Асинхронный электродвигатель с блоком защиты

СОЮЗ СОВЕТСКИХпсца 3 ЮееиижРЕСПУБЛИН ОЮ (и) Н 02 К 11/00; Н 02 Н 7/08 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И (ЛЙРЫТИЙ и сащтельстви АВТОРС шагом У=2(,- - 11 г2(71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола(56) 1, Авторское свидетельство СССР В 726083, кл. Н 02 Н 7/08, 1978.2. Авторское свидетельство. СССР У 760290, кл. Н 02 Н 7/08, 1977.3. Авторское свидетельство СССР В 756536, кл. Н 02 Н 7(08, 1978. (54)(57) АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С БЛОКОМ ЗАЩИТЫ, содержащий измерительный элемент в виде дополнительной обмотки, уложенной на ста, торе в одних пазах с основной обмоткой и соединенной с исполнительным элементом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей защиты при одновременном повышении ее быстродействия и чувствительности, обиотка измерительного элемента выполнена из И = -3 -- 1-(-1,) Д концент 2 2ричных катушек, -я катушка сбйоткй содержите=(Х)14 число витков и выф па нен енин катушки обмо вательно согл значении вес и встречно -ачении Х 1, уд ющнм условияи: ое- при нен послед ельном нта Х с оложи ффици ого ко и рицатряющих ьном етволеду Ех,.ы.(ыс,н)," ч,.=о,6 при К 0 И 1+2 ь+ ФЕх,яь ииальное значениеобщее число виткоки измерительногота;число пар полюсовэлектродвигателя;число .пазов на полюсфазу обмотки элекгателя;число пазов рото имеет максгде 4 м еме об и тро 1 й есовог Х 1 модуль величиныкоэффициента а1,2;наибольший общичисел 2 и Ра й делит ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИзобретение относится к электро.машиностроению и может быть использовано в асинхронных трехфазных двигателях с короткозамкнутым ротором общепромьииленного и специального исполнения,выполняемых с защитой от перегрузок, с отключением двигателя при достижении электромагнитного моментазаданной величины (привод ручногоинструмента, гайковертов и т.п,), с 10эищитой от обрыва фазы, обрыва стержня короткозамкнутой клети и т.п.Известно устройство для защитыасинхронного двигателя, содержащеедатчик тока, включенный в фаэныйпроводэлектродвигателя, соединенный через выпрямитель с электроннымключом, и исполнительное реле с контактом в цепи питания катушки магнитного пускателя 1 13 .20Данное устройство, защищающеедвигатель от аномального режима работы, не защищает его от перегрузки,обрыва стержня и т.п,Известны также устройства длятепловой защиты электродвигателей 23Недостатком этих устройств является их ограниченные возможности защиты двигателя.Наиболее близким к предлагаемомуявляется асинхронный электродвигатель с блоком защиты, содержащийизмерительный элемент в виде обмотки, уложенной на статоре в однихпазах с обмоткой двигателя, и ис 35полнительный элемент защиты, соединенный с измерительным элементом 133.Недостатком такого устройства является то, что оно реагирует на всевысшие пространственные гармоникиполя машины при ее нормальной работе, которые имеют число полюсов внечетное число раз больше, чем чис.ло полюсов основной гармоники, Кроме того, данный измерительный элемент, выполненный в виде дополнительной обмотки, не чувствителен к величине мощности и момента на валудвигателя,.Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей устройства защиты асинхронного двигателя при одновременном повышении его быстродействия и чувствительности к контролируемому параметру. 55Указанная цель достигается тем, что в асинхронном электродвигателе с блохом защиты, содержащем измери иК,-6 К,.1) - У 1=0(5) 12, .-1 где Ж - общее число витков обмотки измерительного элемента;Р - число пар полюсов обмотки электродвигателя;- число пазов на полюс и Фазу обмотки электродвигателяуУ - число пазов ротора;Х 1- модуль величины весовогокоэффициента с -й катушки; при Х=О -я катушка обмотки отсутствует;Кь= 1, 2 уК- наибольший общий делительчисел 7 и Р.Катушки обмотки присваиваются номера= 1, 2, 3 начиная с катушки наименьшего шага.В качестве примера рассмотрим структуру дополнительной обмотки для трехфазного асинхронного двигателя со следующими параметрами: число пазов статора 36; фисло Фаз обмотки статора 3; число пар полюсов основной тельный элемент в виде обмотки, уложенной на статоре в одних пазах с, обмоткой двигателя, и исполнительный элемент защиты, соединенный с измерительным элементом, дополнительная обмотка выполнена изН= - Ц (1-1-1 11)1 1 121 гсоосных концентрических катушек разного шага-я катушка обмотки содержитЦ(=)(,учисло витков и выполнена с шагом2 -- ( 1+(-1) ) (2)12пазовых делений, катушки. обмотки соединены последовательно согласно при положительном значении весового коэффициента Х 1 и встречно - при отрицательном значении Х 1, удовлетворяющих следуюпдм условияму, = 21 -- (1+(-1 = 2;122=4;У 5=23=6;у = 2 у 4 .= 8.В соответствии с (3), (4) и (5)15 весовые коэффициенты должны удовлетворять следующим условиям18 (при К =О) (6)5 - 2,ь- О1:1йХ, 01 - "1:О(К 2=1; КЗ=2). (и 135х=1 (12Система уравнений (6)-(12) выпол-. няется при условии1 13 " 3 40Таким образом, третья катушка об-: мотки измерительного элемента отсутствует, а остальные три имеют равное число витков, причем первые две катушки включены последовательно со гласно, а четвертая - встречно по отношению к ним.На чертеже показано расположение измерительного элемента, выполненного в виде дополнительной обмотки, в 50 пазах статора рассматриваемого асинхронного двигателя,Дополнительная обмотка расположена в рядом лежащих пазах 1-9 статора, начиная с произвольно взятого. 55 Первая катушка 10 обмотки расположена в пазах 4 и 5 и имеет шаг,равный двум; вторая катушка 11 расположена 1 О 3 1 129 обмотки статора 2; число пазов на полюс и фазу основной обмотки статора с 1 = 3; число пазов ротора 28.Согласно (1) обмотка содержит И = - (ЗфЗ -- (1-(-1) ) =4 катушки.1 12 2Согласно (2) катушки, выполнены .со следующими шагами (в зубцовых делениях) 701 4в пазах 3 и 8 имеет шаг, равный четырем; третья катушка не укладывается; четвертая катушка 12 расположена в пазах 1 и 9 и имеет шаг, равный восьми. При навивке катушки в одну сторону конец первой (К) соединен с началом второй (Н), а начало второй - с концом четвертой катушки,Использование обмотки измерительного элемента согласно изобретению в качестве измерительного элемента системы защиты двигателя подтверждается следующим.Обмоточный коэффициент дополнительной обмотки для у -й пространст-венной гармоники поля определяется выражениемк,хэ(д -у,),Так как основная обмотка статора при работе двигателя в симметричном режиме создает гармоники порядка 1 =К+1, то в соответствии с (3) в дополнительной обмотке не наводится ЭДС ни от какой гармоники статора, а также от первой пространственной гармоники ротора, для которой у тоже равна 1;Короткозамкнутая обмотка ротора с числом пазов 7 в симметричном режиме работы двигателя создает высшие гармоники порядка) Хг К+1РВ соответствии с (4) обмоточный коэффициент для одной из высших гармоник ротора, порядок которой не совпадает с порядком высшей гармоники статора, является максимальным.Из применяемых в асинхронных двигателях соотношений чисел .4 и Х порядок одной из первых высших гармоник ротора никогда не совпадает с порядком высших гармоник статора. Следовательно, в дополнительной обмотке находится ЭДС только от этих высших гармоник ротора; Величина этой ЭДС прямо пропорциональна величине тока ротора 3В диапазоне изменения скольжения Л от 0 до 5 м(0,05 магнитный поток двигателя практически не изменяется, а коэффициент мощности вторичной цепи ирак ически равен единице. Поэтому величина ЭДС дополнительной обмотки прямо пропорциональна величине мощности двигателя и величине его1129701 Ввиду большой крутизнывыходногосигнала обмотка выполняется из тонкого обмоточного провода с относительно небольшим числом витков, что 5 не ухудшает коэффициент заполненияпаза для основной обмотки. момента, чем и доказана возможностьиспользования дополнительнойобмотки в качестве измерительного. датчика мощности и момента на валудвигателя,При обрыве фазы статора двигателя дополнительно к составу гармоникполя статора добавляются гармоники,кратные трем, которые отсутствуютпри симметричном питании. Порядок 1 Оъгармоники у р на которую настроенаобмотка измерительного элемента,всегда кратен трем, а поэтому в обмотке будет наводиться ЭДС от этихгармоник статора, для которых обмоточный коэФфициент равен й,йбВеличина этой ЭДС будет в э разпревышать ЭДС, соответствующую номинальной нагрузке двигателя.Обрыв стержня ротора сопровождается также появлением гармоник,кратным трем, однако величина ЭДСв этом случае будет несколько меньше.Таким образом, если двигательимеет систему защиты от перегрузок, 25в качестве измерительного элементакоторой используется обмотка попредлагаемому техническому решению,то он будет автоматически отключаться и при обрыве в цепи статора или Зоротора.Дополнительная обмотка реагируеттакже на возникновение витковых и1междуфазных замыканий.Наличие измерительного элемента,обеспечивающего одновременную защиту двигателя от перегрузок и несимметрии в цепи статора или ротора,исключает необходимость использования защиты двигателя от перегрева,Технико-экономическая целесообразность использования асинхронного двигателя с устройством для его защиты по сравнению с базовым объектом, в качестве которого принят асинхронный двигатель 4 А.90 Е 6 БСУС, выпускаемый отечественной промышленностью, подтверждается следующим.Базовый объект снабжен термозащитой, состоящей из блока управления и встроенных в двигатель терморезисторов. В качестве блока управления принят аппарат защиты АЗП (ТУ 16- 592.102,74) . В качестве терморезисторов используются полупроводниковые терморезисторы с .положительным температурным коэффициентом сопротивлением типа СГ 14-2-145 р которые встраиваются в каждую фазу обмотки виткамк в лобовой части.Базовый объект обеспечивает только тепловую защиту, Иснольэование предложенного технического решения в базовом объекте позволяет обеспечить также защиту от кратковременных перегрузок и от обрыва фазы. Кроме того, ввиду достаточной мощности измерительного элемента и его высокой чувствительности в качестве аппарата защиты можно испопьзовать более простое устройство, например реле напряжения.1 29701 ю у г 2 Составитель Н. НиканоровТехред И.Асталош р А. Долини каз 10115 Подлыковвтета СССРи открытийская наб., д. 4/ фю ул. Проектная Тираш 666 осударственног ам изобретений ква, Ж, Рауш ВНИИПИ по 13035, ППП "Патент", г. Уа РектоР Аф Тяско