ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к синхронным машинам с постоянными магнитами и может найти применение при разработке магнитоэлектрических вентильных двигателей. Данная полезная модель может быть использована в любой промышленности, где применяется электропривод, а также при создании объектов, к которым предъявляются высокие требования относительно пускового момента, уровня шумов и вибраций.
Известен вентильный электродвигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, статор с уложенной в его пазы обмоткой, отличающийся тем, что обмотка статора выполнена по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным шагом обмотки, соединенной в треугольник, при этом укорочение составляет одну треть от диаметрального шага обмотки [1]. Данное устройство взято за прототип. В прототипе решается задача исключения наведения э.д.с. тройной частоты в той части совмещенной обмотки, которая соединена в треугольник, с последующим уменьшением зубцовых пульсаций электромагнитного момента и вихревых токов в постоянных магнитах.
Недостатком прототипа является наличие ощутимых пульсаций электромагнитного момента, размах которых составляет 2,5% от номинального момента.
Задачей полезной модели является уменьшение уровня пульсаций магнитного поля в воздушном зазоре вентильного двигателя, содержащего ротор с постоянными магнитами, статор с уложенной в его пазы трехфазной обмоткой, выполненной по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным на одну треть шагом части обмотки, соединенной по схеме «треугольник».
Технический результат состоит в уменьшении добавочных потерь в вентильном двигателе с трехфазной обмоткой, выполненной по схеме соединения «звезда-треугольник», в уменьшении уровня пульсаций электромагнитного момента, обусловленных несинусоидальностью токов и напряжений статора.
Технический результат достигается за счет смещения части трехфазной обмотки, выполненной по схеме соединения «треугольник» с укороченным на одну треть от диаметрального шагом, относительно части трехфазной обмотки, выполненной по схеме соединения «звезда» на 15 эл. градусов.
На фиг. 1 представлена диаграмма возможного варианта чередования э.д.с. на активных сторонах катушечных групп трехфазной обмотки, выполненной по схеме соединения «звезда-треугольник», с учетом соотношения значений э.д.с. на сторонах катушечных групп, соединяемых в «звезду» и в «треугольник», а также с учетом смещения по фазе между этими э.д.с. На фиг. 2 и фиг. 3 представлены, соответственно, две части схемы электрической соединений возможного варианта трехфазной четырехслойной обмотки типа «звезда-треугольник» вентильного двигателя, соединяемые по схеме «звезда» (фиг. 2) и по схеме «треугольник» (фиг. 3). На фиг. 4 показан характер пульсаций электромагнитного момента магнитоэлектрического вентильного двигателя с трехфазной обмоткой, выполненной по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным на одну треть шагом части обмотки, соединенной в треугольник.
Y
Δ
wY
wΔ
Трехфазная обмотка, выполненная по схеме соединения «звезда-треугольник», части которой представлены на фиг. 2 и фиг. 3 имеет следующие параметры: число фаз m=3, число пазов (зубцов) z=24, число полюсов 2p=2, число пазов (зубцов) на полюс и фазу q=z/2pm=4, полюсное деление τ=z/2p=12. Шаг обмотки, соединенной по схеме «звезда» (фиг. 2): y=(3/6)τ=10. Шаг обмотки, соединенной по схеме «треугольник» (фиг. 3): у=(2/3)τ=8. Тогда обмоточные коэффициенты обмоток, выполненных по схеме соединения «звезда» (k) и по схеме соединения «треугольник» (k) будут равны:
Таким образом, существенное укорочение шага обмотки, соединенной по схеме «треугольник», не приводит к значительному снижению обмоточного коэффициента этой обмотки.
Размах пульсаций электромагнитного момента (фиг. 4) для вентильного двигателя мощностью 75 кВт, выполненного на базе серийного восьмиполюсного синхронного двигателя ДС-102-8 с обмоткой статора по схеме соединения «звезда-треугольник» с укороченным на одну треть шагом части обмотки, соединенной в треугольник, с линейным напряжением 380 В, током 141 А, работающего в номинальном режиме от инвертора тока, равен примерно 20 Н⋅м [2]. При этом количество пульсаций момента на периоде переменного тока увеличилось вдвое по сравнению с вентильным двигателем, имеющим обычную трехфазную обмотку, соединенную по схеме «звезда», размах пульсаций уменьшился примерно до 24 Н⋅м (уменьшился в 2,5 раза) и составил 2,5% от номинального момента.
Очевидно, что применение предлагаемой трехфазной обмотки, состоящей из двух частей, имеющих взаимный сдвиг на 15 эл. градусов, позволяет для вентильного двигателя с постоянными магнитами уменьшить амплитуду пульсаций электромагнитного момента в 4-5 раз, количество таких пульсаций на периоде довести до 24.
Таким образом, применение в вентильном двигателе предлагаемой трехфазной обмотки, выполненной по схеме соединения «звезда-треугольник», приведет к уменьшению уровня пульсаций электромагнитного момента, обусловленных несинусоидальностью токов и напряжений статора, что также приведет к уменьшению добавочных потерь.
Источники информации
1. Патент №2652102 от 25.04.18. Вентильный электродвигатель.
2. Афанасьев А.А., Никитин В.М., Токмаков Д.А. Комбинированная обмотка «Славянка» // Электричество. - 2017. - №6. - С. 53-58.