Трифазний асинхронний двигун

Реферат: Трифазний асинхронний електродвигун, фази обмотки статора якого розділені на дві рівні послідовні частини, які просторово зміщені у пазах осердя статора одна відносно одної на кут  =30°. Конденсатори ємнісної компенсації включені попарно на середні точки кожної фази обмотки статора та окремо на початки двох інших фаз. UA 69572 U (12) UA 69572 U UA 69572 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до електротехніки, зокрема до електричних машин змінного струму. Відомо, що асинхронний двигун є споживачем двох видів електроенергії: активної, яка перетворюється у механічну для приводу робочої машини та у теплові втрати в машині, і реактивної, яка створює змінне магнітне поле. При цьому реактивна енергія не перетворюється в інші види, а при зміні величини та напряму змінного струму лише коливається між споживачем та джерелом живлення, завантажуючи усі елементи електричної системи реактивним струмом, що призводить до збільшення втрат електричної енергії (Вольдек А.И. Электрические машины. М.: Энергия, 1974. - 832 с.). Відомий спосіб компенсації реактивної потужності в електричних системах базується на включенні паралельно споживачу конденсатора електричної ємності, при цьому споживач частково або повністю обмінюється реактивною енергією з конденсатором, а не з джерелом живлення. В результаті зменшується струм, споживаний з мережі живлення, та втрати електричної енергії у мережі. Проте у такому випадку техніко-економічні характеристики самого споживача, його властивості зокрема в асинхронного електродвигуна, залишаються незмінними. Корисною моделлю ставиться задача підвищення техніко-економічних показників асинхронного двигуна при частковій або повній компенсації його реактивної потужності та зменшенні у самому двигуні споживаних ним з мережі струму і втрат активної потужності. Поставлена корисною моделлю задача досягається тим, що у трифазному асинхронному електродвигуні фази обмотки статора розділені на дві рівні послідовні частини, які просторово зміщені одна відносно одної на кут  =30°, а конденсатори ємнісної компенсації включаються попарно на середні точки кожної фази та окремо на початки двох інших фаз при поєднанні внутрішньої та зовнішньої ємнісної компенсації реактивної потужності. Найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого винаходу є пристрій, у якому застосовано принцип внутрішньої ємнісної компенсації реактивної потужності асинхронного двигуна (патент №51814 ''Асинхронний електродвигун'', бюл №12, опубл. 16.12.2002). При цьому одна з послідовних напівобмоток фази статора шунтується конденсатором електричної ємності. Фіг.1 - принципова електрична схема кіл статора асинхронного двигуна з внутрішньою ємнісною компенсацією реактивної потужності, коли конденсатори шунтують внутрішні напівобмотки фаз статора. Фіг.2 - принципова електрична схема кіл статора асинхронного двигуна з поєднанням внутрішньої та зовнішньої компенсації реактивної потужності, коли конденсатори вмикаються попарно на середні точки кожної фази та окрема на початки двох інших фаз. Фіг.3 - спрощена векторна діаграма кіл статора для фази А, коли конденсатори шунтують внутрішні напівобмотки фаз статора. Фіг.4 - спрощена векторна діаграма кіл статора для фази А, коли конденсатори ємнісної компенсації включаються попарно на середні точки кожної фази та окремо на початки двох інших фаз. Фіг.5 - розрахункові характеристики асинхронного двигуна з поєднанням внутрішньої та зовнішньої ємнісної компенсації при номінальному моменті навантаження при  =0, 30°, 40°, ' 30°: а) струми напівобмоток I1A , I1A  f (C) ; б) загальний струм I1A  (C) ; в) втрати потужності в обмотках PM  (C) . На Фіг.1 наведена принципова схема кіл статора двигуна із шунтуванням внутрішніх напівобмоток фаз статора ємностями за схемою трикутник. Струми конденсаторів випереджають власні напруги на 90°, а сумарні ємнісні струми у вершинах трикутника, випереджають відповідні напруги зашунтованих напівобмоток також на 90° та компенсують їх c   реактивні струми, наприклад для вузла a : сумарний ємнісний струм I a  I ba  I ac випереджає ' 50 55 ' напругу U1A на 90° та компенсує реактивну складову струму I1A (Фіг.3). Зменшується струм зовнішньої напівобмотки I1A (він і є струмом мережі живлення) у межах до його активної ' складової, за практично незмінного струму внутрішньої напівобмотки I1A при  =30°; 40°. Струм I1A зовнішньої напівобмотки за рахунок внутрішньої ємнісної компенсації не лише зменшується за величиною, чим обумовлюється зниження втрат потужності в цій напівобмотці та мережі живлення, але і зміщується за фазою в часі на кут  відносно струму зашунтованої 1 UA 69572 U 5 10 15 20 25 ' напівобмотки I1A . Це призводить до просторового зміщення на такий самий кут хвиль МРС напівобмоток, зменшення їх сумарної величини, збільшення струму намагнічування, необхідного для створення заданого магнітного потоку. Для усунення даного явища необхідно просторово змістити одна відносно одної і самі напівобмотки так, щоб     0 . Для двигунів потужністю до 11 кВт із cos   0,8...0,87 , для яких і призначений спосіб внутрішньої ємнісної компенсації реактивної потужності, кут зсуву фаз між струмом і напругою   30  . У випадку повної компенсації    , тобто необхідно прийняти   30 , що технологічно виконується поділом фазної зони 60° трифазної обмотки статора на дві однакові частини, із кутом між ними 30°. Для аналогу та запропонованого винаходу прийнято кут просторового зміщення внутрішньої напівобмотки відносно зовнішньої   30 у напрямку обертання поля, що забезпечує мінімум реактивного струму намагнічування двигуна та повне знищення у магнітному полі двигуна паразитних   5,7 гармонік, оскільки для двох хвиль МРС вони є протилежними при     180  . Даний спосіб є простим і надійним, він дає можливість зменшити загальний струм двигуна, струм і втрати потужності у незашунтованій частині обмотки статора та у мережі живлення, значно зменшити струм холостого ходу двигуна, отримати коефіцієнт потужності будь-якої величини у межах від номінального до 1, що відрізняє внутрішню ємнісну компенсацію від зовнішньої. Проте для аналогу низькою залишається ступінь використання конденсаторів, оскільки вони вмикаються на половину напруги мережі живлення. Крім того дещо зростають струм і напруга зашунтованої напівобмотки, що знижує ефективність компенсації. Для підвищення ступеня використання конденсаторів по реактивній потужності і ефективності компенсації пропонується застосувати подвійне поєднання внутрішньої та зовнішньої ємнісної компенсації реактивної потужності в асинхронному двигуні шляхом включення конденсаторів попарно на середні точки фаз обмоток статора та окремо на початки двох інших фаз (Фіг.2). При цьому ємнісні струми двох конденсаторів у точках розгалуження утворюють струми, які випереджають напруги на відповідних напівобмотка практично на 90°, чим зумовлюється компенсація реактивних складових струмів напівобмоток у два етапи: від внутрішньої напівобмотки фази до зовнішньої та від зовнішньої напівобмотки до мережі c 30   живлення. Наприклад, до точки a підходить струм I a  I Ba  I aC перпендикулярний до напруги  ' c ' U1A , а струм зовнішньої напівобмотки дорівнює I1A  I1A  I a ; до точки A підходить ємнісний c   струм I A  I BA  I Ac перпендикулярний до напруги UA , а струм у мережі живлення дорівнює   c I A  I1A  I A (Фіг.4). При цьому компенсація реактивної потужності відбувається в два етапи: поперше при підключенні конденсаторів до середніх точок знижується струм зовнішніх '  35  40 c напівобмоток I1A  I1A  I a із найбільшим ефектом при повній компенсації реактивної потужності  двигуна, коли I1A || UA , по-друге компенсація підключенням конденсаторів до початків двох інших фаз може задати струму, споживаному з мережі живлення, активний або випереджувальний ємнісний характер. Змінюючи величини ємностей у схемі обмотки статора, можна в широких межах змінювати "внутрішній" та "зовнішній коефіцієнти потужності" асинхронного двигуна, величини струмів напівобмоток, зменшувати втрати електроенергії в обмотках при заданих пускових моментах двигуна, що показано на Фіг.5. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Трифазний асинхронний електродвигун, фази обмотки статора якого розділені на дві рівні послідовні частини, які просторово зміщені у пазах осердя статора одна відносно одної на кут  =30°, який відрізняється тим, що конденсатори ємнісної компенсації включені попарно на середні точки кожної фази обмотки статора та окремо на початки двох інших фаз. 2 UA 69572 U 3 UA 69572 U 4 UA 69572 U Комп’ютерна верстка А. Рябко 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 5