відносним частковим скосом [2] Недоліком відомого є складність технології виготовлення ротора, обмежена можливість одержання підвищеного пускового моменту Заявляється асинхронний електродвигун, що містить магнитопровіди статора і ротора з пазами для обмоток виконаними з відносним скосом веTID личиною вс = (0,083-0,417)—, а також забезпеР чується при номінальному навантаженні рівень відносини магніторушійних сил обмоток машини F, — = 0,8-0,99, де D - діаметр розточення статора, Fi р - число пар полюсів, F-I.F2 - ВІДПОВІДНО магніто В с =(0,083-0,417) 71-D для забезпечення при номінальному навантаженні рівня відношення магніторушійних сил обмоток машини F9 — = 0,8 - 0,99 , де D - діаметр розточки статора, р число пар полюсів, F-i, F2 ВІДПОВІДНО магніторушійні сили обмоток статора і ротора рушійні сили обмоток статора і ротора В основу винаходу поставлена задача створення асинхронного електродвигуна, що містить магнитопровіди статора і ротора з пазами для обмоток, у якому за рахунок відносного скосу пазів обмоток статора і ротора і підвищеного рівня відносини магніторушійних сил обмоток забезпечується підвищення величини пускового моменту без ускладнення конструкції двигуна і технології його виготовлення, при зниженні матеріалоємності, при збереженні чи поліпшенні енергетичних і технічних характеристик двигуна Даний винахід забезпечує принципово новий позитивний ефект, не досяжний у відомих рішеннях [2,3], тому що для його реалізації використовується результуючий магнітний потік, обумовлений відносним скосом пазів магнитопровідів машини і раціональним рівнем відносини магніторушійних сил обмоток, по всій довжині магнитопровіда машини, тоді як у [2,3] - тільки лише на ДІЛЯНЦІ 0,1 - 0,6 довжини магнитопровіда при незмінному рівні відносини магніторушійних сил обмоток При цьому [2] забезпечує збільшення величини пускового моменту в порівнянні з двигуном основного виконання в 1,2 - 1,64 рази, [3] пусковий момент не збільшує, тоді рішення, що заявляється, забезпечує збільшення пускового моменту в 2 - 3 рази в порівнянні з пусковим моментом двигуна основного виконання, супроводжуване, у ВІДМІННОСТІ від [2,3], економією МІДІ об мотки статора, не вимагає, у ВІДМІННОСТІ ВІД [2,3] зміни технології виробництва, та зберігає чи по О ю ^о 49045 ліпшує енергетичні характеристики машини На фіг 1 приведене розгорнення магнитопроВІДІВ статора 1 і ротора 2 асинхронні машини, що має пази з відносним скосом На фіг 2 представлені характерні для різних значень ковзання s напівхвилі результуючого магнітного поля асинхронної машини зі скосом пазів На фіг 3 - відома просторова векторна діаграма магніторушійних сил обмоток асинхронної машини зі скосом пазів На фіг 4 - залежність величини електромагнітного моменту від скосу пазів для режиму пуску асинхронної машини На фіг 5 - залежність величини електромагнітного моменту від скосу пазів при номінальному навантаженні асинхронної машини Асинхронний електродвигун має магнитопровіди статора 1 і ротора 2 (фіг 1) з пазами для обмоток виконаними з відносним скосом вс Відносний СКІС пазів може бути виконаний як на статорі величиною всі, так і роторі величиною вС2, або тільки на одному з магнитопровідів При цьому вс = всі + вС2 Крім цього повинний бути забезпечений заявлений діапазон відносини магніторушійних сил обмоток Відомо, ЩО магніторушійна сила обмотки F = Iw, де І - сила струму, w - число витків Тому де h, І2 - ВІДПОВІДНО струми обмотки статора, ротора, w-i, W2 - числа витків фази обмотки статора, ротора Для входження рівня відносини F2/F1 в заявлений діапазон при номінальному навантаженні, можна зокрема, зменшити w-i, що забезпечить зниження матеріалоємності машини і, як відомоз теорії електричних машин, підсилить результуючий магнітний потік машини Заявлений асинхронний двигун працює в такий спосіб При подачі напруги в обмотку статора 1 ротор двигуна 2 (фиг 1) прийде в обертання При цьому заявлений діапазон скосу пазів і заявлений діапазон рівнів відносини магніторушійних сил обмоток забезпечать підвищений рівень результуючого магнітного потоку в зазорі машини, а також зчеплення з цим потоком обмоток машини За рахунок цього відбувається підвищення пускового моменту машини в 2 - 3 рази в порівнянні з двигуном основного виконання При номінальному навантаженні заявлені діапазони скосу пазів і рівнів відносини F2/F1 також забезпечать деяке підвищення як величини результуючого магнітного потоку, так і зчеплення з ним обмоток машини, що знижує рівень ковзання машини, при якому розвивається номінальний момент Як відомо, наслідком цього є підвищення КПД двигуна Розрахунок і експеримент свідчить, що coscp двигуна в зоні номінального навантаження практично не змінюється З представлених на фіг 2 даних випливає, що в асинхронних двигунах зі скосом пазів у режимі пуску (ковзання s = 1) результуюче магнітне поле реальне (наприклад [4]) має магнітний потік (су цільні лінії) у 1,8 рази перевищуючий по величині магнітний потік тієї ж машини по існуючим представленням (пунктирні лінії) - наприклад [5, 6] Однак на величині пускового електромагнітного моменту машини зі скосом пазів це не відбивається Причиною є те, що, як випливає з фіг 2, реально існуюча в машині хвиля результуючого магнітного поля має деформацію форми фронту і нерівномірний розподіл енергії поля уздовж фронту Що приводить до зменшення зчеплення обмоток машини з розглянутим полем На фіг 3 представлена відома векторна діаграма асинхронної машини зі скосом пазів 3 діаграми випливає, що зі збільшенням вс, а, отже, ростом просторового кута Є,, має місце ріст значень результуючої магніторушійної сили (далі - МРС) FOi Однак при цьому відбувається збільшення і просторового кута £іі (фіг 3), що свідчить про деформацію фронту хвилі результуючого магнітного поля і, як наслідок, відбувається зменшення зчеплення з полем обмоток машин Продовжимо збільшувати вс в область аномально великих величин 3 фіг 3 випливає, що при цьому, як тільки вектор МРС FOi, зростаючи по модулю з ростом просторового кута Є,, пройде крапку а на дузі окружності, що визначає положення вектора FOi як дотичну до цієї дуги, подальше збільшення вс приведе до зменшення просторових кутів 4іі при одночасному росту модулів векторів FOi I уздовж осі машини Це означає, що після проходження крапки а, з ростом величини вс, відбувається одночасно як подальше посилення поля, так і починається процес збільшення зчеплення обмоток машини з цим полем, що і приведе до росту електромагнітного моменту машини зі скосом пазів Однак усе це відбувається в області великих значень вс, що вкрай небажано, тому що з ростом вс відбувається зменшення площі поперечного переріза паза, відкритого для виконання обмотки, збільшується довжина провідників обмотки, а, значить і їхній опір, ускладнюється технологія виконання скосу пазів, виникають і ІНШІ негативні явища, що нівелює позитивний ефект Штучно зменшимо МРС Fi до значення F'i (наприклад, зменшимо число витків обмотки статора w-i) При цьому рівень відносини F2/ F'i стане більше, ніж F2/ Fi 3 фіг 3 випливає, що це приведе до зсуву крапки а в крапку а' тобто в область значно менших значень вс Крім цього, відомо, що зменшення числа витків обмотки статора wi збільшує магнітний потік машини, що ще більше підсилює позитивний ефект, тому що електромагнітний момент машини пропорційний квадрату величини результуючого магнітного потоку Таким чином, для одержання позитивного ефекту, яким є збільшення пускового моменту заявленого двигуна в порівнянні з двигуном основного виконання без скосу пазів, в асинхронній машині необхідно одночасне сполучення двох факторів, а саме - відносного скосу пазів обмоток машини і штучно підвищеного рівня відносини МРС обмоток машини F2/ Fi На фіг 4 представлені залежності 49045 В D /М 'CK"v'np = f(——) для рівнів відносин F2/ Fi і кутів Є 71D характерних для режиму пуску асинхронних електродвигунів Тут Є- просторовий кут, що визначає зсув по фазі МРС Fi і F2, обумовлений електромагнітними параметрами машини (фіг 3) Мск,МПр - ВІДПОВІДНО електромагнітні моменти двигуна зі скосом пазів і двигуна основного виконання без скосу пазів, 1 F2/F1 = 0,99, 2 F2/F1 = 0,97, 3 F2/Fi = 0,93 Є = 1 електричний градус, Є =3эл град, існуюче представлення Рівень відносини F2/F1 = 0,99 є гранично досяжним для режиму пуску і зони номінального навантаження - до цього рівня можна наблизитися тільки штучно, зменшуючи величину MPCFi З фіг 4 випливає, що значення В С Р _ 0,083 = TID при F2/F1 = 0,99 є тим мінімальним значенням, подальше зменшення якого може привести тільки до зменшення величини М с к Це положення справедливе і для зони номінального навантаження На фіг 5 відбиті залежності М с к / М В D = f(——) TID для рівнів відносин F2/F1 і кутів Є, характерних для номінального навантаження асинхронних електродвигунів Тут 1 F2/Fi = 0,97, 2 F2/F1 =0,93, З F2/Fi = 0,9, 4 F2/F1 = 0,8 Є = 7эл гр, Є = 15эл град, існуюче представлення В D З фіг 5 випливає, що значення —— = 0,417 TID при F2/Fi =0,8 є тим крайнім значенням, що може забезпечити деякий електромагнітний позитивний ефект при номінальному навантаженні (і ніякого в ВСР режимі пуску) При цьому, тому що п® = 0,417 визначають величину вс в зоні аномально великих значень в с , те цей позитивний ефект нівелюється викладеними вище негативними наслідками виконання в с Тому подальше збільшення значень ВСР 71 ^ нераціонально, що цілком підтверджують результати розрахунку асинхронних електродвигунів Виходячи з результатів аналізу, діапазон зміни TID в с = ( 0 , 0 8 3 - 0 , 4 1 7 ) — , і діапазон рівнів відносини Р МРС обмоток (при номінальному навантаженні) F2/F1 = 0,8 - 0,99 є тими, за межами яких не може мати місця позитивний ефект ні в режимі пуску, ні при номінальному навантаженні Література 1 Кравчик А Э , Шлаф М М и др Асинхронные двигатели серии 4А Справочник - М Энергоатомиздат, 1982, с 286 - 287 2 Авторское свидетельство СССР № 796998, кл Н02К 17/02,1980 3 Авторское свидетельство СССР № 655036, кл Н02К 17/02, 1978, патент РФ № 655036, кл Н02К 17/02,1992 4 Макаренко Д В Экспериментальное исследование магнитного поля в асинхронной машине со скосом пазов //Электротехническая промышленность -1967 - Вып 277 - с 3 - 4 5 Губенко Т П Геометрические места токов индукционных машин Львов Изд - во Львовского университета, 1960, с 48 6 Копылов И П Электрические машины М Энергоатомиздат, 1986, с 4 6 - 4 7 $=0 $=$ 49045 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71