Оценка энергетических характеристик асинхронного двигателя с совмещённой обмоткой

ЦЕЛЬ. Асинхронные электродвигатели являются основными потребителями электрической энергии. Повышение их энергетических характеристик может способствовать значительному снижению электропотребления в целом. Использование в асинхронном двигателе совмещённой 12-зонной обмотки, вместо стандартной 6-зонной, теоретически может привести к снижению электрических потерь в обмотке статора, а также к снижению добавочных потерь, вызванных высшими пространственными гармониками. Основной целью работы является оценка влияния применения совмещённой обмотки статора на энергетические характеристики асинхронного двигателя.

МЕТОДЫ. Исследование проводилось на двух электродвигателях АИР71В4, в одном из которых была уложена стандартная обмотка, а в другом совмещённая. В опыте к двигателям подводилось номинальное напряжение, а нагрузка осуществлялась с помощью электромагнитного нагрузочного устройства. Двигатели испытывались в диапазоне нагрузок от холостого хода до номинальной. Проводимый опыт имел пятикратную повторность.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В работе приводятся зависимости силы тока, потребляемой активной и реактивной мощности, коэффициента полезного действия и коэффициента мощности от нагрузки двигателя.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты исследования показали, что асинхронный двигатель с совмещённой обмоткой на всём исследуемом интервале нагрузок имеет меньшее потребление как активной, так и реактивной мощности, по сравнению с двигателем со стандартной обмоткой, при этом коэффициенты мощности данных двигателей практически не отличаются. Наибольшая разница в коэффициентах полезного действия наблюдалась при нагрузках ниже номинальной в пользу усовершенствованной модели двигателя, но и при номинальной нагрузке двигатель с совмещённой обмоткой обладает большим КПД на 3,1%.

1. Абдуллазянов Э.Ю., Грачева Е.И., Горлов А.Н., Шакурова З.М., Табачникова Т.В., Валтчев С. Алгоритмы оценки эквивалентных сопротивлений внутризаводских электрических сетей // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. № 4. С. 3-13. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-4-3-13.

2. Мещеряков В.Н., Сибирцев Д.С., Валтчев С., Грачева Е.И. Система управления частотным асинхронным синхронизированным электроприводом // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. №3. С. 116-126. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-3-116-126.

3. Иванова В.Р., Киселев И.Н. Частотно-регулируемый электропривод для энергосбережения и оптимизации технологических процессов в электротехнических комплексах // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019. Т. 21. №5. С. 59-70. doI:10.30724/1998-9903-2019-21-5-59-70

4. Романова В.В., Хромов С.В., Суслов К.В. Анализ воздействующих факторов, влияющих на эксплуатационную надёжность низковольтных асинхронных электродвигателей // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. №3. С. 80-89. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-3-80-89

5. Мугалимов Р.Г., Баранкова И.И., Закирова Р.А., Мугалимова А.Р., Михайлова У.В., Никифоров Г.В. Технико-экономическое обоснование целесообразности капитального ремонта асинхронных двигателей с повышением их класса энергоэффективности // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2017. №2. С. 101-109

6. Vansompel H., Sergeant P., DupreL., et al.A Combined Wye-Delta Connection to Increase the Performance of Axial-Flux PM Machines with Concentrated Windings // IEEE Trans. Energy Convers. 2012. N2.pp. 403-410.

7. Chen JY., Chen CZ. Investigation of a new AC electrical machine winding // IEE Proceedings - Electric Power Applications. 1998. N2.pp. 125-132.

8. Cistelecan MV., Ferreira FJTE., Popescu M. Adjustable Flux Three-Phase AC Machines with Combined Multiple-Step Star-Delta Winding Connections // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2010. N2.pp. 348-355.

9. Gwozdziewicz M., Gawron S. Application of star-delta mixed stator winding in synchronous machine, with permanent magnets on the rotor surface // Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędowi Pomiarow Elektrycznych. 2011. N65. pp. 55-63.

10. Kasten H. Wirkungs gradsteigerung von Asynchronmaschinen durch den Einsatzeiner Wicklung mit Stern-Dreieck-Mischschaltung // Jahresbercht.2010.pp. 76-82.

11. Мартынов К.В., Носков В.А., Пантелеева Л.А. Совершенствование конструкции обмотки статора асинхронного двигателя // Вестник ВИЭСХ. 2017. №1(26). С. 5-12.

12. Мартынов К.В., Носков В.А. Гармонический анализ магнитодвижущей силы асинхронного двигателя с совмещённой обмоткой // Материалы Международной научнопрактической конференции Института агроинженерии «Развитие энергосистем АПК: перспективные технологии»; 03–06 апреля 2018 г., Челябинск. Троицк: Южно-Уральский ГАУ, 2018. С. 94-101.

13. Мартынов К.В., Носков В.А. Гармонический анализ магнитодвижущей силы асинхронного двигателя с распределённой совмещённой обмоткой // Материалы Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии для реализации программы научно-технического развития сельского хозяйства»; 13–16 февраля 2018 г., Ижевск. Ижевск: Ижевская ГСХА, 2018. С. 151-156.

14. Носков В.А., Пантелеева Л.А., Мартынов К.В. Повышение эффективности обмоток машин переменного тока // Электротехника. 2018. №1. С. 39-43.

15. Мартынов К.В., Носков В.А., Пантелеева Л.А. и др. Перспективы применения совмещённой обмотки для снижения электрических потерь в статоре // АгроЭкоИнфо. 2020. №1(39). С. 18.

16. Бойко Е.П., Ганицев Ю.В., Ковалев Ю.М. и др. Асинхронные двигатели общего назначения / Под редакцией В. М. Петрова, А. Э. Кравчика. М.: Энергия, 1980. 488 с.

17. Геллер Б., Гамата В. Высшие гармоники в асинхронных машинах / Перевод с англ. под редакцией З. Г. Каганова. М.: Энергия, 1981. 352 с.

18. Ванурин В.Н. Статорные обмотки асинхронных машин. СПб.: Лань, 2014. 176 с.

19. Мартынов К.В., Носков В.А., Благодатских И.А. Программа перерасчёта обмотки статора машины переменного тока со стандартной 6-зонной на совмещённую 12-зонную. Программа для ЭВМ №2020662822. 28.10.2020, Бюл. № 11.