Спосіб збільшення потужності і зменшення втрат електродвигунів змінного струму

Реферат: UA 103411 U UA 103411 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до систем регулювання електричних або магнітних змінних, зокрема регулювання електричних величин в електродвигунах змінного струму, і може бути використана для збільшення потужності і зменшення втрат асинхронних електродвигунів за рахунок компенсації індуктивної (реактивної) складової струму ємнісною складовою всередині обмоток електродвигуна. Відомий пристрій компенсації індуктивної (реактивної) складової струму ємнісною складовою при індивідуальній компенсації асинхронних електродвигунів, використання якого передбачає при індивідуальній компенсації підключення конденсаторної банки (однієї або декількох) до затискачів електродвигуна без комутаційних апаратів і який застосовують тільки у відносно крупних електроприймачах з великим числом річних робочих годин [Патент України № 34943, H02J3/12. - Спосіб підключення конденсаторів індивідуальної компенсації реактивної потужності асинхронного двигуна - / Шестеренко B.C., Сірий О.М., Валюта С.М., Мащенко О.А. Опубл. 26.08.2008, бюл. № 16]. Відомий пристрій для індивідуальної компенсації хоч і дозволяє розвантажити від реактивних струмів усю мережу виробничого підприємства, проте потребує значних капітальних вкладень. Крім цього, час роботи компенсуючих пристроїв залежить від тривалості вмикання електроприймача, бо з вимкненням з мережі його вимикається і конденсаторна батарея. Така компенсація зменшує втрати і покращує характеристику електромережі тільки до місця її встановлення, але не змінює техніко-економічну характеристику самого електродвигуна. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється, є модель компенсованого асинхронного електродвигуна за допомогою окремої автотрансформаторної обмотки в статорі і конденсаторів. Компенсований асинхронний двигун (КАД) являє собою поєднання звичайного АД із поворотним автотрансформатором (AT) у колі статора, включеним на електричну ємність конденсаторів. Фактично КАД є споживачем із внутрішньою ємнісною компенсацією реактивної потужності. При зміні величини ємності С, кута просторового зсуву одна відносно одної двох частин обмотки статора, співвідношення кількості їх та схеми включення конденсаторів КАД стає керованим за величиною споживаної реактивної потужності, може працювати з будь-яким коефіцієнтом потужності від його природного значення до одиниці і навіть у ємнісному режимі. При значному підвищенні пускового моменту (на 20-50 %) він має знижене значення пускового струму, його робочий струм за номінального навантаження менший номінального на 10-12 %, внаслідок чого втрати енергії в обмотках статора і ротора та мережі живлення зменшуються [В.І. Мішин, P.M. Чуєнко, A.M. Кулинич. Особливості фізичних процесів та енергетичних перетворень у компенсованому асинхронному двигуні. УДК 621.313.334]. Однак вищезгадана модель КАД вимагає, крім конденсаторів, встановлення в статорі електродвигуна додаткової компенсаторної автотрансформаторної обмотки, що приводить до ускладнення схеми обмоток, конструкції пазів статора і підвищення кількості провідників статора на одиницю потужності електродвигуна. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлено задачу створення способу збільшення потужності і зменшення втрат електродвигунів змінного струму шляхом компенсації реактивної (індуктивної) складової ємнісною складовою обмоток, де компенсація конденсаторами виконує роль індивідуальної компенсації окремих груп обмоток всередині двигуна, забезпечити покращення техніко-економічних характеристик як самих електродвигунів, так і електромережі під'єднання. Поставлена задача корисної моделі вирішується тим, що перехідні провідники лобової частини обмотки, які з'єднують окремі фазні групи обмоток статора, під'єднують на паралельну роботу до вихідних клем трифазних конденсаторів, при цьому кількість і ємність конденсаторів вибирають з розрахунку мінімального перетікання реактивних струмів по обмотках, щонайменше через один перехідний провідник між обмотками фази, і з розрахунку сумарної потужності конденсаторів: ΣQC≈Qc1+……+Qci, де ΣQC - сумарна потужність конденсатора для компенсації індуктивної енергії електродвигуна, Qc1 - потужність конденсатора для компенсації індуктивної енергії в обмотках першої і другої котушки, тобто під'єднанні в перший перехідний провідник, Qci потужність конденсатора для компенсації індуктивної енергії в обмотках і під'єднанні в і-тий перехідний провідник, при цьому для мінімальних перетоків реактивних струмів між обмотками забезпечують Qc1≈Qc2≈Qc3. Мінімальна кількість конденсаторів - один трифазний конденсатор, під'єднаний в середній точці обмоток статора. Конденсатори розміщають в клемній коробці або в іншому зручному місці. Вибір ємності конденсаторів для кожного електродвигуна здійснюють так, щоб cosφ≈1,0. Оскільки активна потужність електродвигуна P=U•I•3•cosφ (кВт), а реактивна (індуктивна) потужність Q=P•Τqφ (квар) при реактивній потужності електродвигуна Q≈0 квар, тоді cosφ≈1,0. 1 UA 103411 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Отже сума індуктивної енергії, що виробляється електродвигуном, ΣQ 1 має бути приблизно рівною сумі ємнісної енергії ΣQC, що виробляють конденсатори, які під'єднують всередині двигуна, тобто ΣQC≈Qc1+Qc2+Qc3, при цьому для мінімальних перетоків реактивних струмів між обмотками забезпечують Qc1≈Qc2≈Qc3. Ємність конденсаторів в різних точках А1, А2, А3 повинна бути різна в залежності від напруги в точці приєднання, яка різна при з'єднанні обмоток електродвигуна Υ чи Δ, тобто 2 Qc=U 2πfC. Таким чином, сукупністю відомих і пропонованих ознак створено нове технічне рішення, яке забезпечує збільшення потужності електродвигунів і зменшення втрат за рахунок компенсації індуктивної складової струму ємнісною складовою і є достатнім для виконання поставленої задачі корисної моделі. Суть способу збільшення потужності і зменшення втрат електродвигунів змінного струму пояснюють креслення. На фіг. 1 наведено схему напруги при з'єднанні Y. На фіг. 2 наведено схему обмоток статора на під'єднання перехідних провідників до конденсаторів. На фіг. 3 наведено векторну діаграму. Спосіб здійснюють так. Розглянемо дію способу, як приклад на електродвигуні 55 кВт, у якого 2Р=8 (750 об./хв…), cosφ=0,8, (Τqφ=0,7), P=U•I•3•cosφ, Iном=100 A, Ρ=0,4•100•3·0,8=55 кВт, Q=P•Τqφ=55•0.7=38,5 кВар. В електродвигуні з кількістю полюсів 2Р=8 є мінімально 4 котушки в кожній фазі, між якими 3 перехідних з'єднувальних провідники. Отже можна вивести по провіднику з кожного переходу, тобто 3 виводи з кожної фази. З розрахунку для повної компенсації необхідно ΣQ=38,5 квар. ΣQC≈Qc1+Qc2+Qc3 і Qc1≈Qc2≈Qc3. Загальний струм пристрою компенсації складе: ΣQ=UIc3, Ic=ΣQ/3U=38,5/ 3×0,4=55 А. Як видно із векторної діаграми, фіг. 3, Is - загальний струм електродвигуна до компенсації; Is1 - загальний струм електродвигуна після компенсації. Різниця в довжині векторів |Is-Is1| складе величину струму резерву для збільшення потужності. Після компенсації струм електродвигуна Is1≈75 A, що на 25 % нижче Іном., а потужність Р=55 кВт залишається. Крім цього за рахунок спаду струму в обмотках знижуються втрати в електродвигуні. Зробивши корегування даних обмоток, можна підняти струм в обмотках до 1=100 А, а значить і збільшити потужність електродвигуна на 25 %: Ρ=55•1,25≈68÷70 κΒт. Таким чином пропонований спосіб збільшення потужності і зменшення втрат електродвигунів змінного струму зменшує втрати як в електромережі, так і в самому електродвигуні, а також збільшує провідність обмоток, що дає можливість значно збільшити потужність електродвигуна при збереженні його габаритів. Крім цього, зменшується питома вага мідного провідника обмотки на одиницю виробленої енергії електродвигуном. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 Спосіб збільшення потужності і зменшення втрат електродвигунів змінного струму, що включає компенсацію реактивної (індуктивної) енергії конденсаторами, який відрізняється тим, що компенсацію індуктивної складової струму здійснюють ємнісною складовою струму всередині обмоток статора електродвигуна за схемою під'єднання клем трифазних конденсаторів до перехідних провідників між групами обмоток кожної фази в лобовій частині статора електродвигуна, щонайменше через один перехідний провідник між обмотками кожної фази, і з розрахунку сумарної компенсації реактивної потужності в обмотках ΣQC≈Qc1+Qc2+Qc3, де ΣQC сумарна потужність конденсатора для компенсації індуктивної енергії електродвигуна, Q c1 потужність конденсатора для компенсації індуктивної енергії в обмотках першої і другої котушки, тобто під'єднанні в перший перехідний провідник, Qci - потужність конденсатора для компенсації індуктивної енергії в обмотках і під'єднанні в і-тий перехідний провідник, і для мінімальних перетоків реактивних струмів між обмотками забезпечують Qc1≈Qc2≈Qc3. 2 UA 103411 U 3 UA 103411 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4