Особливості та перспективи використання асинхронних двигунів з короткозамкненим статором і перетворенням

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

УДК 621.313.33
ОСОБЛИВОСТІ І ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ асинхронних двигунів з короткозамкнутим статора і перетворення числа ФАЗ
Ставінський А.А., д-р технічних наук, професор; Миронов Д.В.
Україна, м. Миколаїв, Національний університет кораблебудування імені адмірала Макарова.
Забора І.Г., кандидат технічних наук, доцент.
Росія, м. Москва, Московський інститут комунального господарства і будівництва.
Зелений Н.І.; Шуригін В.І.
Україна, м. Нова Каховка, відділення УкрНДІВЕ.
Завдання, що стоять перед людством завдання освоєння космосу і глибин світового океану вимагають розробки спеціальних електричних машин, зокрема асинхронних двигунів (АД). Задачу тривалої і надійного захисту ізольованих витків і котушок обмотки від агресивного середовища можна вирішити двома способами. Першим способом є установка статора в герметичний корпус з відділенням активної поверхні від зазору і ротора суцільною металевою перегородкою, тобто екранування статора [1]. Відповідно до другого способу, можна застосувати статор з короткозамкненим фазами, з'єднаними електрично через гермовводи з перетворювачем числа фаз в герметичній оболонці [2]. Така машина є АД з короткозамкненим статором і перетворювачем числа фаз та напруги (АДКСП).
Використання кожного способу обумовлює істотне погіршення масогабаритних і енергетичних показників, однак застосування АДКСП є більш кращим при товщині герметичній перегородки (товщина металевої гільзи між статором і ротором), що перевищує 0,5 ... 0,7 мм [3]. Згідно [4], застосування АДКСП є також більш кращим у системах електрообладнання глибоководних комплексів, оскільки виключається дроблення потужності приводу механізмів, обумовлене вимогою зниження пускових струмів АД при лінійному напрузі живлення 27 В, а також вирішується, без додаткових заходів, проблема вибухопожежонебезпеки.
Електромеханічна частина АДКСП [2,3] містить короткозамкнений ротор і Z - фазний статор (Z - число пазів статора) з полувітковимі фазами у вигляді встановлених в пазах магнітопроводу стрижнів, які з одного боку лобової з'єднані з Z - фазною вторинною обмоткою трансформаторного перетворювача (ТП ). ТП містить магнітопровід з трифазною первинної розподіленої обмоткою, що створює обертове магнітне поле збудження. Вторинна обмотка ТП є продовженням статорної обмотки електромеханічної частини і замкнута в Z - променеву (стрижневу) зірку.
Особливістю статора АДКСП є практична рівність площі паза перетину суцільного фазного стрижня, а також мала довжина вильоту і металоємність лобових частин. Тому питомі показники електромеханічної частини АДКСП перевищують показники еквівалентного АТ звичайної конструкції зі всипними або стрижневою многовітковой обмоткою статора. Однак у АДКСП [2, 3] для перетворення числа фаз m = 3 в m п = Z використаний трансформатор з обертовим магнітним полем і з первинною розподіленої обмоткою. Недоліком такого трансформатора є значний виліт і обсяг міді лобових частин. Крім того, наявність перетворювальної частини погіршує масогабаритні показники системи за рахунок того, що ТП розраховується на потужність надійного забезпечення пуску, яка перевищує номінальну потужність АДКСП. Істотним недоліком також є значна кількість гермовводов, а позитивною якістю - низька кратність пускового струму в зв'язку з наявністю між мережею та електромеханічної частини ТП.
Зазначені недоліки зумовлюють необхідність удосконалення конструкції АДКСП [2, 3] зменшенням кількості гермовводов до мінімального пазової числа освіти обертається магніторушійної сили (МДС) і зниженням обсягу міді і довжини вильоту лобових частин первинної обмотки ТП.
У разі трифазного харчування та освіти в електромеханічної частини АДКСП обертається МДС на основі чергування фаз по трифазній системі (рис. 1, а) із заданим числом пар полюсів 2р, можливий мінімум числа відводів відповідає кількості пазів на полюс і фазу q = 1 і для 2р = 2, 2р = 4 або 2р = 6 відповідно становить:
(1)



Тому перетворювальна частина АДКСП повинна містити шестифазну (шестістержневую) вторинну обмотку, яка дозволяє створити двох (рис. 1, б), чотирьох або шестіполюсную (рис. 1, в) хвилю обертається МДС статора F s (x) за наявності відповідно 6, 12 або 18 герметичних відводів.
У зв'язку з успіхами електроніки та перетворювальної техніки, на основі [5], можна припустити, що зниження числа вводів і вихідних фаз створює можливість розробки шестифазну напівпровідникового перетворювача (ПП) із зіркою фазних напруг (рис. 1, а). При цьому АДКСП набуває властивостей частотно - регульованого асинхронного електромеханотронного перетворювача. Заміна ТП на ПП дозволяє забезпечити чергування живлять імпульсів стрижневою обмотки статора АДКСП за двофазною системі. У цьому випадку відповідно до числа фаз перетворювача m п = 2 число герметичних відводів відповідно знизиться щодо (1) до значень:



Тому застосування системи ПП із перетворенням m = 3 в m п = 2 є більш привабливим.
Для реалізації розглянутої можливості зниження числа відводів або герметичних вводів у електромеханічну частина, необхідне рішення завдання поліпшення гармонійного складу МДС статора АДКСП з q = 1. Вказана задача вирішується поділом кожної фази ТП або ПП на вході в статор на частини (пайові стрижні), розміщенням цих частин в окремих пазах і замиканням автономними короткозамикающімі кільцями (рис. 2, а) [6]. Наприклад, поділ кожного відводу від фазних гермовводов на чотири частини (розгортка короткозамкненою обмотки на рис. 2, б), у відповідності із зіркою (рис. 1, а) створює структуру F s (x) (рис. 2, в), еквівалентну структурі МДС 24 - пазової статора традиційного АТ.
Застосування первинної обмотки ПТ з q = 1 спрощує укладання котушок і дозволяє знизити довжину вильоту і металоємність лобових частин. Додаткове зниження обсягу міді ТП можливо використанням двошарової обмотки з q = 1 і укороченим кроком. Незважаючи на підвищення обсягу сталі за рахунок зменшення обмоточного коефіцієнта індуктора, таке рішення може забезпечити мінімальні масогабаритні показники АДКСП.

Рис. 1. Зірка пазових електрорушійних сил (а), лінійна розгортка фаз і хвиля магніторушійної сили з числом пар полюсів 2р = 2 (б) і 2р = 6 (в) статора з короткозамкненою стрижневою обмоткою


Основними об'єктами застосування АДКСП є машини та механізми з герметичним електроприводом. Однак при іспользовапніі розглянутих вище конструктивних перетворень і оптимізації геометричних співвідношень активної частини електромеханічного та індукційного перетворювального елементів системи, технічні рішення АДКСП (рис. 3, а) можуть скласти конкуренцію традиційної конструкції потужного короткозамкнутого АД з многовітковой стрижневою обмоткою та індукційним реакторним Р (рис. 3 , б) або автотрансформаторного АТ (рис. 3, в) пускачем з групою вимикачів У 1 ... В 3.
Інший вірогідною областю конкурентної спроможності АДКСП є асинхронні електромеханотронние мікромашини і машини малої потужності з напівпровідникової системою перетворення m = 3 в m п = 2. Такі машини будуть відрізнятися мінімальною матеріаломісткістю і максимальною надійністю електромеханічної частини.
Застосування АДКСП також перспективно в системах рудничного і шахтного силового електрообладнання, в умовах експлуатації яких скупчується в результаті різкої зміни температурних режимів внутрішній конденсат, призводить до швидкого виходу з ладу закритих АТ традиційної конструкції [6].
Рис. 2. Частковий фазного модуля (а), лінійна розгортка фаз і форма магніторушійної сили (б) статора зі стрижневою розділеної короткозамкненою обмоткою з числом пар полюсів 2р = 2:
1 - фазний висновок перетворювача; 2 - гермоввод; 3 - корпус, 4 - введення; 5 - стрижень; 6 - магнітопровід статора; 7 - короткозамикающее кільце.


а)
б)
с)
Рис. 3. Варіанти систем обмеження пускового струму потужних короткозамкнених асинхронних двигунів за допомогою трансформаторного перетворення числа фаз (а), реакторного пускача (б) і автотрансформаторного пускача (в).



Література
1. Вишневський Н.Є., Глуханя Н.П., Ковальов І.С. Машини та апарати з герметичним електроприводом. - Л.: Машинобудування, 1977. - 256 с.
2. Ставінський А.А., Забора І.Г., Кімстач О.Ю. Трансформаторно - асинхронна система електропривода герметичних об'єктів / / Збірник наукових праць УДМТУ. - Миколаїв: УДМТУ, 2000. - № 1 (367). - С. 136 - 140.
3. Ставінський А.А., Забора І.Г., Кімстач О.Ю. Казанський С.Б. Аналіз електромеханічних перетворювачів для герметичного електроприводу / / Електротехніка. - 2002. - № 3. - С. 48 - 53.
4. Ставінський А.А., Забора І.Г. Удосконалення обладнання водолазних комплексів на основі спеціальних виконань електромеханічних пристроїв / / Проблеми автоматики та електрообладнання транспортних засобів. Матеріали Всеукраїнської науково - технічної Конференції з міжнародною участі. - Миколаїв: НУК, 2006 - с. 194 - 202.
5. Лоренц Л. Стан та напрямки подальшого розвитку у сфері розробки, виробництва та застосування силових напівпровідникових приладів / / Електротехніка. - 2002. - № 3. - С. 2 - 16.
6. Індукційна система електропривода герметичних об'єктів. Деклараційній патент на Винахід № 45874А. Україна / Ставінській А.А., Кімстач О.Ю., Забора І.Г., Казанській С.Б. Заявл. 07.08.2001; Опубл. 15.04.2002. Бюл. № 4.
7. Вибухозахищені асинхронні двигуни (конструкція, проектування, експлуатація) / В.А. Яковенко, М.М Волкової, В.В. Кашка і ін; Під ред. В.А. Яковенко. - М.: Енергія, 1977. - 312 с.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Стаття
22.3кб. | скачати


Схожі роботи:
Проектування асинхронних двигунів
Режими роботи асинхронних двигунів
Ремонт магнітної системи асинхронних двигунів
Призначення і конструктивні особливості асинхронних машин змінного струму
Комахи з повним перетворенням
Комахи з повним перетворенням 2
Комахи з неповним перетворенням
Перспективи використання водню в енергетиці
Ресурси Світового океану і перспективи їх використання
© Усі права захищені
написати до нас