Асинхронний каскадний двигун з суміщеною фазною обмоткою на роторі

АСИНХРОННИЙ КАСКАДНИЙ ДВИГУН З СУМІЩЕНОЮ ФАЗНОЮ ОБМОТКОЮ НА РОТОРІ

УДК 621.313.3

Лущик В. Д., д. т. н. професор,

Іваненко В.С., магістр,

(ДонДТУ, Алчевськ, Україна)

Карапка В.Д., інженер

(ДП “ Первомайськвугілля ” ).

Анотація

Розглянутий восьмиполюсний каскадний асинхронний двигун з суміщеною фазною обмоткою на роторі, який має кращі пускові характеристики. Досліджено весь спектр гармонік, що створюються каскадною обмоткою в роторі, і їх вплив на роботу двигуна.

Ключові слова: асинхронний двигун, фазна обмотка, ротор, каскадна обмотка, секція.

Експериментальні дослідження каскадних асинхронних двигунів з короткозамкненими роторами із суміщеними обмотками підтверджують високу ефективність суміщення обмоток. Так, наприклад, в двигуні ЕКВ4УС-2 для стругів потужністю Р₂ =110 кВт виробництва Первомайського електромеханічного заводу імені К. Маркса, пусковий момент збільшився в 1,53 рази, максимальний – в 1,16, мінімальний – в 1,5 рази, провал в кривій моменту відсутній, зникає можливість перекидання двигуна. Коефіцієнт корисної дії в номінальному режимі зріс на 1% завдяки збільшенню поперечного перерізу стержнів роторної обмотки, що в звичайних двигунах серійного виконання не практикується із-за погіршення пускових характеристик [1].

В конвеєрному двигуні ВКДВ250LC4 потужністю 132 кВт, а також в двигунах цієї ж серії потужністю 160 і 200 кВт «Донецького електротехнічного заводу», пусковий момент збільшився на 23%, енергетичні показники в номінальному режимі залишились незміні [3].

Але найбільш ефективне застосування каскадних властивостей має місце в асинхронних двигунах з фазною обмоткою на роторі. Якщо в асинхронних двигунах з короткозамкненими роторами каскадні властивості при пуску використовуються частково, щоб не погіршити енергетичні показники в номінальному режимі (розрізають короткозамикаючі кільця тільки верхньої клітки паза), то в асинхронних двигунах з фазною обмоткою в роторі ми маємо можливість використати каскадні властивості з максимально можливою ефективністю. Так, наприклад, в двигуні МА36-52/6Ф потужністю 125 кВт Первомайського електромеханічного заводу, виконаного із суміщеними обмотками по каскадній схемі, пусковий струм при розімкненій роторній фазній обмотці зменшується в 1,66 рази, пусковий момент збільшується в 1,82 рази порівняно з двигуном серійного виконання з накоротко замкненими контактними кільцями [1,2]. Енергетичні показники в номінальному режимі абсолютно однакові порівняно з двигуном серійного виконання. Як показують розрахунки, збільшення пускового моменту можна досягти в три рази, якщо статорну обмотку виконати кроком не у=10, а у=9.

Тому робота по створенню і удосконаленню асинхронних каскадних двигунів з фазною обмоткою є важливою і актуальною. Відомі випадки із практики роботи гірничих електромеханіків, коли на шахтах використовують асинхронні двигуни не з короткозамкненим, а з фазним ротором з огляду на невеликий пусковий струм цих двигунів. Якщо не потрібне регулювання швидкості, асинхронні каскадні двигуни з фазною обмоткою можна зробити безконтактними.

Розглянемо переконструювання восьмиполюсного асинхронного двигуна ВАОК315М-8 в асинхронний каскадний двигун. Роторна обмотка в каскадному режимі при пуску поряд з 2р₁ -полюсним полем (2р₁ =8) повинна утворювати 2р₂ -полюсне поле, яке буде обертатись в зворотньому напрямі. Як показують результати теоретичних і експериментальних досліджень, зворотно-обертове 2р₂ -полюсне поле буде утворюватись, якщо на роторі виконати n короткозамкнених котушкових груп, де n=р₁ +р₂ [1]. Назвемо цю обмотку каскадною обмоткою.

Експериментами було підтверджено, що для ефективного суміщення обмоток число пар полюсів р₂ не повинно відрізнятись від р₁ більше ніж в 2 рази і може бути як менше р₁ , так і більше. Вибір оптимального значення р₂ для кожної конкретної машини в залежності від призначення цієї машини та умов її роботи – це окреме дослідження, яке ще потрібно буде провести. В даному випадку, по аналогії з уже дослідженим шестиполюсним двигуном МА36-52/6Ф, приймаємо р₂ =2р₁ , звідки n=р₁ +р₂ = р₁ +2р₁ =3р₁ =12. Для більш простої технології виконання каскадних котушкових груп доцільно замкнути початки і окремо кінці секцій цих котушкових груп і з’єднати їх шиною. Число пазів ротора Z₂ =84 (в серійному двигуні Z₂ =75). Каскадна обмотка займає ≈43% пазового простору. Решту пазового простору займає трифазна восьмиполюсна хвильова обмотка стержневого типу, яка виводиться на контактні кільця. Під кожною парою полюсів 2р₁ -полюсного поля, створеного статорною обмоткою, знаходиться три короткозамкнені каскадні котушкові групи. Щоб дізнатися, які гармоніки, їх амплітудне значення і напрям обертання, будуть створюватись роторною каскадною обмоткою, достатньо розглянути спектр гармонік, що створюються трьома каскадними короткозамкненими котушками.

Рисунок 1 – Каскадна обмотка

На рисунку 1а показана синусоїдної форми індукція магнітного 2р₁ -полюсного поля, на рисунку 1б – три каскадні короткоз