Приемы расчета совмещенных обмоток асинхронных двигателей

АЙМЕТОВ И.О., КГЭУ, г. Казань

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ЛОГАЧЕВА А.Г.

В России на долю асинхронных двигателей, по разным оценкам, приходится от 47 до 53 % потребления всей вырабатываемой электро-энергии. В промышленности – в среднем 60 %, в системах холодного водоснабжения – до 90 %. Они осуществляют практически все технологические процессы, связанные с движением, и охватывают все сферы жизнедеятельности человека. С появлением новых, так называемых двигателей с совмещенными обмотками (ДСО) имеется возможность существенно улучшить их параметры без увеличения цены.

С использованием ДСО за счет улучшенной механической характеристики и более высоких энергетических показателей стало возможным не только экономить от 30 до 50 % потребления энергии при той же полезной работе, но и создавать регулируемый энергосберегающий привод с уникальными характеристиками, не имеющий аналогов в мире.

Основные преимущества ДСО:

– меньший потребляемый ток, 20–35 % в зависимости от режима;

– более высокий пусковой момент – на 35 %;

– меньшие пусковые токи – на 35 %;

– больший минимальный момент – на 35 %;

– больший максимальный момент – на 20 %;

– КПД и cosφ, близкий к номинальному в диапазоне нагрузок
от 25 до 150 %;

– улучшенные виброшумовые характеристики (в среднем уровень звука ниже на 5 дБ);

– повышенная надежность (сервис-фактор 2,5);

– более «мягкая» механическая характеристика;

– большая перегрузочная способность.

В настоящее время все чаще совмещенные обмотки выполняются в электродвигателях при их ремонте, когда новая обмотка заменяет старую. При этом возникает необходимость пересчета существующей традиционной обмотки на совмещенную.

Пересчет обмоточных данных обычной обмотки на совмещенную с параллельным соединением фаз осуществляется следующим образом.

Обычная обмотка делится на две одинаковые обмотки, количество витков в секциях основной и совмещенной равно количеству витков в пазу обычной однослойной или двухслойной обмотки, при этом сечение провода уменьшается в два раза. Если при расчете получается одно-, двухслойная схема укладки, в однослойных пазах количество витков в два раза больше расчетного. Количество витков в фазе основной обмотки равно количеству витков в фазе обычной обмотки.

Основная обмотка соединяется в звезду, совмещенная обмотка пересчитывается со звезды на треугольник.

В случае пересчета обмоточных данных обычной обмотки на совмещенную с последовательным соединением фаз используются следующие приемы.

При пересчете однослойной обмотки количество витков в секции уменьшают в два раза (как в обычном переходе с однослойной на двухслойную обмотку), сечение провода остается без изменения. Если выполняется переход с обычной двухслойной обмотки на совмещенную с последовательным соединением фаз, количество витков в секциях и сечение провода остаются без изменений. Если при расчете получается одно-, двухслойная схема укладки, в однослойных пазах количество витков в два раза больше расчетного. Количество витков в фазе обычной обмотки равно сумме витков в фазе основной и совмещенной обмоток.

Основная обмотка остается без изменения, совмещенная обмотка пересчитывается со звезды на треугольник.

Область применения асинхронных ДСО охватывает практически все сферы жизнедеятельности человека. На сегодня практически ни один технологический процесс невозможно организовать без использования электродвигателей. Использование асинхронных ДСО позволяет существенно снизить тарифы на основные виды услуг в социальной сфере. В области экологии они позволяют достичь беспрецедентных результатов. Так, например, при той же полезной работе они позволяют в три раза снизить удельную выработку электроэнергии и, как следствие, резко сократить удельный расход углеводородов.

УДК 621.313

Анализ ошибок вычислителя скорости

Вентильного двигателя

Альтахер Аббас А. Карим, УлГТУ, г. Ульяновск

Науч. рук. канд. техн. наук, доцент Доманов В.И.

Рассматриваемый электропривод содержит синхронную машину и синусно-косинусный датчик положения ротора (ДПР). Известна схема [1], позволяющая вычислять сигнал скорости на основании сигналов ДПР и При этом реализуется выражение

(1)

При условии и с учетом формулы (1) получаем:

(2)

Точность работы вычислителя скорости будет зависеть от ряда условий:

– точности установки ДПР;

– наличия высших гармоник в сигналах датчика;

– влияния случайных помех.

Оценим каждое из указанных условий. В случае неточной установки ДПР оси координат датчика и двигателя будут отличаться. При этом двигатель будет воспринимать сигналы датчика в виде

(3)

В соответствии с выражением (2) и с учетом формул (3) получаем:

(4)

Найдем ошибку по скорости для этого случая:

(5)

Анализ выражения (5) показывает, что при условии (точная установка ДПР). При условии в этом случае

(6)

Исходя из уравнений (6), получаем Таким образом, при смещении осей ДПР на 90 электрических градусов сигнал вычислителя скорости меняет знак.

При наличии высших гармоник в сигналах ДПР и с учетом снижения уровня гармоник старших порядков в первом приближении можно записать

(7)

С учетом выражения (7) можно определить ошибку по скорости в этом случае:

(8)

Анализ выражения (8) показывает, что в двух случаях:

– отсутствуют высшие гармоники;

– на обмотках датчика имеется только вторая гармоника.

Максимальная ошибка достигается при условии

Рассмотрим вариант, когда в напряжениях ДПР присутствует случайный сигнал

(9)

С учетом выражений (1), (7) можно вычислить ошибку по скорости для этого случая:

(10)

Анализ выражения (10) показывает, что эта ошибка может быть отфильтрована апериодическим звеном с постоянной времени

Анализ ошибок вычислителя и их снижения позволяет создать электропривод с более высокими точностными показателями.

Литература

1. Доманов В.И. Разработка и исследование систем электропривода с вентильными двигателями / В.И. Доманов, А.В. Доманов. – Ульяновск: УлГТУ, 2015. – 194 с.

УДК 621.833