CC BY
75
УДК 631.3:621.313.333
ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ СХЕМ ОБМОТОК НА 10/6 ПОЛЮСОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРОВ
© 2013 г. А.А. Павлов, А.Е. Чуркин
Приводится одна из схем обмоток многоскоростных электродвигателей на 10/6 полюсов. Поясняются методы снижения амплитуды низшей гармонической составляющей МДС. Рассматривается влияние затухающего магнитного поля на величину токов при переключении с 6 на 10 полюсов.
Ключевые слова: многоскоростной электродвигатель, полюсопереключаемые ста-торные обмотки, низшая гармоника МДС, двойной шаг обмотки, затухающее поле, переходные токи.
One of windings schemes of the multi-speed electric motors on 10/6 poles is submitted. The decrease method in amplitude of the lowest harmonic MDS component are explained. The influence of a fading magnetic field on the size of currents by switching with 6 on 10 poles is considered.
Key words: multi-speed electric motor, stator windings, lowest harmonic MDS, double pitch winding, damped field, transient currents.
На асинхронные двигатели до 100 кВт приходится большая часть электроэнергии, потребляемой такими машинами, при этом значительная доля их приходится на приводы вентиляторов и насосов. Наряду с двигателями основного исполнения широкое применение находят многоскоростные двигатели.
Для экономичной эксплуатации многоскоростных двигателей необходимо установить, насколько они соответствуют приводимым производственным механизмам по степени загрузки на каждой частоте вращения и по степени использования базового габарита. Чем меньше степень загрузки, тем больше относительная величина реактивной мощности, и тем менее эффективно работает как двигатель, так и питающие его энергетические установки. Увеличение реактивного тока снижает коэффициент мощности электродвигателя.
В многоскоростных двигателях наибольшее применение находят статор-ные обмотки с соотношением пар полюсов 2/1 - «схемы Даландера». Их определённый недостаток заключается в низкой степени использования габарита базового двигателя. Новые приёмы формирования схем полюсопереключаемых статорных обмоток [1] позволяют расширить поиск способов повышения эксплуатационных показателей многоскоростных двигателей.
Для двигателей с 72-мя пазами на статоре целесообразно применить усовершенствованную обмотку на 10/6 полюсов (схемы соединения фаз при 10 и 6 полюсах Д^/УУУ, коб10/кобб = 0,67/0,925) [2].
При переключении полюсов имеют место такие соотношения витков w, потоков Ф и индукций в воздушном зазоре Вз (ке - коэффициент ЭДС):
W10 = кюУ „0 Кб 6ф6 w6 ke6UH6 кобюФ10
Ф
10
Ф6
0,55;
= 10 _ Фю. = 1,667 • 0,55 = 0,913. Вя6 6 Ф6
0,92
380 • 0,925- Ф6 = 4.
220 • 0,67 • Ф
10
По соотношению индукций двигатель в полной мере подходит для привода вентилятора, при этом габарит базового ше-стиполюсного двигателя используется полностью. Отрицательной стороной двухслойной обмотки является то, что при 2р = 10 МДС содержит значительную амплитуду низшей гармоники.
Двухслойная обмотка двойного шага (кобю/кобб = 0,614/0,925), у которой первым
шагом является шаг верхнего слоя - шаг цепной обмотки, а вторым - шаг второго слоя, позволяет значительно уменьшить амплитуду низшей гармоники [2]. Снижению амплитуды низшей гармоники способствует укорочение шага второго слоя. Для обмотки с шагом у = 10 (кобю/кобв = 0,614/0,925) при переключении полюсов отношение потоков и индукций в воздушном зазоре:
w
10
w6
к^и н10 Кб 6ф6
ке6ин6 коб10Ф10
Ф
380 • 0,925- Ф6 ' 220 • 0,614 • Ф
10
10
Ф6
= 0,60;
= 10 ^ Фю. = 1,667 • 0,60 = 1. В86 6 Ф6
Соответственно, для обмотки с шагом у = 9 (кобю/кобв = 0,685/0,885):
w
10
ке10и -ю ко
Ф6
w,
= 0 92 380 • 0,885 • Фс = 4;
6
__н10 ' ^об 6^6
кМ..6коб10Ф10 220 • 0,685• Ф
Ф
е6 н6 об10
В
6 10
10 = 0,513; Вм _ 10 • Ф^ = 1,667• 0,513 = 0,86.
6 ^86 6 Ф6
За обмоточные данные двигателей на
Одна из схем обмоток на 10/6 полю-10/6 полюсов принимаются данные базо- сов показана на рисунке 1. вых шестиполюсных двигателей.
01 6Юи и 2 03 ОЮУ 04 65 б1(МОб
Рисунок 1 - Схема обмотки на 10/6 полюсов (кобю/коб6 = 0,735/0,90)
Особенностью двигателей на 10/6 полюсов является то, что при переключении на 2р = 10 затухающее шестиполюсное по-
ле наводит в каждой фазной обмотке ЭДС, амплитуда которой рассчитывается по формуле [3]:
Е = и • (1 - а ) • а/ • ! а^1-^_
6т 6фт 6 Г6 \(а§ 6Гб -аб ^ )2 +(аГб +§6 •ад б)2 , (1)
где а ,а
" Г 6 ' Г 6
а .у 6 , а6 - коэффициенты,
обусловленные активными и реактивными составляющими сопротивлений обмоток статора и ротора при 6 полюсах;
и6фт - амплитуда фазного напряжения при 6 полюсах, В;
§6 - скольжение ротора при 6 полюсах.
Расчет амплитуды суммарной ЭДС, приложенной к фазной обмотке при 10 полюсах, поясняется схемой соединения обмотки (рисунок 2). При этом необходимо учитывать, что сначала контактами КМ2 собирается схема обмотки, а затем контактами КМ1 подключается питающее напряжение. Так как контакты замыкаются не мгновенно, а в течение некоторого интервала времени Д1;, то ЭДС, наводимая в фазных обмотках, снижается и её величина определяется выражением
Е'
= е е -®0Д1 аг
(2)
где А1 - интервал времени замыкания
Ю0 - круговая частота, определяемая ч-а1стотой питающего напряжения, с ;
аг - коэффициент затухания ЭДС при переключении обмотки статора на 10 полюсов.
Так как треугольная часть схемы при 10 полюсах образуется обмотками разных фаз предыдущего шестиполюсного включения, то ЭДС между двумя нулевыми точками Етт рассчитывается по формуле
Е
^ 3
3 Е
6 т
(3)
10С1
КМ1
и1.10фт /е
КМ1
Рисунок 2 - Соединение частей обмотки при переключении электродвигателя на 10 полюсов
С учетом формул (1-3), можно рас- фазной части обмотки при включении на считать суммарную ЭДС Етс, наводимую в 10 полюсов:
Е
2Ет
) 2+(Е6т )2 -4ЕтТЕ6 тСС8150°
(4)
Под действием этой ЭДС, а также питающего напряжения и1.10фт появляются переходные токи (рисунки 3, 4).
/
/
6 т
6 т
контактов, с;
/
Рисунок 3 - График расчётного переходного тока при переключении с 6 на 10 полюсов для одной фазы
М ли
10
о 10
¿0 -30 ■10
д V
г : N
£ № ■ ,
! Н Л Л, Л г
л л и . и V 1/4, щ
1 г ! 1 1 ,'■ А г А Л Л. 1
6.01 вШЗ ■ ГШ ■ С,04 1 0,« Л ели Ы ИНГ
\ 1 * Л X .1 "Л
1/ / 1 V " ЛдГ /
\ V
■
г 17ч
1
V
Рисунок 4 - Графики экспериментального переходного тока при переключении с 6 на 10 полюсов для трех фаз
Очевидно практически полное совпадение амплитудных значений тока для момента времени 0,005-0,007 с, которые более чем на 30% превышают наибольшие значения тока при прямом пуске электродвигателя на 10 полюсах. Следует иметь в виду, что до полного замыкания треуголь-
ной части обмотки при 10 полюсах три ЭДС Етт представляют собой систему нулевой последовательности. При этом суммарная величина ЭДС разомкнутого треугольника равна 3Етт, ее график изменяется по экспоненциальному закону (рисунок 5).
ЗЕщт.В
1000 эоо 600 400 200 о -200 -400 -600 -800 -1000 -1200
р
\
I \ \ /Л
1 \ / V " \
\ / \ [ V \
/ \ / \
] 0,01 / 0,02 \0 03 / 0,04
\ / \ / \
\ / \ /
\ / \ /
\ /
Рисунок 5 - График расчётной суммарной ЭДС открытого треугольника
Для повышения эксплуатационной необходимо учитывать переходные токи и надежности многоскоростного электро- ЭДС (формула (4)), возникающие при ре-привода с двигателем на 10/6 полюсов гулировании частоты вращения. Если тех-
нологический процесс допускает выдержку времени при переключении частот вращения, то влияние затухающего магнитного поля снижается и не происходит оплавление контактов переключателя переходным током, ограниченным только внутренним сопротивлением обмотки.
Литература
1. Богатырёв, Н.И. Электрические машины переменного тока / Н. И. Богатырёв, В.Н. Ванурин, О.В. Вронский. - Краснодар: КубГАУ, 2007. - 301 с.
2. Ванурин, В.Н. Статорные обмотки многоскоростных асинхронных двигателей для привода вентиляторов / В.Н. Ванурин, А. А. Павлов, Т.В. Жидченко. - Краснодар: КубГАУ, научный электронный журнал. Номер: 87(03), март 2013. Опубликовано: 29.03.2013. IDA [article ID]: 0871303063.doc (zip, 1954 ^).pdf (1578 кБ).
3. Чуркин, А.Е. Рациональные схемы полюсопереключаемых обмоток стационарных электроприводов установок АПК / А.Е. Чуркин, А.А. Павлов. - Зерноград: ФГБОУ ВПО АЧГАА, 2012. - 169 с.
Сведения об авторах
Павлов Андрей Александрович - ассистент кафедры энергетики Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел.: 8(86359) 42-4-00.
Чуркин Александр Евгеньевич - канд. техн. наук, доцент кафедры электрических машин Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел.: 8(86359) 34-8-85.
Information about the authors
Pavlov Andrey Aleksandrovich - assistant of the Power engineering department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone: (86359) 42-4-00.
Churkin Alexander Yevgenievich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the Operation of power installations and electrical machines department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (г. Зерноград). Phone: 8(86359) 34-8-85.
УДК 620.92
ЭКОЛОГО-БЕЗОПАСНЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ © 2013 г. В.Я. Жарков, Л.Е. Никифорова
Приведен краткий анализ принципов работы тепловых насосов и предложен эколо-го-безопасный тепловой насос, который содержит испаритель, вакуумный насос, конденсатор и дроссель, объединенные в замкнутый циркуляционный контур теплового насоса с хладагентом в виде высококипящего вещества с плюсовой температурой кипения при нормальном атмосферном давлении.
Ключевые слова: испаритель, конденсатор, вакуумный насос, дроссель, давление.
Brief analysis of heat pumps principles are considered and ecologically heat pump, which contains an evaporator, vacuum pump, capacitor and throttle, combined in a closed circulation circuit of the heat pump refrigerant in a high boiling point substance from the positive boiling at atmospheric pressure is offered.
Key words: evaporator, capacitor, vacuum pump, throttle, pressure.
