CC BY
4УДК 621.313.3
Бабенко П.А.
студент 2 курса, направления «Теплоэнергетика и теплотехника» «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Волжском
(г. Волжский, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ВАРИАЦИЙ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РАБОТЫ
Аннотация: в данной работе приводится оценка влияния измененной конструкции обмотки асинхронного двигателя малой мощности на различные показатели энергоэффективности. Рассмотрены экспериментальные данные, полученные для двигателя АИР71А2, сделаны выводы о целесообразности модификации.
Ключевые слова: обмотка асинхронного двигателя, энергоэффективность, конструкция асинхронных машин, энергетические характеристики.
Широкое применение асинхронных машин на промышленных предприятиях и в быту обуславливает актуальность научных изысканий в области повышения энергоэффективности асинхронных двигателей. Данный подход экономически целесообразен в современных условиях, когда вопросы энергосбережения стоят достаточно остро. В данном контексте динамично развивается направление исследований, посвященное влиянию модификаций конструкции асинхронных машин на их рабочие и энергетические характеристики. Предлагается использование композитных материалов, уменьшение воздушного зазора в статоре, применение регулируемых сопротивлений короткозамкнутой обмотки, двух слоев проводника на роторе (АМ с двухслойным ротором), дополнительная герметизация и т.п.
Рассмотрим подробнее влияние электромагнитных свойств обмотки на энергоэффективность. Целью данной работы является анализ количественных и
качественных изменений рабочих характеристик асинхронной машины при модификации её обмоток.
Ток, протекающий в обмотке статора, создает магнитное поле, при чем составляющие высших гармоник приводят к росту индуктивности обмотки, а соответственно, к падению напряжения в ней. Для учета этого влияния рассчитывается коэффициент дифференциального рассеяния та, минимизация этого показателя определяет эффективность работы обмоток за счет отсутствия высших гармоник.
X I
та = т- 1= г- 1 (1)
л г ¿/г
где Хг - главное индуктивное сопротивление, -общее индуктивное сопротивление обмотки, Ьг-индуктивность основной гармоники, Ь - общая индуктивность обмотки от всех гармоник поля.
Модернизация конструкции обмоток в виде увеличения числа фаз способствует сглаживанию формы магнитного поля, снижения коэффициента та. Для роста числа фазных зон, совмещенная трехфазная обмотка должна состоять из двух частей, одна соединяется по схеме А, вторая - У . Между собой обмотки могут соединяться как последовательно, так и параллельно (рис. 1).
о а
Рисунок 1. Соединение частей совмещенных обмоток.
Благодаря смещению фазных зон треугольника относительно соответствующих зон звезды, может быть получена 12-зонная обмотка, электромагнитные свойства которой выше, по сравнению со стандартной, 6-
зонной обмоткой. Пусковые характеристики такого асинхронного двигателя характеризуются большей величиной пускового момента (рост на 14 %), ростом тока короткого замыкания (на 3,4 %), мощности короткого замыкания (на 5,84 %) при напряжении 220 В [3]. Данные приведены для двигателя АИР71А2, мощность 0,75 кВт.
Косвенное влияние рассматриваемая модификация оказывает на активное сопротивление обмотки статора, приводя к его снижению, при условии отсутствия увеличения (либо даже за счет уменьшения) относительного шага катушки. Электрические потери в обмотке уменьшаются пропорционально квадрату фазного тока II, а также зависят от нагрузки двигателя. Разность в значении сопротивления обмотки у вышеупомянутого двигателя АИР71А2 составила 5,3 % после модернизации.
Что касается вышеупомянутого коэффициента та, то его величина зависит от количества пазов, приходящихся на пару полюсов 2. С ростом числа пазов, разность в коэффициенте дифференциального рассеяния между 6-зонной и 12-зонной видами обмотки достигает 58,9 % (при 2 = 48). Минимизация та достигается при использовании совмещенной 12-зонной обмотки со сплошными фазными зонами (т^ = 0,013). Анализ полученных результатов свидетельствует об эффективности внедрения данной модификации у асинхронных машин не только большой и средней, но и малой мощностей.
Полученные данные соотносятся с работой [4]. Отдельной проблематикой выделяется отсутствие унифицированной методики оценки энергетических характеристик усовершенствованного асинхронного двигателя. Кроме того, часто замена классических обмоток на совмещенные может производиться в процессе ремонта, соответственно, необходимо сравнение рабочих характеристик машин с классической и с совмещенной обмоткой до и после ремонта.
Анализ экспериментальных данных выявил повышение КПД на 4,7% в результате ремонтных работ. При этом, модификация обмоток обусловила рост КПД на 0,6% в послеремонтном периоде.
Таким образом, в работе были собраны и структурированы несколько различных показателей энергоэффективности для модифицированной конструкции асинхронной машины. Рассмотренное предложение по использованию совмещенных обмоток определяется экономически целесообразным, при чем даже для машин малой мощности, что расширяет сферу применения разработки. Полученные данные могут использоваться при экономическом расчете, а также для проверки работоспособности математической модели усовершенствованного аппарата.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Прибылова, Н. В. Энергоэффективные асинхронные двигатели для регулируемого электропривода / Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе : материалы международной научнопрактической конференции, 2022. - С. 133-140.
2. Патент на полезную модель № 197319 Ш Российская Федерация, МПК Н02К 3/28. Трёхфазная 12-зонная одно-двухслойная обмотка статора : № 2020102866 : заявл. 23.01.2020 : опубл. 21.04.2020 / К. В. Мартынов, В. А. Носков.
3. Мартынов К. В. Определение пусковых характеристик асинхронного двигателя с совмещённой обмоткой //Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. - 2021. - №. 3. - С. 62-68.
4. Мухаметшин А. И., Корнилов В. Ю. Метод контроля энергетических характеристик электропривода на базе асинхронного электродвигателя с комбинированной двухслойной обмоткой //Труды IX международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2016. - 2016. - С. 77-80
Babenko P.A.
National Research University "MEI" (Volzhsky, Russia)
INVESTIGATION OF INFLUENCE OF DESIGN VARIATIONS OF ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTORS ON ENERGY EFFICIENCY OF THEIR OPERATION
Abstract: this paper provides an assessment of the influence of the modified winding design of a low-power asynchronous motor on various energy efficiency indicators. The experimental data obtained for the AIR71A2 engine are considered, conclusions are drawn about the feasibility of modification.
Keywords: combined winding of an asynchronous motor, energy efficiency, asynchronous machines, energy characteristics.
