Особенности построения схем обмоток на 10/6 полюсов для двигателей привода вентиляторов

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 статорные 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 А-Ү/ҮҮҮ, к об іо / к об 6 = 0,67/0,925) [2].

При переключении полюсов имеют место такие соотношения витков w , потоков Ф и индукций в воздушном зазоре В δ ( k e – коэффициент ЭДС):

^ 10 _ ке 10 U н 10 к об 6 Ф б _₀₉₂ 380 • 0,925 • Ф б _{= 4}. W 6    к е 6 U н 6 к об 10 Ф 10     ,   220 • 0,67 • Ф 10     ;

Ф ¹⁰ = 0,55;   5 ^ 10 = 10 • Ф ¹⁰ = 1,66₇ • 0,55 = 0,913.

Ф б          В ₅ 6    6   Ф б

По соотношению индукций двигатель в полной мере подходит для привода вентилятора, при этом габарит базового шестиполюсного двигателя используется полностью. Отрицательной стороной двухслойной обмотки является то, что при 2 р = 10 МДС содержит значительную амплитуду низшей гармоники.

Двухслойная обмотка двойного шага (kоб10/kоб6 = 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 (kоб10/kоб6 = 0,614/0,925) при переключении полюсов отношение потоков и индукций в воздушном зазоре:

Wk = ке 10Uн 10коб6Фб _ 0 92 380• 0,925• Фб = 4W6   ке 6Uн 6 коб 10 Ф10    ,   220 • 0,614 • Фю

Ф ¹⁰ = 0,60;

Ф 6

В^ = 10 • Ф о = 1,667 • 0,60 = 1.

В56   6

Соответственно, для обмотки с шагом у = 9 ( k об 10 / k об 6 = 0,685/0,885):

W 10 _ к е 10 U н 10 к об 6 Ф 6     о₇ 380 • 0,885 • Ф 6

0,924;

W 6    к е 6 U н 6 к об 10 Ф 10         220 • 0,685 • Ф_№

Ф ¹⁰ - 0,513;    В ¹⁰ - ¹⁰ • Ф ¹⁰ - 1,667 • 0,513 - 0,86.

ФВ

6                         д 66

За обмоточные данные двигателей на 10/6 полюсов принимаются данные базовых шестиполюсных двигателей.

Одна из схем обмоток на 10/6 полюсов показана на рисунке 1.

61 дюи 02  03 O10V 04  05 O10WO6

Рисунок 1 – Схема обмотки на 10/6 полюсов ( k об 10 / k об 6 = 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]:

Ε

6 m

/

= U • (1 — о ) • a • 6фm          6      r6

a 2б + (1—S6)2

V (a^, -a^t "Gt —Sfi )2 + (ai, +Sfi -a^A )2 s6 r6    6     6         r6     6 s6

/

α ,α где _{r 6} ^, _{r 6}

/

, a s 6 , ^6 — коэффициенты, обусловленные активными и реактивными составляющими сопротивлений обмоток статора и ротора при 6 полюсах;

U 6фm – амплитуда фазного напряжения при 6 полюсах, В;

S 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 Δt, то ЭДС, наводимая в фаз-

Е её величина

/

6m .

Рисунок 2 – Соединение частей обмотки при переключении электродвигателя на 10 полюсов

ных обмотках, снижается и определяется выражением

С учетом формул (1–3), можно рассчитать суммарную ЭДС Е mc , наводимую в

_/            -ω Δtα

Е = Ee      r ,

6 m      6 m

где At - интервал времени замыкания контактов, с;

ω 0 – круговая частота, определяемая частотой питающего напряжения, с^-1;

a r - 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 Е mт рассчитывается по формуле

фазной части обмотки при включении на 10 полюсов:

Е = J( 2EmT ) +( BL. ) — 4E TE/ cos150° .

mc          m T       6 m       m T 6 m

Под действием этой ЭДС, а также питающего напряжения U 1.10фm появляются переходные токи (рисунки 3, 4).

Рисунок 3 – График расчётного переходного тока при переключении с 6 на 10 полюсов для одной фазы

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 EmT представляют собой систему нулевой последовательности. При этом суммарная величина ЭДС разомкнутого треугольника равна 3EmT, ее график изменяется по экспоненциальному закону (рисунок 5).

Рисунок 5 – График расчётной суммарной ЭДС открытого треугольника

Для повышения эксплуатационной надежности многоскоростного электропривода с двигателем на 10/6 полюсов необходимо учитывать переходные токи и ЭДС (формула (4)), возникающие при регулировании 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.