повышение эффективности асинхронных двигателей. Способы повышение эффективности работы асинхронных электродвигателей для подъемных механизмов

• Название: Способы повышение эффективности работы асинхронных электродвигателей для подъемных механизмов
• Анкор: повышение эффективности асинхронных двигателей
• Дата: 11.12.2021
• Размер: 122.67 Kb.
• Имя файла: Akhmedyanov_T.V._.docx
• Тип: Документы; #300069

УДК 621.313
Т.В. АХМЕДЬЯНОВ

[e-mail]

Науч. руковод. – канд. техн. наук, доцент Р. М. САЛИХОВ
Уфимский государственный авиационный технический университет
СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ
Аннотация: Актуальность работы заключается в том, что Важнейшим условием

эффективного функционирования любого производственного предприятия

является безотказность работы установленного там технологического

электрооборудования (ЭО), которая определяется надлежащей организацией

системы поддержания его эксплуатационной надежности. Снижение затрат на

поддержание и восстановление работоспособности оборудования в процессе

эксплуатации и ремонта - задача весьма сложная и важная, так как большинство

производственных потребителей электрической энергии в настоящее время

испытывает большие финансовые трудности.

Ключевые слова: электрические машины; электродвигатель, двигатель асинхронный, мощность, скорость вращения, КПД.
Важнейшим условием эффективного функционирования любого сельскохозяйственного предприятия является безотказность работы установленного там технологического электрооборудования (ЭО), которая определяется надлежащей организацией системы поддержания его эксплуатационной надежности. Снижение затрат на поддержание и восстановление работоспособности оборудования в процессе эксплуатации и ремонта - задача весьма сложная и важная, так как большинство сельскохозяйственных потребителей электрической энергии в настоящее время испытывает большие финансовые трудности.

На сегодняшний день существуют различные способы оптимизации работы двигателя и повышения его эффективности, которые широко применяются на производствах. Это может быть и повышение КПД машины, и увеличение коэффициента мощности, и включение схем запуска двигателей. Для разных типов двигателей они свои, в связи различными принципами работы и поддержания устойчивого режима работы. Конкретно для АД существуют несколько вариантов пуска двигателя, каждый из которых по разному запускает двигатель. Это может быть как механический пуск, путем механического разгона двигателя, так и электрический путем использования электрических схем и дополнительных обмоток в двигателе.

Данное устройство относится к электротехники, в частности к конструкциям высокооборотных асинхронных двигателей. Технический результат – увеличение тока и МДС, индуцируемых потоком взаимоиндукции. Ротор высокооборотного асинхронного двигателя выполнен массивным, при этом на внешней поверхности массивного ротора выполнены пазы, в которые уложена короткозамкнутая обмотка в виде стержней, которые гальванически соединены по торцам ротора вращающимися короткозамыкающими медными дисками. В центральной части ротора выполнена расточка, в которой размещена цилиндрическая полая медная втулка. Диаметр расточки Dраст, а также внешний диаметр медной втулки Dвшн и ее внутренний диаметр Dвнтр выбраны из условий: Dраст≤D0, где D0- часть магнитной цепи ротора вне воздействия магнитного потока, Dвшн=Dраст, Dвнтр<Dраст. Максимальная толщина медной втулки в расточке выбрана из условия t=0,5⋅(Dвшн- Dвнтр). С обоих торцов ротора медная втулка гальванически соединена с вращающимися короткозамыкающими дисками и со стержнями в пазах ротора. 3 ил.



Рисунок 1 – Ротора с медной втулкой в центральной расточке:

1 - пазы ротора медные, 2 - короткозамыкающие диски медные,

3 - цилиндрическая полая медная втулка, 4 - вентиляционное отверстие, 5 - отверстия под шпильки для муфты.

Высокооборотный асинхронный двигатель, включающий ротор, содержащий вал, неподвижно и соосно укрепленный на валу осесимметричный ферромагнитный сердечник-магнитопровод с наружной поверхностью в форме кругового цилиндра и электрическую обмотку типа «беличья клетка», отличающийся тем, что ротор выполнен массивным, при этом на внешней поверхности массивного ротора выполнены пазы, в которые уложена короткозамкнутая обмотка в виде массивных стержней, которые гальванически соединены по торцам ротора вращающимися короткозамыкающими медными дисками, при этом в центральной части ротора выполнена расточка, в которой размещена цилиндрическая полая медная втулка, причем диаметр расточки D_РАСТ, а также внешний диаметр медной втулки D_ВШНи ее внутренний диаметр D_ВНТР выбраны из условий: D_РАСТ≤D₀, где D₀- часть магнитной цепи ротора вне воздействия магнитного потока, D_ВШН=D_РАСТ, D_ВНТР<D_РАСТ, а максимальная толщина медной втулки в расточке выбрана из условия t=0,5*(D_ВШН-D_ВНТР), кроме того, с обоих торцов ротора медная втулка гальванически соединена с вращающимися короткозамыкающими дисками и со стержнями в пазах ротора.

Прототип относится конструкциям высокооборотных асинхронных двигателей и может быть использовано в электроприводах и электрогенераторах различного назначения.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным устройством признаков.

Известен ротор асинхронной электрической машины, содержащий вал, неподвижно и соосно укрепленный на валу осесимметричный ферромагнитный сердечник-магнитопровод с наружной поверхностью в форме кругового цилиндра и электрическую обмотку типа «беличье колесо», отличающийся тем, что ферромагнитный сердечник-магнитопровод составлен из продольных элементов, выполненных из материала, обладающего как минимум аксиальной электропроводностью, причем указанные продольные элементы с помощью лобных проводников-перемычек электрически соединены между собою только своими торцевыми частями, образуя обмотку типа «беличье колесо». Лобные проводники-перемычки выполнены как две металлические шайбы, которые электрически замыкают торцевые части продольных элементов.

Известна конструкция короткозамкнутых асинхронных двигателей, применяемых для различных отраслей промышленности и питаемых от промышленной сети (50 Гц). Статор этих двигателей - шихтованный, набран из лакированных листов электротехнической стали толщиной обычно 0,5 мм. В статоре выштампованы пазы, в которые уложена трехфазная обмотка (катушечная или стержневая). Ротор - также шихтованный из той же электротехнической стали. В роторе выштампованы пазы, в которые уложена коротко-замкнутая обмотка в виде массивных стержней, замкнутых по обоим торцам ротора короткозамыкающими кольцами. Вращающий момент, развиваемый двигателем, передается приводному механизму через вал, закрепленный в теле ротора. Этот момент может быть передан через торцевую муфту, к которой крепятся несколько изолированных шпилек в теле ротора.

Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве его прототипа

Сущность решаемой прототипом задачи поясняется чертежами, где на Рисунке 2 представлено распределение потока взаимоиндукции в поперечном сечении двигателя промышленной частоты, на Рисунке 3 - распределение потока взаимоиндукции в поперечном сечении высокооборотного двигателя.



Рисунок 2 – Распределение потока взаимоиндукции в поперечном сечении двигателя промышленной частоты



Рисунок 3 – Распределение потока взаимоиндукции в поперечном сечении высокооборотного двигателя

Сопоставление распределения этого потока Ф_ВЗ в поперечном сечении двигателя промышленной частоты и высокооборотного (высокочастотного) двигателя с частотой тока в стержнях ротора 160 Гц показывает, что для двигателя промышленной частоты поток Ф_ВЗ замыкается через активную сталь статора, зазор, активную сталь ротора и частично через вал. Однако, для высокочастотного двигателя в отличие от этого распределения поток Ф_ВЗ охватывает лишь часть активной стали ротора, не достигая центрального отверстия с валом. Эти особенности распределение потока ротора Фрот вызваны проявлением поверхностного эффекта в его активной стали .

Таким образом, для высокочастотного двигателя часть магнитной цепи ротора (обозначена диаметром D₀на рисунке 3) остается вне воздействия магнитного потока Ф_ВЗ. Величина этого диаметра определяется частотой тока ƒ, протекающего по стержням ротора: D₀≈ƒ^0,5. Отсутствие учета этой особенности высокочастотных двигателей приводит к неоправданному увеличению их веса и габаритов.

Задачей заявляемого данного устройства является снижение эквивалентного сопротивления короткозамкнутой системы, расположенной на роторе высокооборотного двигателя, что обеспечивает возможность увеличения тока и МДС, индуцируемых потоком взаимоиндукции, а также снижения веса и габаритов ротора двигателя.

Также известен прототип относящиеся к области электротехники, в частности к низкооборотным асинхронным двигателям с питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапецеидальной формы. Технический результат – повышение эффективности.


Рисунок 4 –
Низкооборотный асинхронный двигатель с питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапециидальной формы

1 - Электронный блок;

2 ,3 – электронные источники тока; 4 – АД

Низкооборотный асинхронный двигатель с питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапецеидальной формы содержит статор с двухфазной многополюсной обмоткой, каждый полюс которой сосредоточен на одном зубцовом делении с одинаковой индукцией в зазоре каждого зубца полюса и расположен на внутренней стороне статора в периодической последовательности северный полюс первой фазы - северный полюс второй фазы - южный полюс первой фазы - южный полюс второй фазы (…-N1-N2-S1-S2), два электронных управляемых источника тока. Выход первого источника тока соединен с выводом обмотки первой фазы, а другого - соответственно с выводом второй фазы. Электронный блок с двумя выходами формирует периодические сигналы задания тока фаз трапецеидальной формы с положительной трапецией в первом и отрицательной во втором полупериодах, сдвинутых по времени на четверть периода. 2 ил.

Область применения предлагаемого асинхронного двигателя с низкой синхронной скоростью и питанием от электронного управляемого по частоте источника тока трапециидальной формы, позволяет создать электропривод типа мотор-колесо с максимальным вращающим моментом на низких частотах вращения и наименьшим весом по сравнению с приведенными аналогами низкооборотных асинхронных двигателей, а также электроприводов разнообразных механизмов без понижающих редукторов.

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для повышения надежности асинхронных двигателей общепромышленного применения.

Итак, в работе рассмотрены АД, его характеристики, варианты исполнения ротора. Сделан вывод о необходимости обеспечить снижению или же увеличению числа оборотов двигателя, а также и КПД, что снизило бы затраты на материалы и энергообеспечении.

Проведен анализ научно-технической литературы по современным конструкциям схем запуска и управления АД. Анализ литературы показывает, что мировыми научно-исследовательскими коллективами ведутся работы по улучшению и разработке новых схем и систем, однако, на данный момент конкретных технических решений по этому вопросу не предлагается.

Основной частью работы является то, что рассмотрены возможные варианты повышения эффективности самого АД и предложены конкретные конструктивные схемы. Также описаны модели таковых систем.

Патентный обзор показал, что данный вопрос имеет достаточно широкий охват, но при этом работы по совершенствованию самих двигателей и используемых систем ведутся и направлены на повышение эффективности их работы и затрагивают наиболее перспективные из областей развития асинхронных машин.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Стексов В. М. ,Стексов А. М., Стексов И. М. Асинхронный низкооборотный двигатель с сосредоточенными полюсами и питанием от электронного управляемого источника тока специальной трапецеидальной формы // Патент РФ №2672032. 2018. [Электронный ресурс] https://yandex.ru/patents/doc/RU2672032C1_20181108 (дата обращения: 15.08.20).

2. Богуславский И. З., Кручинина И. Ю., Хозиков Ю. Ф., Любимцев А. С., Рогачевский В. С., Дубицкий С.Д. Высокооборотный асинхронный двигатель// Патент РФ №2672255. 2018 [Электронный ресурс] https://yandex.ru/patents/doc/RU2672255C1_20181113 (дата обращения: 16.08.20).

3. Применение асинхронных электродвигателей в промышленности [Электронный ресурс]. – URL: https://cable.ru/articles/id-787.php (дата обращения 20.08.2020).

4. Артюхов Е. А. Асинхронный двигатель // Патент РФ №189546. 2019 [Электронный ресурс] https://yandex.ru/patents/doc/RU189546U1_20190528 (дата обращения 20.08.2020).

5. Асинхронный электродвигатель [Электронный ресурс] – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Асинхронная_машина (дата обращения 21.08.2020).

6. Принцип действия и устройство трехфазного коллекторного электродвигателя с питанием со стороны ротора [Электронный ресурс] –

URL: https://elenergi.ru/princip-dejstviya-i-ustrojstvo-trexfaznogo-kollektornogo-elektrodvigatelya-s-pitaniem-so-storony-rotora.html (дата обращения 21.08.2020).

7. Крановые электродвигатели [Электронный ресурс] – URL: https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fwww.asutpp.ru%2Fkranovye-elektrodvigateli.html (дата обращения 21.08.2020).